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《海河水利》2017年第1期

［摘要］就夏縣紅沙河水庫除險加固措施展開論述，介紹了紅沙河水庫的工程概況、水文氣象以及工程地質(zhì)情況，對紅沙河水庫存在的問題加以論述，并針對性的提出紅沙河水庫的除險加固措施。

［關(guān)鍵詞］紅沙河水庫；存在問題；除險加固措施；夏縣

1工程概況

紅沙河水庫位于中條山麓的瑤臺以北，涑水河流域青龍河支流的紅沙河上，地處夏縣瑤峰鎮(zhèn)吳家峪，是一座以防洪、灌溉為主的小（一）型水庫。原設(shè)計防洪標(biāo)準為50年一遇設(shè)計，300年一遇校核。總庫容135.6萬m3，控制流域面積9.5km2。水庫樞紐工程由大壩、臥管及輸水涵洞、溢洪道三部分組成。大壩為多種土質(zhì)混合壩，最大壩高26.5m，壩頂高程522.1m，壩頂長179m，壩頂寬4m，大壩上游坡比1∶2，1∶2.75，1∶3，下游坡比1∶2，1∶2.5，1∶2.75，上游為干砌石護坡。輸水涵洞位于大壩右側(cè)，洞身為砌石半圓拱斷面，寬1.6m，高1.8m，坡比1∶100。進口高程502.4m，出口高程501.5m，洞長85m，原采用斜拉式閘門防水，后改為臥管防水。溢洪道位于水庫左岸的小溝內(nèi)，進口采用開敞式寬頂堰，進口底高程517.3m，斷面凈寬5.0m，進口段長48m，縱坡1/100，設(shè)有一級跌水，跌差5.5m，出口消能方式為挑流消能。水庫始建于1971年12月，于1975年8月竣工蓄水。大壩為多種土質(zhì)混合壩，施工方法為水中倒土加輕碾，上游壩體為壤土，下游壩體為砂礫料加風(fēng)化料。1979年在原壩頂上加設(shè)了一道長200m的防浪墻，凈高1.0m，壩高25.5m，并對溢洪道進行了擴建。20世紀90年代后期，庫區(qū)淤積嚴重，閘門和啟閉機無法運行，在閘室旁邊新建了13孔臥管，為磚石結(jié)構(gòu)。

2水文氣象

紅沙河水庫控制流域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季暴雨時有發(fā)生，秋季陰雨連綿，冬季少雪干冷。根據(jù)夏縣氣象站統(tǒng)計資料，多年平均降雨量為637mm，最大日降雨量105.9mm。多年平均蒸發(fā)量1807mm，多年平均氣溫12.9℃，無霜期200d，多年平均風(fēng)速1.8m/s，風(fēng)向多為東南風(fēng)。汛期6—9月份降雨量占全年降雨量的63.3%，主汛期7月15日—8月15日雨量較為集中。

3工程地質(zhì)

3.1庫區(qū)工程地質(zhì)條件

紅沙河水庫位于涑水河流域青龍河支流的紅沙河上，所處地貌屬于中條山西自然單元，黃土丘陵地形，溝壁陡立，其深度為100~200m，寬度不等，多呈箱形，地形支離破碎。壩址區(qū)出露的地層主要是中更新統(tǒng)洪積物、全新統(tǒng)殘坡積物、全新統(tǒng)沖積物、全新統(tǒng)人工堆積物、全新統(tǒng)沖積物。地下水含水層由全新統(tǒng)沖洪積的含細粒土砂和級配不良礫組成，埋深8~33m。含水層顆粒直徑及厚度由上至下變細變薄，地下水的主要來源靠洪積扇中部的孔隙水和大氣降水補給，通過蒸發(fā)及向河道下游徑流排泄。工程區(qū)地表水較貧乏，一般溝谷干枯，汛期雨后后溝谷中有較多地表水。工程區(qū)位于山西地震亞區(qū)懷來-西安地震帶，東南與許昌-淮南地震帶相接，東北與邢臺-河間地震帶相接。許昌—淮南地震帶是一個地震帶活動強度較弱，頻率較低的弱震帶。邢臺-河間地震帶，雖屬一個強震帶，且曾發(fā)生強烈地震，但該帶距壩址較遠，影響甚微。對紅沙河水庫區(qū)域穩(wěn)定性影響較大的中強地震主要來自懷來-西安地震帶。根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》《中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，壩址區(qū)的設(shè)計地震動峰值加速度為0.15g，本區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0.4s。根據(jù)《地震動峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度對照表》，本區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度。

3.2壩址工程地質(zhì)條件

壩體土種類不一，主要由低液限粉土。粉土質(zhì)砂及含砂低液限粉土組成，含有較多鈣質(zhì)結(jié)核和礫石，均勻性差，稍密—中密，中—高壓縮性。壩基土為第四系全新統(tǒng)沖洪積物，以級配不良礫為主，夾有薄層含砂低液限粉土及含細粒土砂，滲透系數(shù)較大，會造成壩基滲漏。

