侯莊水庫現狀及除險加固工程措施

萬紅

(河南省信陽市淮濱縣水利局，河南 信陽 464400 )

1 工程現狀

淮濱縣侯莊水庫位于信陽市淮濱縣三空橋鄉侯莊村，處在淮河水系大洪河支流二道港的支流上，控制流域面積20 km2，最大壩高8.50 m，總庫容348.10萬m3。是一座以防洪、灌溉為主，結合水產養殖等綜合利用的小(1)型水庫。水庫主要建筑物由大壩、溢洪道、輸水洞等組成，大壩為黏土均質壩，長740 m。水庫于1972年2月動工興建，1973年4月基本建成。侯莊水庫下游保護區內有1.20萬人和麻里等5個行政村，地理位置重要。投入使用至今，為當地的防洪、抗旱、養殖等發揮了很大作用。由于水庫建設正值“文革”時期，屬典型的“三邊”工程。水庫興建時，建筑材料缺乏，加之群眾性施工，施工質量差，加之管理等原因，又經過30多年的運行，存在諸多問題，主要有：大壩填筑質量差，大壩上游坡高程36.00 m以下為干砌石護坡，無墊層，護坡塊石零亂、塊徑小，風化塌陷嚴重，高程36.00 m以上未護砌，壩頂路面凸凹不平，下游坡為草皮護坡，無縱橫向排水溝，壩腳未設置排水反濾設施；壩頂和上、下游側樹木繁多，雜草叢生，存在白蟻危害；溢洪道進口引渠淤堵，阻水，溢流堰頂高程不能滿足水庫興利要求；消力池不能滿足消能防沖要求，下游無海漫,尾水渠斷面狹窄，洪水不能安全下泄；輸水洞進出口磚砌體風化，砂漿抹面碳化剝落，無閘室，閘門鐵件銹死，啟閉機已拆除，洞身塌陷，出口無消能設施。監測設施缺乏，管理設施失修。

針對上述存在的主要問題，依據SL258—2000《水庫大壩安全評價導則》的要求，2007年4月，淮濱縣水利局組織有關設計單位編制完成了《淮濱縣侯莊水庫大壩安全評價報告》，該報告從水庫的防洪標準、工程質量、結構安全、輸泄水建筑物安全、滲流安全、金屬結構安全、大壩運行管理等主要方面，對水庫的安全性進行了全面復核和綜合評價。安全鑒定結論為：“大壩病險嚴重，屬三類壩”。2010年，河南省水利廳組織專家組進行了現場核查，同意三類壩鑒定結論，急需進行除險加固。

2 工程地質

根據《中國地震動參數區劃圖》，侯莊水庫工程地震峰值加速度為0.05 g，本場地的地震烈度相當于Ⅵ度。庫區位置在區域構造單元劃分上屬三級構造單元之西峽-南灣地向斜褶皺束(Ⅱ14)，以水庫大壩為中心100 km范圍內的大斷裂南有桐柏～商城深斷裂，北有信陽～梅山深斷裂，兩條斷裂呈北西西向平行展布，是二級構造單元界線。在庫區調查范圍內未發現通往庫外大的斷裂構造帶及新構造運動的跡象。區域構造穩定性較好。大壩壩基為低液限黏土層，該層土沉積密實，厚度大，強度高，呈硬塑狀，滲透系數<10-6cm/s，為不滲透地層，故壩基不存在滲透問題。由于大壩填筑質量差，施工時清基不徹底，壩基與壩體接合處存在滲漏問題。溢洪道地層巖性為第四系更新統洪積低液限黏土，黃色～棕黃色，稍濕，土的狀態硬塑～堅硬狀態，工程地質條件較好。

3 除險加固措施

3.1 工程等別及建筑物級別

侯莊水庫總庫容348.10萬m3，按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》的規定，屬于小(1)型水庫，工程等別為Ⅳ等，所屬主要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。主要建筑物包括大壩、溢洪道、輸水洞等。水庫除險加固工程防洪標準采用20 a一遇洪水設計，100 a一遇洪水校核，泄水建筑物消能標準為20 a一遇洪水設計。

