方启文

（汉中市湑惠渠管理局 陕西 汉中 723200）

1 工程概况

雷草沟二库位于汉江北岸一级支沟雷草沟下游，地处洋县谢村镇境内，距洋县县城19km。水库于1958年动工兴建，1959年建成蓄水。

雷草沟二库是一座以灌溉为主，兼防汛、养殖的小（一）型水库工程，是湑惠渠东干渠水量调节的主要设施。

水库坝址位于雷草沟出谷口处的谢村镇后湾村，坝址以上流域面积4.68km2，总库容141.3万m3，本次设计核定兴利库容85万m3。有效灌溉面积0.92万亩，养鱼水面85亩。水库自建成以来，对湑惠渠灌区水量调节,缓解湑惠渠东干渠下游城、洋两县夏灌供水的突出矛盾发挥了重要作用。

水库枢纽由土坝、溢洪道、放水建筑物三部分组成。

挡水建筑物为粘土均质坝，坝顶宽5.0m，坝顶长 562m，最大坝高 14.6m，坝顶设计高程496.50m。迎水坡坡比分别为1∶1.75、1∶2.06、1∶1.5、1∶2.2 背水坡1∶1.96、1∶2.0。

泄水建筑物为开敞式正堰溢洪道，位于大坝中间的坡梁上，进口溢流堰与坝轴线基本平行，泄洪槽轴线与坝轴线呈50°夹角。溢洪道进口宽9.0m，堰顶高程494.00m,溢流堰2孔净宽8.0m(每孔宽4 m)。溢洪道槽身宽2m；一级浆砌石陡坡跌水，跌差9.2m；溢洪道总长107m。

输水建筑物2处，西岸由放水塔和放水涵洞组成，东岸由卧管和放水涵洞组成。

西岸放水塔高9.0m。放水建筑全长61.0m，其中有压洞长13.0 m，无压洞长34.9 m，涵洞进口高程486.50m，涵洞为砌石城门洞形，洞高 1.5m，宽1.0m，比降 1/250，设计引水流量1.5m3/s。

东岸卧管涵洞长57.0m，涵洞为砌石城门洞形，洞高1.5m，宽 0.8m，比降 1/250，设计引水流量0.4m3/s。

2 病险问题

雷草沟二库属“三边”工程，且是通过两次加坝才形成现在的工程规模。由于是群众运动修建，工程质量差，工程地质复杂，且设计施工中均存在着不可忽视的技术问题，致使工程多次出现险情。虽经相应的技术措施补救，都未能从根本上解决影响工程安全的问题，枢纽仍存在着某些不容忽视的影响大坝安全的隐患，主要问题如下。

（1）大坝坝顶高程达不到“94国标”防洪标准。

（2）大坝碾压不实，局部甚至未曾碾压，土体不均匀，差异性大。坝体结构存在缺陷,上游坝坡未进行防浪砌护，下游坝坡脚无反滤体，坝面及岸角无排水设施。大坝上游坝坡不稳定，上游坝坡在正常运用情况下存在问题，在水位降落时不满足规范要求。大坝缺乏安全监测仪器设备。

（3）溢洪道泄洪及抗冲能力不足，多次发生水毁。经复核，30年一遇设计洪水洪峰流量33.80m3/s，相应库水位 494.83m，最大下泄流量 10.80m3/s；300年一遇洪峰流量63.20m3/s，相应库水位495.20m，最大下泄流量18.78 m3/s。但溢洪道现状最大泄流量能力不足10 m3/s，不能满足安全泄洪要求。溢洪道为低标号砌石结构，侧墙已折裂，消力池深度、长度均不足。下游排洪体系不健全。

（4）放水涵洞渗漏严重，放水设施老化失修。金属结构仅有工作闸门及栏污栅，已运行了30余年，锈蚀严重，已不能正常使用。大坝放水设施漏水严重，设备老化。放水塔、有压涵洞段漏水，灰缝脱落。闸板严重锈蚀；启闭机无电动机，不能正常运行。

（5）水库管理站房为建库时修建的低标准瓦房，目前已成危房。上坝公路未硬化，防汛车辆不能上坝。

（6）库区两水域之间的连通涵洞过水断面小，泄洪时连通涵洞过流能力不足；且上部交通道路垮塌极易阻塞涵洞，造成两水域库水位不能同步消落，危及大坝安全。

2007年4 月委托汉中市专家组对大坝进行安全鉴定，按现行国标SJ258-2000《水库大坝安全评价准则》，雷草沟二库判定为c级三类坝。2007年12月省水利厅专家组察勘工程现状，核查确认了安全鉴定成果。

