七一水库除险加固设计方案比选

1工程概况
七一水库属黄河流域汾河水系，坝址位于临汾市襄汾
县西贾乡万东毛村东的七一沟和南贾沟上，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖、旅游等综合利用的中型水库，水库控制流域面积140.4km 2。

水库枢纽工程有大坝、1#输水涵洞和2#输水涵洞组成。

原七一水库兴建于1958年，1978年将原七一水库大坝和相邻的兴建于1977年的南贾水库大坝分别加高10.5m 和9.5m ，使两库合并成一库，即现在的七一水库，总库容5578万m 3，正常蓄水位471.3m 。

1998年对两个涵洞做了灌浆加固处理，右坝肩高喷防渗墙处理，效果良好。

但七一水库单薄岭坝段仍存在渗流不稳定、坝体填筑质量差及防洪标准低等问题，长期限制低水位运行（高程462m 以下），现水库实际抗御洪水能力为50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

七一水库是一座多水源水库，水库水源主要有七一渠引入的汾河来水，跃进渠引入的龙祠泉水及本流域来水。

七一渠首多年平均可引水量3.88亿m 3，多年平均可引入七一水库水量1.43亿m 3,跃进渠多年可引入七一水库水量0.42亿m 3。

七一渠来水平均造成泥沙淤积11.2万m 3，本流域来水多年平均造成泥沙淤积8.4万m 3，设计泥沙库容为1150万m 3，相应死水位454.94m 。

2现状存在的主要问题
2003年对七一水库进行了大坝安全鉴定，鉴定结果大
坝主要存在以下问题：
（1）原设计未考虑防洪要求，水库现状实际抗御洪水能力为50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，不满足规范要求的1000年一遇洪水校核的防洪标准；
（2）单薄岭坝段渗流不稳定，抗滑不稳定，抗震不稳定；（3）建库时左坝肩处理不彻底，在低水位时仍有大面积渗流和多处岸坡坍塌，渗流处于临界稳定状态。

右坝肩跃进渠过坝涵洞没有处理，存在安全隐患；
（4）大坝观测设施不完善，无雨情、水情测报系统；（5）两输水涵洞出口段钢管、阀门锈蚀，漏水严重，阀门不能正常启闭。

3除险加固方案的拟定选择
方案比选主要是对提高大坝防洪标准的措施和单薄
岭、左坝肩防渗处理措施拟定不同方案进行比选。

根据七一水库综合利用要求，针对水库存在的病险情，结合水库枢纽工程现状，拟定不同工程方案，使水库防洪标准达到部颁标准，使单薄岭段坝体结构、渗流、抗震及左坝肩段渗流达到规范要求，保证水库的正常运行。

从工程现状、地形、地质条件分析，提高防洪标准的方案有：加坝、增设泄洪洞、新建过坝溢洪道四种方案；单薄岭坝段及左坝肩防渗方案有：上游护坡及铺盖、下游反滤排水、
坝体垂直防渗三种方案。

坝体垂直防渗方案又有砼防渗墙、高喷防渗墙、及柱列式地下连续墙三种。

3.1防洪方案比选3.1.1防洪方案拟定
方案Ⅰ：大坝坝顶加高，上游坝坡培厚，坝顶增设防
浪墙。

从大坝上游加高培厚，现状大坝一级平台464.8m ，平台宽24m ，清理上游一级坝坡护坡及反滤层，清理坝顶路
［收稿日期］2016-08-07
［作者简介］梁尚英（1964-），女，山西临汾人，本科，高级工程师，主要从事水利工程设计工作。

七一水库除险加固设计方案比选
梁尚英
（临汾市水利勘测设计院，山西临汾041000）
［摘
要］本文结合七一水库概况以及水库运行期间存在的问题，拟定多个可行方案并从经济、管理、施
工场地地形地质条件及周边环境等几个方面加以比较，最后比选出最适合工程的提高防洪标准方案和单薄岭、
左坝肩防渗方案，水库建成后经过几年的运行，单薄岭及左坝肩防渗效果良好，可为类似案例提供借鉴。

