金子河水库除险加固设计

王丰键

（临汾市水利勘测设计院 山西 临汾 041000）

1 工程概述

金子河属于临汾盆地东部汾河水系巨河一级支流，发源于贺家村东、下庄村北，在刘村汇入巨河水库，主河道纵坡28.10‰。金子河水库位于临汾市尧都区县底镇许村东北，是一座以灌溉为主兼有防洪、养殖的小型水库，坝址以上控制流域面积23.40km2。设计水库总库容99万m3，水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水管组成。该水库兴建于1976年4月，1982年6月竣工投入运行。大坝坝体为均质土坝，最大坝高27.00m，坝顶高程为582.00m，坝顶长150m，坝顶宽3m。溢洪道位于大坝左岸，为宽浅式矩形断面。输水管进口型式为卧管，卧管位于库区左岸，进口高程561.00m。工程等别为Ⅴ等，按照《防洪标准》（GB50201-94）规定，设计洪水为20年一遇，校核洪水为200年一遇。

金子河水库除险加固工程2009年7月，由省水利厅组织有关专家结合安全鉴定报告进行了现场察看和技术评审，安全鉴定结论为三类坝。2010年10月，完成《临汾市金子河水库除险加固工程初步设计报告》。2011年3月，完成《临汾市金子河水库除险加固工程技施设计报告》并开始组织工程施工。

2 水库现状

水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水管组成。本节先对水库现状进行陈述（现状为本次除险加固工程前工程现状）。

2.1 坝体现状

金子河水库为一座小型水库，大坝为均质土坝，分两期筑成（即1976年和1980年）,大坝为水中倒土和碾压土坝，最大坝高27m，坝顶高程 582.00m，坝长 150m，坝顶宽3m。根据施工方法不同分两部分，第一部分为坝高16m的水中倒土坝，第二部分为坝高11m均质碾压土坝。由于大坝采用水中倒土和碾压法施工，密实度不匀及上坝土料不同，所以各段坝体质量也不相同。根据大坝安全鉴定时钻孔中发现，坝体填筑土中局部含有煤屑、白灰渣以及砖瓦屑等，说明上坝土料不纯，影响坝体质量。

2.2 溢洪道现状

溢洪道位于大坝左岸，宽浅式矩形断面，进口底高程578.90m，进口宽度约8m，长度105m，纵坡1/520，溢洪道现状尺寸不规则，无衬砌及消能设施，没有达到原设计要求。

2.3 输水管现状

输水管进口型式为卧管，卧管位于库区左岸，输水管采用φ426铸铁，进口高程561.00m。现状下游输水管漏水，造成下游坝坡局部塌陷。

2.4 其它

水库现状上坝道路狭窄、陡峭，不满足应急抢险要求。大坝无观测设施、无水情测报系统，不利于安全监测。

3 工程主要问题分析

3.1 大坝部分

首先，坝顶宽约3m不符合规范要求，为了解坝体填筑质量和坝体物理力学性质指标，在大坝坝体布钻孔3个，取样12组，进行了室内土的物理力学试验，针对土工试验数据的差异性，对成果进行了数理统计，从试验结果看，坝体土按塑性指数定名为粉土、粉质粘土。水中倒土坝的物理力学性质为：干密度1.52g/cm3，密度 1.86g/cm3，含水量 23.70%，孔隙比0.80，C值24.5kPa，φ值21°，渗透系数4.70×10-5cm/s,压缩系数0.3MPa-1。碾压坝土的物理力学性质为：干密度1.55g/cm3，密度 1.89g/cm3，含水量 22.10%，孔隙比 0.80，C值为 21.70kPa，φ 值为 23°,渗 透系数6.90×10-5cm/s,压缩系数 0.30MPa-1。属弱透水性，中等压缩性。结论:坝体填筑质量基本上能够达到设计要求，且局部段土质不纯。

建议：坝顶需加宽，并以实验所得土工数据为基础，建立土石坝计算模型计算坝体稳定，确定大坝结构。

3.2 溢洪道部分

现状溢洪道位于大坝左岸，宽浅式矩形断面，进口底高程578.90m，进口宽度约8m，长度105m，纵坡1/520，现状尺寸不规则且无衬砌及消能设施，溢洪道结构不足行洪要求。

建议：溢洪道需进行改建，包括由调洪结果确定堰的形式及结构，增设消能设施等。

3.3 输水管部分

现状输水管位于大坝左岸，坝桩号0+026，输水管上游采用卧管进水方式，输水管采用Φ426铸铁管，管进口高程560.80m，长162m，输水管漏水引起下游坝坡局部塌陷，考虑到穿坝建筑物对大坝安全非常重要，必须采取稳妥的方式对该问题进行处理。