3 除险加固设计

3.1 大坝加固方案比较

根据土坝稳定分析，大坝上游坝坡现状在正常运用条件和非正常运用条件下抗滑稳定不能满足规范规定的最小安全系数分别为1.25和1.15的要求，脱坡段若不能及时加固，将会形成更大的安全隐患，除险加固势在必行。加固设计结合工程现状实际，初步拟定石块石渣混合填筑压重培厚干砌石护面(方案一)、粘土填筑压实培厚干砌石护面(方案二)两个加固方案，进行方案比较。方案一工程量小，施工简单易行，技术可靠，投资少，明显优于方案二，故迎水坡加固采用石块石渣混合填筑压重培厚干砌石护面的加固措施。

3.1.1 迎水坡加固设计

（1）压脚体设计

石块石渣填筑培厚压脚体由483.00m高程起至488.00m高程,高4.0m、厚2.0m。压脚体共两个坝段桩号分别为 0+130～0+210、0+300～0+370。加固后坡比由1：1.75调整为1：2.5。面层干砌石砌护。488.00m高程以上只作防浪干砌石砌护。加固后经抗滑稳定计算最小安全系数在正常运用条件和非正常运用条件下分别为1.27、1.16，满足规范规定的最小安全系数分别为1.25和1.15的要求。

（2）迎水坡砌护设计

迎水坡防浪砌护，经干砌石砌护和砼预制块砌护两个方案比较，干砌石砌护方案简单易操作，方便水产养殖，投资合理，优于砼预制块砌护方案，故采用干砌石砌护方案。坡面每15m设浆砌石纵肋一条，以保证坡面平整和干砌石密实度。护坡至坝顶后浆砌石压顶,兼作坝顶上游面行车安全防护墩。墩顶高程为496.85m。

经计算护坡平均厚度确定为0.30m。由488.00m高程起到496.50m（坝顶）。

（3）反滤层设计

雷草沟二库大坝为均质土坝，回填土料为粉质粘土，被保护土小于0.07mm颗粒含量约为85%，其反滤层按 D15≤0.7mm确定，同时应满足D15≥4d15要求。经计算反滤料重量占总土重的15%的滤料粒径应小于0.7mm，大于0.1mm。

结合本地区已成工程实践，确定反滤料由中细砂、中砂、0～5mm、5mm～20 mm、20mm～40mm碎石组成。反滤层20cm厚。

3.1.2 土坝背水坡加固设计

雷草沟二库大坝下游背水坡存在的主要问题是无反滤排水体；坡面、坝体与岸坡接触面无排水措施。依据《碾压式土石坝设计规范》要求，“除干砌石或堆石坝外，均必须设坝面排水。应包括坝顶、坝坡、坝头及坝下游等部位的集水、截水和排水措施。”

（1）坝面排水设施设计

结合坝坡实际情况，在两个主坝段坝岸交接处共设4条排水沟，由于坝坡短，坝面不设排水沟。排水沟断面为0.3m×0.3m，浆砌石结构。

（2）坝踵反滤排水体设计

根据坝坡实际情况，两个主坝段坝坝踵反滤排水体，使坝体经常保持在干燥的工作状态，并可免除汛期下游洪水淘刷坝脚，危及坝体稳定安全。

采用干砌石贴坡排水体，基础高程485.00m，顶部高程488.00m，反滤层由中细砂、中砂、0～5mm、5mm～20mm、20mm～40mm碎石组成。反滤层20cm厚。

3.2 溢洪道加固设计

依据《溢洪道设计规范》〔SL2532000〕，泄洪能力按30年一遇设计，泄洪流量10.80m3/s，300年一遇校核，校核泄洪流量18.87 m3/s。消能防冲按20年一遇设计，泄洪流量8.73m3/s。

3.2.1 溢洪道进口改造加固

溢流堰采用折线Ⅲ型实用堰型式。堰厚δ确定为 1.2m(δ/H=0.75)，堰后坡比为1:3。堰体采用砼结构。拆除旧堰面层，按本次堰型新建，侧墙进行修补，堰体基础维持现状，堰顶高程仍为494.00m。进口和跨溢洪道交通桥两侧翼墙现已倾斜、断裂，应拆除重建。堰体结构采用C20砼，其余均为M7.5砂浆砌石。