4水庫存在問題

紅沙河水庫由于滲漏嚴重，大壩壩體質(zhì)量較差，淤積嚴重，近幾年一直空庫運行。根據(jù)2007年水庫大壩安全鑒定，工程存在問題較多，危及大壩安全。主要表現(xiàn)在：第一，防洪標(biāo)準達不到規(guī)范復(fù)核要求；第二，大壩抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；第三，大壩滲透不穩(wěn)定，壩坡上有裂縫及陷坑，影響其結(jié)構(gòu)安全；第四，輸水涵洞存在較多裂縫，進口已被淤埋，閘門及啟閉機銹蝕老化，已無法運行；第五，溢洪道出口側(cè)墻部分損毀；第六，水庫缺乏必要的工程及水文監(jiān)測設(shè)施。

5水庫除險加固措施

5.1大壩主體工程加固措施

5.1.1壩體加高水庫原設(shè)計

壩頂高程522.1m，最大壩高26.5m；實際壩高25.5m，壩頂高程521.1m，1979年在原壩頂上加設(shè)了一道長200m的防浪墻，凈高1m。現(xiàn)狀壩頂最低處僅520.6m，防浪墻高521.9m。30年一遇設(shè)計洪水位519.94m，300年一遇校核洪水位521.43m，壩頂設(shè)計高程為522.08m。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》要求，壩頂應(yīng)高于校核洪水位，建議對壩體加高，加高后壩頂高程為522.0m。

5.1.2壩體防滲處理

紅沙河水庫運行幾十年，上游淤積已形成鋪蓋，但由于大壩施工質(zhì)量差，壩體土種類不一，土質(zhì)較雜，含較多礫石及鈣核，壓實質(zhì)量較差，以及多年干庫運行，壩體處存在陷坑及裂縫，為提高壩體的抗?jié)B能力，有效降低滲透壓力，建議在壩體上游鋪設(shè)復(fù)合土工膜進行防滲處理。

5.1.3壩體培厚加固

水庫經(jīng)多年運行，上游壩坡不規(guī)則，建議對上游壩體進行壩面整修，坡比為1∶2.5。根據(jù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定復(fù)核，壩體下游壩坡存在著抗滑穩(wěn)定安全問題，應(yīng)對下游壩坡進行培厚處理，壩坡坡比由原來的1∶2變?yōu)?∶2.5，以保證壩坡抗滑穩(wěn)定。培厚土料選和原壩體上游填筑材料相同的粉質(zhì)黏土。按照土壩施工規(guī)范，壩體培厚填筑壓實度不小于0.95。壩體培厚按照設(shè)計壩坡線分層回填夯實，可將松動土體移作下部回填土方，回填時由下至上分層回填夯實。施工時要求徹底清除樹根雜草，坡面修整平順、密實，然后沿壩坡每隔5~10m挖防滑溝一道，溝深0.5m，溝底寬0.5m。回填時，應(yīng)將開挖坑槽時的階梯逐層削成斜坡，做好新老土的結(jié)合。

5.1.4裂縫處理

壩體土主要由粉土質(zhì)砂及低液限粉土組成，含有較多鈣質(zhì)結(jié)核和礫石，加上水庫多年干庫運行，土質(zhì)疏松，在壩體上存在較多裂縫。由于在壩體上游采用了有效的防滲措施，壩體不會再有嚴重滲漏問題，裂縫處理主要是解決雨水的滲入造成壩體的不穩(wěn)定問題，對裂縫采用開挖回填的處理方法。處理范圍為表層以下2~4m，槽底寬度為0.5m，開挖長度比縫端長2m。

5.1.5下游坡面排水溝及排水棱體

下游壩坡經(jīng)培厚加固后，在壩坡上設(shè)置縱橫向排水溝，沿馬道內(nèi)側(cè)設(shè)縱向排水溝，沿下游壩肩每側(cè)設(shè)橫向排水溝，排水溝采用C15砼結(jié)構(gòu)，斷面形式60cm×30cm。下游壩腳設(shè)排水棱體，棱體頂高程496.6m，頂寬2.0m，高3.0m，分三層，依次為砂層、碎石層、塊石層，下游坡比為1∶1.5。