建议：对现状输水管进行封堵，另寻适当的位置新建输水涵管。

4 工程措施

4.1 大坝部分

（1）针对上游坝坡存在的问题，先清除坝坡部分损坏的护坡，然后按设计断面整治，坝坡仍分两级，一级坝坡582m～576.50m，坡比1∶2.50，577m处设2m宽马道，二级坝坡576.50m～555m，坡比为1∶3。护坡采用浆砌混凝土预制块，下设垫层。

（2）因原坝顶宽度不满足规范要求，且坝坡凌乱不堪，故将下游坝坡坡面清除0.50m，然后培厚至设计断面，即坝轴线向下游侧偏移1m。下游坝坡整治结合现状坝坡分两级，一级坝坡582m～573m，坡比1∶2.50，573m处设2m宽马道，二级坝坡573m～555m，坡比为1∶3。为防止雨水对下游坝坡的冲刷，在坝轴桩号0+076处设300mm×300mm的砌砖横向排水沟，并在左右岸坡设300mm×300mm的砌砖排水沟，纵向排水沟设在下游马道，纵横排水沟相互连接。溢洪道开挖的部分石渣运至下游坝坡坡脚碾压，以作为下游坝坡贴坡排水之用。

（3）下游坝坡培厚至设计断面后，坝轴线向下游偏移1m，坝顶宽度为5m，坝顶设20cm厚泥结石路面，坝顶上游侧设1m高砌砖防浪墙。为便于雨天排水，坝顶路面向下游倾斜2%的坡度，坝顶下游侧设300mm×300mm的砌砖纵向排水沟，并与下游坝坡的横向排水沟及岸坡排水沟相接。

4.2 溢洪道部分

金子河水库溢洪道位于大坝左岸，与坝轴线相交点桩号为0+006.20，溢洪道中心线与坝轴线夹角为88°32′44″。控制堰为无坎宽顶堰，进口底高程576.40m，进口净宽2m×5m，校核泄量171.43m3/s，设计泄量60.60m3/s。关于溢洪道尾部消能防冲工程方案，设计时进行了分析比较，因该溢洪道基础为较为坚固的岩基，且泄槽末端远离坝脚，故消能防冲方案采用挑流型式。改建溢洪道总长124.22m，桩号溢0-041～溢0+083.22，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流段及防冲护坦组成。

4.3 输水管部分

对现状输水洞进行封堵，在大坝0+065处新建阀门井及输水涵管，输水涵管采用Φ1500钢筋混凝土管，总长90m，上游80m采用顶管法施工，钢筋混凝土管内设Φ500钢管，进口高程566.00m，进口设工作阀门及备用阀门，阀门井为钢筋混凝土结构，进口采用八字型翼墙，操作室为砖混结构。操作室与坝顶由工作桥连接，桥长37.80m，桥面宽1.60m，共三跨。管道在下游坝坡出口设浆砌石挡墙及八字型翼墙。设计调整后，既减少了土方开挖对大坝的影响，同时又减少了投资，但由于输水涵管采用顶管法施工，故管道外壁可能存在渗漏通道，为防止管道外壁接触渗漏对大坝安全产生不利影响，设计考虑采用管身反压灌浆进行处理，施工时在管内钻孔灌浆，钻孔孔径Φ50mm，钻孔布置根据管身尺寸每排设6个孔，排距2m，要求钻孔伸入管身外坝体50cm，灌浆分两序孔施工，灌浆材料采用水泥浆，灌浆完毕后将孔周围凿毛洗净，以1∶3水泥砂浆封口磨平。管身反压灌浆处理后可在管身外壁形成一层保护层，防止管壁外侧填土被水冲走、掏空，形成漏水通道，消除大坝坝体安全隐患。

5 结语

本次除险加固的任务和作用是为了让0.027万hm2农田兴利用水量的保证率达到50%，同时，确保下游防护对象的防洪安全，下游防护对象主要有村庄1座，企业2个，人口1050人，耕地2000亩，工程灌溉效益每年增加50.95万元，防洪效益每年可减免112.50万元的洪灾损失。陕西水利

[1]长江水利委员会长江勘测规划设计研究院SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准[S].北京：中国水利水电出版社，2000,07.

[2]黄河水利委员会勘测规划设计研究院SL274-2001碾压式土石坝设计规范[S].北京中国水利水电出版社，2002，01.

[3]水利部天津水利水电勘测设计研究院SL253-2000溢洪道设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2000,08.