冯安太

（运城市夹马口引黄管理局，山西 运城 044000）

黄牛蹄水库除险加固工程简述

冯安太

（运城市夹马口引黄管理局，山西 运城 044000）

介绍了黄牛蹄水库工程概况，阐述了水库现状及存在问题，经安全鉴定，认定该水库为病险水库。通过对大坝加固、溢洪道改造和输水洞维修，建议增设必要的大坝观测设施，并对输水洞明渠右侧开挖边坡不稳定性进行处理，以保证水库正常运行。

病险水库；除险加固；大坝；溢洪道；输水洞；黄牛蹄水库

1 工程概况

黄牛蹄水库位于潞城市黄牛蹄乡黄牛蹄村东，浊漳河二级支流南大河上，水库坝址以上控制流域面积165 km2，是一座以防洪为主，兼顾灌溉的小（一）型水库，总库容900万m3。水库由大坝、溢洪道、输水洞组成。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，工程等别为Ⅳ等，大坝、溢洪道及输水洞为4级建筑物，防洪标准为30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。

大坝为碾压均质土坝，最大坝高30m。溢洪道位于大坝右端，建于土基上，浆砌石结构，长130m。堰顶总宽11.5m，2孔，每孔净宽5m。堰后接42m的泄槽段，泄槽段后是68m长的陡坡段，未建消能设施。输水洞位于左岸，进口卧管距左坝肩70m，泄水涵洞从左岸台地中穿过。洞身进口高程753.60 m，洞长120m，洞身段为城门洞型，断面尺寸为1.0m×1.5m（宽×高），浆砌块石结构。进口形式为涵卧管，台阶式32级（已淤积14级），级差0.75m。卧管进水口为正方形，边长0.5m。

2 存在问题及加固设计

2.1 大坝存在问题及加固设计

2010年10月，长治市水利局组织专家对黄牛蹄水库进行了安全鉴定，认定该水库为病险水库。

2.1.1 大坝坝顶

大坝坝顶不规则，宽窄不一，平均宽度3.5m，无防浪墙，坝顶未硬化。此次加固需对坝顶设置防浪墙，防浪墙长215m，坝顶以上高度1m，采用M7.5浆砌石结构，墙身宽0.5m，底宽1.0m。防浪墙每隔15m设置沉降缝一道，缝宽2 cm，采用密封膏封堵。坝顶加宽至5m，坝顶路面采用C20混凝土硬化，下游侧设C20混凝土路缘石。混凝土路面厚0.1m，下设0.3m厚的3∶7灰土垫层。

2.1.2 大坝上游坝坡改造

目前大坝上游护坡较少，在高程767.60～772.00m之间有干砌石护坡，且局部损坏缺失。此次大坝上游坝坡仍采用干砌石护坡，整个坝段护坡厚均为0.3m（护坡下护至高程764.70m，上护至坝顶，与防浪墙基座紧密相连），下面铺设反滤料，粗砂、碎石层厚各0.15m。为减少水的渗透对坝体的稳定安全产生影响，大坝上游护坡反滤层下铺设一层500 g/m2的土工布（两布一膜）。

2.1.3 大坝下游坝坡改造

目前大坝下游坝坡不稳定，下游无排水沟和排水体。此次从下游749.00m（下游现状淤积高程）处开始培厚坝体，至坝顶止，坝顶宽度维持现状，仍为3.5m。培厚后的坝坡从上到下依次为1∶2，1∶2.5，1∶3。大坝填筑土体的压实度不低于0.96。

在新培厚的坝体上设横向排水沟3条，纵向排水沟1条，岸坡排水沟2条，坡脚设贴坡排水体。排水沟采用M7.5浆砌石砌筑。排水体采用砌块石，下设反滤层。块石层厚0.4m，碎石层厚0.2m，砂垫层厚0.15m。排水体顶高程757.30m（高于正常蓄水位771.50m情况下的坝体浸润线出逸高程756.52m）。

2.1.4 大坝加固后坝体稳定计算

根据《碾压式土石坝设计规范》要求，坝坡稳定计算工况分正常运用条件和非常运用条件两种。坝坡抗滑稳定计算采用瑞典圆弧法中的有效应力法，用毕肖普法复核。计算断面选择大坝最大断面作为代表断面，即桩号0+090处。稳定安全系数按《碾压式土石坝设计规范》执行。具体计算参数见表1，计算结果见表2和表3。