5.1.6壩頂工程

壩頂修筑泥結(jié)石路面，滿足施工和運行檢修時設(shè)備通行要求。路面高程521.5m，路面寬5.0m，路面橫坡比為1.5%，向上游傾斜。

5.2溢洪道修復(fù)加固

溢洪道位于大壩左岸的小溝內(nèi)，進口采用開敞式寬頂堰，進口底高程517.3m，斷面凈寬5.0m，側(cè)墻高2.8m，進口明渠長48m，縱坡1/100，設(shè)有一級跌水，跌差5.5m，消能方式為挑流消能。現(xiàn)狀溢洪道跌水左側(cè)部分損毀。由于校核洪水位521.43m，泄量73.34m3/s，堰頂水深4.13m，超過現(xiàn)狀溢洪道進口段側(cè)墻，根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》，溢洪道超高值為0.5~1.5m，結(jié)合溢洪道地形，對溢洪道側(cè)墻進行加高，進口段加高2.0m，陡槽段加高0.5m，結(jié)構(gòu)采用M7.5水泥砂漿砌塊石。對跌水左側(cè)坍塌護坡進行原斷面恢復(fù)，溢洪道側(cè)墻裂縫及局部損壞部位鑿除后刷漿按原樣砌筑。現(xiàn)狀溢洪道底板損毀嚴重，建議重新襯砌，底板全段C20混凝土現(xiàn)澆，泄槽底部伸縮縫采用齒墻連接。現(xiàn)狀挑流消能基礎(chǔ)為漿砌石，面層混凝土剝蝕嚴重，挑坎后左側(cè)墻無護砌，對混凝土面層拆除重建，坎后左側(cè)墻采用漿砌石貼坡護砌，下游設(shè)漿砌石護坦防沖。漿砌石采用坐漿砌筑的方法，要求塊石粒徑不小于30cm，塊石表面干凈無雜物。對于土質(zhì)地基，砌筑前應(yīng)先將地基夯實，并在地基面上鋪一層3~5cm厚的稠砂漿，然后安放石塊；砌筑時應(yīng)保證坐漿飽滿，填搗密實，表面平整。

5.3輸水涵洞除險加固

原放水設(shè)施為斜拉啟閉閘門，啟閉機房設(shè)備建立在大壩回填土上，閘門丟失、進口堵死，已無法運行。現(xiàn)狀放水設(shè)施為臥管放水，臥管及消力池多處破損。輸水涵洞內(nèi)發(fā)現(xiàn)有多條橫向裂縫，縫寬1cm左右，涵洞出口明渠段有60m長已損毀，需要恢復(fù)。建議對原閘房進行拆除，并對臥管、消力池及輸水涵洞裂縫進行維修。臥管及消力池維修主要采用C20混凝土進行砌體恢復(fù)，輸水涵洞裂縫處理采用鑿縫、填塞止水材料，然后砂漿填縫。涵洞出口明渠段按原矩形斷面恢復(fù)，斷面寬1.8m，高1.2m，采用M7.5水泥砂漿砌石結(jié)構(gòu)。

5.4觀測設(shè)施

水庫建成后，由于大壩的攔蓄作用，改變了河流的水文條件，為更好地控制運用水庫，進行科學(xué)管理，發(fā)揮最大的綜合利用效益，及時發(fā)現(xiàn)險情，減少或避免工程事故，應(yīng)設(shè)置觀測設(shè)施。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，小型土石壩的觀測一般以肉眼巡檢和外部觀測為主，故應(yīng)設(shè)置以下觀測項目：

5.4.1表面沉降及位移

表面豎向位移和水平位移觀測，共用一個測點，觀測斷面選擇地質(zhì)、地形、壩體填筑質(zhì)量變化及運行管理中發(fā)現(xiàn)有異常反應(yīng)處，擬將位移測點布置在沿大壩軸線樁號0+040，0+090，0+140處迎水坡、壩頂、背水坡計3排，共9個測點。起測基點和校核基點均布置在壩右端，在壩頂測點延長線上150m處，布置起測基點和校核基點各1處，共計2處。工作測點和校核基點均采用墩式混凝土結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)為頂寬0.2m，底寬0.4m，高0.7m的方形立柱，下部結(jié)構(gòu)為邊長0.6m、高0.3m的方形墩臺。立柱頂端設(shè)強制對中底盤，提高觀測精度。

5.4.2上、下游水位觀測

在大壩的上、下游埋設(shè)水位標(biāo)尺，進行水庫上、下游水位觀測。

5.5防汛搶險

道路原有防汛搶險道路為土路，坑洼不平，斷面不能滿足要求，局部路段由于通行不便，需要改線，改線段長150m，占地0.096hm2。建議防汛道路按四級公路標(biāo)準設(shè)計，路基寬5.0m，路面寬4.0m，為泥結(jié)石路面，在對原道路修整后，鋪筑20cm泥結(jié)石路面，總長800m。

6結(jié)語

紅沙河水庫保護范圍包括夏縣縣城及周邊5個村莊、3.8萬口人、666.7hm2農(nóng)田及25個企業(yè)、通訊電力設(shè)施等，區(qū)域內(nèi)人口稠密、農(nóng)業(yè)發(fā)達、工業(yè)興旺，是夏縣社會經(jīng)濟發(fā)展比較活躍的地區(qū)。水庫除險加固完成后，不但可以充分發(fā)揮水庫的綜合效益，而且進一步增強了該區(qū)域抵御自然災(zāi)害的能力，為夏縣的經(jīng)濟發(fā)展提供重要的安全保障。

作者：岳鵬飛；衛(wèi)麗霞 單位：夏縣水利局