3.2 設計洪水

侯莊水庫自建庫以來沒有水文觀測資料，附近也沒有可借鑒的降雨資料，分別采用《河南省中小流域設計暴雨洪水圖集》(1984年版，簡稱《84圖集》)和河南省水文水資源局2005年12月編制的《河南省暴雨參數圖集》(簡稱《05圖集》)進行設計暴雨、洪水參數計算，“84圖集”洪水計算結果較大，為安全考慮，采用“84圖集”洪水計算成果，20 a一遇設計洪峰流量130.80 m3/s，24 h洪量374萬m3；100 a一遇校核洪峰流量213.00 m3/s，24 h洪量580萬m3。

此次除險加固保持水庫功能不變，經調洪演算，除險加固后，死水位32.00 m，死庫容25.00萬m3；汛限水位34.40 m，相應庫容92.00萬m3；興利水位34.40 m，興利庫容67萬m3；設計洪水位35.66 m，相應庫容252.70萬m3；校核洪水位36.07 m，總庫容348.10萬m3。

3.3 工程設計

3.3.1 大壩加固設計

3.3.1.1 壩頂工程

針對大壩壩頂不滿足防洪要求及壩頂路面存在的問題，本次加固擬對0+000～0+520段重新鋪設瀝青混凝土厚6 cm，路面寬10.00 m，上游增設C20混凝土防浪墻，頂部高程為37.80 m，厚0.30 m，埋深1 m；下游增設C20混凝土路緣石，斷面尺寸為0.15 m×0.50 m(寬×高)，路緣石高出路面0.15 m，正對橫向排水溝處設排水缺口。

由于大壩樁號0+520～0+653段壩頂高程為37.00～36.10 m，比最高靜水位36.07 m高，本次加固保留現狀路面，增設上游防浪墻和下游路緣石，防浪墻頂部高程為37.50 m。

大壩樁號0+653～0+740段壩頂路面低于最高靜水位，且存在與溢洪道新建交通橋連接問題，擬拆除現狀壩頂路面，并將大壩加高培厚，使大壩與溢洪道新建交通橋平順連接。加固后壩頂高程為36.10～37.00 m(交通橋橋面高程)，寬5.00 m，采用C20混凝土硬化，增設上游防浪墻和下游路緣石，防浪墻頂部高程為37.50 m。

3.3.1.2 上游壩坡工程

針對大壩上游壩坡存在的問題，此次加固擬對大壩上游壩坡進行整修和護砌。上游壩坡整修后坡比為1∶2，并在高程34.50 m處增設1.00 m寬平臺一道。壩坡整修時壩體回填土料應滿足規范要求，回填土壓實度≥0.96；回填前應進行清基，平均清基厚度0.30 m。

0+000～0+400段上游混凝土護坡厚度較薄，不能滿足規范要求，且經多年浪水沖擊、淘蝕，大部分混凝土塊已嚴重塌陷毀壞，無法繼續抗御風浪襲擊，危及壩體安全，擬對其重新護砌；護砌高程從死水位32.00 m高程到壩頂間，護坡類型采用C20混凝土護坡，厚0.13 m，下部為0.15 m厚的砂石墊層，單塊板尺寸3.00 m×2.50 m，板間縫寬10 cm，錯縫布置，縫中設無砂混凝土排水帶，排水帶下鋪1.10 m寬無紡針織布。上游34.50 m高程的平臺內側及死水位護坡底部均設C20混凝土基墩。由于0+400～0+740段處在臺地段，上游壩坡均處在水位變化范圍以上，擬對其采用草皮護坡。