［关键词］七一水库；防洪；防渗；方案比选［中图分类号］TV697.3
［文献标识码］B
文章编号：1673-9000（2017）01-0060-03
·60·
DOI:10.16747/61-1109/tv.2017.01.024
序号溢洪道宽度B （m ）进口底高程（m ）最大泄量（m 3/s ）堰顶水深（m ）泄槽宽（m ）泄槽深（m ）110469.084.07 2.31022
15
470.0
80.37
2.2
152320470.287.43 2.02024
50
471.3
93.97
不设
30
2
面，上游坝坡从一级平台起，按1:3的坡度培厚，坝顶由473.8m 加高至474.31m ，坝顶宽为8m ，并在坝顶设1.2m 高防浪墙，工程直接费209.94万元。

方案Ⅱ：大坝坝顶加高，下游坝坡培厚，坝顶增设防浪墙。

以现坝轴线为起点在下游加高培厚，坝顶设1.2m 高防浪墙，新加坝体上游坝坡为1∶2（473.8m ～474.5m ）,下游坝坡分四级，一级1∶2.5（474.5m ～464.5m ），设3m 马道，二级1∶3（464.5m ～457.5m ），设3m 马道，三级1∶3.5（457.5m ～450.5m ），设5m 马道，四级1∶4（450.5m ～433.8m ）。

工程直接费1341.89万元。

方案Ⅲ：新建1.5m ×2m 泄洪洞，坝顶加1.2m 防浪墙。

从地址、地形条件分析，泄洪洞的位置选择在大坝左岸侧桩号0+225处，与坝轴线下游法线方向夹角16°，为有压短进口形式的无压洞，洞底高程为448m ，洞口尺寸1.5m ×2m 。

调洪结果为设计洪水位469.56m ，设计泄量18.29m 3/s ，校核洪水位472.39m ，校核泄流56.86m 3/s 。

泄洪洞分为进水塔、工作桥、洞身段、泄槽段、消力池段、护坦段、尾水渠段七部分。

进水塔长17m ，宽11.4m ，高31.8m ；洞身段长183m ，纵坡1/100，为城门洞型断面，宽3m ，高4.5m ，；泄槽段长116m ，纵坡1/10，矩形断面，宽3m ，高4m ～2.8m ；消力池段长37m ，池宽7m ，深5.4m ，护坦段长15m ，宽7m ，尾水渠长105m ，为梯形土渠，底宽10m ，边坡1:1.5，纵坡1/60。

工程直接费954.53万。

方案Ⅳ：新建10m 宽过坝溢洪道，坝顶加1.2m 防浪墙。

根据地质、地形条件，溢洪道选择在大坝左端桩号0+210处，溢洪道进口宽度拟定了10m 、15m 、20m 、50m 四个方案进行分析比较，溢洪道由钢筋砼的侧墙、底板和橡胶坝袋组成，详见表1。

溢洪道设计采用方案1，即新建10m 宽过坝溢洪道，底高程为469m ，闸室设2.5高橡胶坝，非汛期立坝蓄水，满足水库的兴利要求，汛期坍坝泄洪，满足泄洪要求，具有投资最少、施工方便、便于运行管理等优点。

工程直接费549.56万元。

3.1.2
防洪方案选择
由上述可知，四种提高防洪标准的方案在技术上都是可行的，但从经济、管理、施工等几个方面比较都有各自的优缺点：
方案Ⅰ，坝顶加高上游培厚方案的优点是施工简单，运行管理方便，投资小，缺点是遇紧急情况泄放库水较为困难。

方案Ⅱ，坝顶加高下游培厚方案的优点是施工简单，运行管理方便，缺点是工程投资大，水库遇紧急情况泄放库水较为困难，且因大坝加高将破坏下游现有的观测设施，影响观测资料的连续性，破坏下游的草皮护坡6万多m 2。