表1 计算用土料指标

表2 下游坝坡稳定计算结果

表3 上游坝坡稳定计算结果

正常运用条件如下：正常蓄水位771.50m时上下游坝坡稳定；设计洪水位773.64m骤降至正常蓄水位771.50m时上游坝坡稳定。

非常运用条件如下：正常运用条件遇地震时的坝坡稳定。

从大坝稳定计算结果来看，除险加固后，无论是正常运用情况还是非常运用情况，大坝上下游坝坡抗滑稳定安全系数均符合规范要求值，说明大坝上下游坝坡是稳定的。

2.2 溢洪道存在问题及加固设计

2.2.1 存在问题及加固设计

经安全鉴定，溢洪道底板被破坏；交通桥中墩、边墩及泄槽边墙等的基础出露；溢洪道陡坡段右边墙坍塌，塌积物堆于溢洪道内；溢洪道右边墙顶部以上黄土高边坡较陡；溢洪道末端未建消能设施。

此次对溢洪道进行了下挖、拓宽、衬砌等改造。改造后的溢洪道总长195m，其中引渠段长35m，控制段7m，泄槽段108m，消能段15m，尾水段30m。

引渠段边墙采用贴坡式M7.5浆砌石结构，邻水侧坡度1∶0.5。左岸边墙和大坝坝坡相连，墙后人工填土至高程777.60m。底板采用0.5m厚的M7.5浆砌石衬砌。

控制段采用C25钢筋混凝土整体现浇，下设0.1m厚的C15混凝土垫层。控制段分3孔，单孔净宽5.5m，总净宽16.5m。控制段侧墙顶宽1m，墙顶高程777.60m，内侧直立，墙高6.1m；底板厚1.5m，底板上游侧设一道齿墙，厚1m。控制段上游两侧设翼墙，翼墙厚度1m。控制段顶部设置交通桥，桥宽5m，桥长20m，分三跨。桥墩宽1m，与控制段整体现浇在一起。

泄槽段桩号0+007—0+115，长108m，其中0+ 007—0+045为缓坡收缩段，0+045—0+115为陡坡段。0+007—0+045段底板宽度由18.5m渐变为12m，底坡0.5%。0+045—0+115段为陡坡段，底坡40%。

消能段桩号0+115—0+130，消力池长15m，深1.5m，池边墙采用M7.5浆砌石挡土墙，底板和消力尾坎采用C25钢筋混凝土整体现浇。

尾渠段桩号0+130—0+160，长30m，不衬砌，底板设干砌石海漫防冲，厚0.5m。

2.2.2 溢洪道水力计算

溢洪道控制段抗滑稳定计算参照《水工设计手册》中公式进行计算：

式中：Kc——闸室结构的抗滑稳定安全系数；

f——闸室基底面的摩擦系数；

ΣG——作用于闸室结构上部全部竖向荷载，kN；

ΣH——作用于闸室结构上部全部水平向荷载，kN。

控制段基础为低液限黏土，本工程取f=0.30。

计算结果分别为：无水情况下，Kc=1.43；设计洪水位下，Kc=1.65；校核洪水位下，Kc=3.26。

抗滑稳定安全系数在基本荷载组合情况下应大于1.20，特殊荷载组合情况下应大于1.05，稳定计算满足要求。

溢洪道边墙稳定及应力选择0+045处断面作为典型断面计算，计算工况选择最不利的无水情况。经计算，Kc=1.21；边墙最大应力为115 kPa。

根据计算结果可知，最小抗滑稳定安全系数大于允许的最小系数1.05，满足要求。最小抗倾覆稳定安全系数大于允许的最小系数1.50，满足要求。基底最大应力为115 kPa，小于基础（低液限黏土）最小承载力190 kPa，满足要求。

2.3 输水洞存在问题及加固设计

输水洞出口无消能设施及尾水渠。此次设计在输水洞出口做消能池，尺寸2m×2m，采用M7.5浆砌石砌筑，靠近输水洞出口侧挡墙高3.2m，其余三面挡墙高均为1.5m。消能池出口接尾水渠，M7.5浆砌石砌筑。尾水渠长30m，断面宽1.5m，高1.5m。

3 建议

第一，建议成立水库管理机构，对水库管理人员重新配置，制定切合实际的规章管理制度，完善大坝安全各级责任人、管理单位和管护人员，并明确其职责（包括汛期和非汛期），特别是要将值班、巡查、监测、记录及特殊情况下的报告制度落实到每个部位和具体人员，编制并报批体制改革方案、水库调度规程及应急预案。

第二，补充完善坝顶路缘石及排水沟、下游坝坡面草皮护坡、下游坡两侧排水沟延伸等工程，增加必要的大坝观测设施。

第三，结合输水洞最大输水流量时的出口流速，复核跌水建筑物尺寸，以确保水流能够全部入池，并对输水洞明渠右侧开挖边坡不稳定性进行处理。

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1004-7042（2016）03-0040-02

冯安太（1974-），男，2008年毕业于河海大学工程管理专业，工程师。

2016-01-08；

2016-02-20