3.3.1.3 下游壩坡及壩腳工程

根據大壩下游壩坡存在的問題，對下游壩坡進行整修，0+000～0+520段整修坡比為1:2.5，0+520～0+740段整修坡比為1:2，均采用草皮護坡。為了解決壩坡雨水沖刷和壩體排水問題，此次加固在0+000～0+520段下游壩腳設置一道縱向排水溝，下游壩坡每隔50 m設置橫向排水溝一道，0+060～0+335段壩腳新建貼坡排水?？v向排水溝斷面尺寸為0.50 m×0.60 m(寬×高)，壁厚和底厚均為0.20 m，總長500 m；橫向排水溝斷面尺寸為0.30 m×0.30 m(寬×高)，壁厚和底厚均為0.15 m，共計11條，總長179 m；貼坡排水頂部高程為32.00 m，由內而外結構分別為0.20 m厚粗砂墊層、0.20 m厚卵石墊層和0.40 m厚干砌塊石護坡。

3.3.1.4 清障工程

為保障大壩安全，將清理上下游壩頂及下游壩坡的樹木，共需砍伐約1 300棵樹木，樹木砍伐后，還需對樹根進行開挖、清理，以清除壩體內殘留的樹木根須，并進行回填土。

3.3.1.5 白蟻防治

白蟻防治應貫徹“預防為主、防治結合、綜合治理”的方針。采用挖巢滅殺、藥物灌漿和地表施藥的治理措施。另外，對大壩兩端100 m范圍內，采用挖巢和藥物防治相結合的方法，消滅原生白蟻，消除蟻源區白蟻生存繁衍，避免白蟻再次向大壩入侵。

3.3.2 溢洪道加固工程

針對溢洪道為土質，開挖后未護砌，溢洪道兩側邊坡拉切坍塌嚴重，下游無消能設施，沖刷淘蝕嚴重，溢洪道工程質量差；尾水渠未開挖成形，斷面狹窄，影響洪水安全下泄；堰頂無交通橋，致使泄洪時兩岸交通中斷等問題。此次加固將溢洪道堰頂高程恢復到34.40 m，寬39.00 m，過水斷面為矩形，過流凈寬37.20 m，溢洪道工程采用20年一遇洪水標準，依據調洪成果，相應庫水位35.66 m，20年一遇洪水溢洪道下泄流量84.00 m3/s。加固后溢洪道由進口段、堰頂控制段、消能設施段及尾水渠段組成。

進口段0+000～0+061為引渠，底部高程33.40 m，寬40 m，兩岸邊坡為1∶2；0+061～0+066段為1∶5的倒坡，底部采用0.40 m厚C20混凝土護砌，下鋪0.10 m厚C15混凝土墊層，底寬40.00 m漸變為39.00 m，兩岸邊坡由1∶2漸變為直墻，墻頂由34.80 m漸變為37.00 m，采用M7.5漿砌石扭曲面護砌。

堰頂控制段為開敞式寬頂堰，堰頂高程34.40 m，堰頂凈寬37.20 m，順水流長5.00 m，底板采用0.40 m厚C20混凝土護底，下鋪0.10 m厚C15混凝土墊層，底板與上、下游接縫處設橡膠止水，兩岸為C20混凝土交通橋橋臺，臨水側為直墻，填土側邊坡為1∶0.30。堰頂交通橋總長40.00 m，共4跨，兩邊跨每跨凈寬9.20 m，中間2跨每跨凈寬9.40 m；上部結構采用C30鋼筋混凝土空心板，兩側設C30鋼筋混凝土護輪帶和C25鋼筋混凝土欄桿，橋面凈寬3.89 m，高程為37.00 m，橋面向兩側設1%地找坡，并設有排水孔。