3.2.2 泄洪渠槽改造

泄洪渠槽由渐变收缩段和陡坡两部分组成，渐变收缩段能满足设计要求，维持现状，仅进行整修。陡坡段侧墙已折断，应拆除重建。边坡高3.00m顶宽50cm，底宽1.0m，M7.5砂浆砌石。陡坡底原为浆砌石，局部已冲毁，大部底面灰缝脱落。水力计算表明流速大于砌石允许流速，陡坡比降1：6，底部结构本次设计采用在原砌体上增设20cm厚现浇C15砼，以提高抗冲能力。为保证抗滑能力，每间距10m设一道抗滑齿槽，齿槽深50cm，槽宽30cm，与面层砼一次浇注。

3.2.3 消力池加固

根据水力计算成果，消力池长度为16m,现状长度10m，加长6m。池深1.6m。池底面层增加C20砼护面，厚20cm。池下游增设消力槛槛高0.6m，原侧墙只作修补加固，消力池新延长段侧墙高3.4m，顶宽0.6 m，底宽2.0m，基础厚0.80m。采用M7.5块石砌筑。

3.2.4 下游衔接段改造。

现状下游排洪沟道的连接砌护段末端仍在主坝段坝基保护范围，未能将水流安全导入下游排洪沟道,易造成对坝基的浸泡和冲刷，威胁大坝安全。本次结合实际勘察,计划将连接砌护延长30m。砌护采用梯形断面，底宽3.5m坡比1：1护坡厚0.30 m。采用M7.5块石砌筑。

3.3 输水建筑物改造加固设计

3.3.1 东端输水建筑物改造加固设计

东端输水建筑物原为卧管放水涵洞，本次改造加固设计仍维持原结构形式，因卧管破损严重，孔径小无法维修，故卧管拆除重建。卧管坡比为1：2.0，管坡宽3.0m，卧管台高0.5m，台宽1.0m，放水孔直径0.4m，洞净高1.6 m。侧墙、管床基础均为M7.5砂浆砌石，侧墙内外为M10砂浆抹面。洞底面层为C15砼防冲护面。

3.3.2 西端输水建筑物改造加固设计

西端输水建筑物改造加固方案为：放水塔维持原状，浆砌石有压涵洞拆除重建，改为城门洞型，C20钢筋砼涵洞，洞高1.6m。洞壁厚30cm。

放水塔内增设检修闸，闸孔高仍为1.2m，宽 1.0m。

无压涵洞本次进行修补,重新勾缝后采用粘土回填灌浆以堵填渗漏通道，灌浆孔共13排，每排4孔，排距3m。孔成梅花状布设，孔深3m。灌浆压力设计为0.2MPa～0.5MPa(按3m～6m土层厚度确定)。

3.4 库区连通涵洞设计

根据现场勘察和工程实际情况，拟在原连同涵洞位置拆除新建涵洞，涵洞净宽8.0m（根据闸孔出流公式计算确定，通过流域校核洪水时，两水面差为0.1m，已满足要求）。涵洞底设计高程490.10m。交通路面设计高程495.50m(校核水位495.20m)。涵洞采用城门洞型,浆砌石结构。涵洞孔高4.5m，拱半径2.00m，拱顶厚0.40m。边墙高2.50m，边墙底宽 1.60m，顶宽 0.80m。基础宽2.00m，厚0.40m。基础和底板为M7.5砂浆，拱旋和边墙为M10砂浆。

同时对库区交通路、上坝道路、放水金属结构和大坝监测及雨量观测设施进行了设计。为改善管理人员工作条件，本次设计中还将新建管理站房200m2，提高管理效能和水平。

4 结语

雷草沟二库除险加固设计方案经省水利厅审查于2008年12月批复同意，2009年3月1日开始施工，12月31日竣工，2010年7月初通过了汉中市组织的工程验收。通过近一年的蓄水运行和一个汛期洪水考验，设计方案达到了除险加固的目的，不但消除对下游村镇的安全威胁，还可以增加调蓄水量，有效缓解农田用水的紧张局面。除险加固设计方案是切实可行、合理的。陕西水利