消能設施段：陡坡段水平投影長8.00 m，坡比1∶4，底寬39.00 m，底板采用0.40 m厚C25鋼筋混凝土護底，下鋪0.10 m厚C15混凝土墊層；兩岸為C20混凝土重力式擋土墻，距消力池底板1.00 m處設φ75PVC排水管一排，間距1.50 m，墻頂高程由37.00 m漸變為35.30 m。消力池護坦長8.00 m，池深0.60 m，消力池底板高程為32.40 m，采用C25鋼筋混凝土護砌，并設φ75PVC排水管，間距1.00m，梅花形布置，下設0.50m厚三層反濾層；兩岸為C20混凝土重力式擋土墻，距消力池底板1.50 m處設φ75mmUPVC排水管一排，間距1.50 m。池后海漫段(0+087～0+107)底寬由39.00 m漸變為33.00 m，其中0+087～0+097段底寬由39.00 m漸變為36.00 m，采用M7.5漿砌石護底，厚0.40 m，兩岸為M7.5漿砌石扭面，由直墻漸變為1∶2邊坡；0+097～0+107段底寬由36.00 m漸變為33.00 m，底部及邊坡均采用干砌石護砌，厚0.40 m。

開挖疏浚尾水渠(0+107～0+167)，底寬由33.00 m漸變為15.00 m，兩岸坡比為1∶2，后接下游河道。

3.3.3 輸水洞工程

輸水洞位于大壩樁號0+275處，進口底部高程32.00 m，設計引水流量1.00 m3/s。針對輸水洞存在的問題，采取拆除重建措施。新輸水洞由進口段、閘室段、洞身段和出口段四部分組成。進口段長5.00 m，采用C20混凝土八字墻，底板C20混凝土厚0.40 m，前后設齒，深0.40 m；閘室進口尺寸1.20 m×1.20 m，閘室內設平板工作鑄鐵閘門、檢修閘門各一扇，安裝80kN手、電兩用螺桿式啟閉機2臺，閘底板高程為32.00 m，與上下游接縫處采用“651”橡膠止水帶防滲，C25鋼筋混凝土底板厚為0.60 m，頂板厚0.50 m，閘室長為6.00 m，操作平臺高程37.00 m；洞身為C25鋼筋混凝土箱涵，斷面尺寸為1.20 m×1.20 m，壁厚0.40 m，共2節，每節長9.00 m，接頭處設有C25鋼筋混凝土截水環。

洞身出口接下游消能設施，分別為：陡坡段、消力池段、海漫段。陡坡段水平投影長9.00 m，澆筑C25混凝土護底，厚0.40 m，下鋪0.10 m厚C15混凝土墊層，坡比1∶3；邊墻為M7.5漿砌石擋土墻，臨水側為直墻，填土側邊坡比為1∶0.50；每隔10.00 m一分縫，縫中采用閉孔泡沫塑料板填縫；消力池底板厚0.40 m，下設0.50 m厚砂石反濾層，底板上設置φ75UPVC排水管，間距1.50 m，呈梅花形布置。邊墻為M7.5漿砌石擋土墻，臨水側為直墻，填土側邊坡比為1:0.50，邊墻上設置φ75mmUPVC排水孔1排，距底0.50 m；海漫段長10.00 m，M7.5漿砌石護底厚0.40 m，兩岸為M7.5漿砌石扭面，由直墻扭變到1∶1.50的邊坡，底部寬3.50 m，兩岸高程30.50 m，下游接現有灌溉渠道。

3.3.4 觀測與管理設施工程

觀測設施：此次設計計劃在大壩樁號0+080、0+230、0+380斷面增設共計7點浸潤線觀測管。管理房維修：維修管理房100 m2。水文測報設施：增設水位觀測水尺1處，在樁號0+180處上游壩坡增設水尺一組，水尺旁設C20混凝土觀測踏步。防汛照明燈：在壩頂0+000～0+520段內側每隔100 m設置一組防汛照明燈，現澆C20混凝土燈座，預埋電桿基礎墊板，共計6組。

4 結語

侯莊水庫除險加固工程于2011年10月開工，2012年5月竣工。目前工程運行正常，不僅防洪、灌溉和養殖效益顯著，也明顯改善了周邊的水生態和水環境，社會效益、生態效益顯著。