方案Ⅲ，新建泄洪洞方案的优点是运行管理占有主动性，大洪水来临或是险情时可以及时开闸泄洪。

缺点是投资大，施工时需对现坝体长108m 的范围内进行开挖，开挖深度达27m ，开挖段夯填后，如新旧坝体及坝体与建筑物结合不好，将会影响坝体安全。

方案Ⅳ，新建溢洪道方案的优点是施工中对现有工程无大的影响，缺点是运行管理主动性比泄洪洞差，投资较大。

综上所述，七一水库防洪达标工程措施选择方案Ⅰ，即大坝坝顶加高上游坝坡培厚，坝顶增设防浪墙。

3.2
单薄岭坝段及左坝肩防渗方案比选
单薄岭坝段及左坝肩防渗方案拟定了坝上游护坡及铺盖、下游反滤排水、坝体垂直防渗三种方案进行比选。

3.2.1
上游护坡及铺盖防渗方案
该方案是将上游464.8m 平台以下及库底宽约60m 表层土进行土壤固化。

施工方法是将厚10cm ～15cm 表层土掺加10%～15%土壤固化剂，
通过拌匀、碾压、养护，提高坝坡及库底的抗渗能力。

该方案需在水库放空时施工，而七一水库放水建筑物1#、2#涵洞进口底高程各为449.8m 、449.2m ，449.2m 至库底间的水无法放出，施工排水难度大、质量难以保证。

3.2.2
下游反滤排水方案
该方案是在单薄岭坝段及左坝肩的下游设反滤排水。

单薄岭坝段：1993年单薄岭下游段出现阴湿面，高程446.0m ～448.0m ，当时采用砼预制块及砌石进行了反滤排水，但现状下游出溢点在反滤体的顶部，反滤体不能起到反滤排水的作用；单薄岭坝段下游原状地面高程450.0m ，为降低浸润线，排水棱体需设在445m ～432m 之间，增设排水棱体需挖掉450m ～432m 之间的土体，该土体443m ～435m 之间有一层砂砾层，下游排水棱体需将该砂层全部覆盖，施工难度大且威胁到单薄岭坝段的安全；根据大坝稳定分析结果，单薄岭坝段正常运行时抗滑不稳定，下游反滤排水方案只能解决该坝段的渗漏不稳定问题，而不能解决抗滑不稳定问题，且排水棱体运行一段时间后易产生排水不畅现象，也就是说不能彻底解决渗流不稳定的问题。

表１
过坝溢洪道方案比较
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隧洞底宽4.28m ，底板反弧半径为5.2m ，隧洞净宽5.2m ，净高5.2m 。

城门洞型：衬砌断面的侧墙为直墙，顶部为圆弧形，圆拱中心角为90°～180°，
本工程由于围岩一般，顶拱采用较大的圆拱中心角，对该断面型式的设计采用圆拱中心角为120°，底宽4.8m ，高5.5m 。

高宽比H/B=1.14。

圆形衬砌断通常用于有压洞。

本工程引水隧洞圆形衬砌断面内径为5.4m 。

引水隧洞衬砌类型比较表见表3.3-1。

引水隧洞按成洞围岩等级划分，III 类围段占洞长的51.5%，IV ～V 类围岩段占洞长的48.5%，成洞条件一般，特别是在穿越断层破碎带和灰橄岩条带成洞条件较差。

城门洞型断面施工简单，但该断面适用于地质条件较好的情况。

它的优点是施工放样、开挖和砌筑都较简便，缺点是受力条件较圆形断面和马蹄型断面差。

马蹄形断面适用于岩石比较软弱破碎，垂直山岩压力和侧向山岩压力均较大的情况。

马蹄形断面施工时各断面均为弧形断面，施工相对复杂，但其受力条件较好，在穿越断层及灰橄岩条带时结构受力条件优于城门洞型。

圆形断面受力条件较优良，衬砌量节省，但隧洞仰拱曲率较小，不利于施工期一次衬砌施工，为满足施工期交通要求，需对底板进行二次开挖。

因
此引水隧洞横断面采用马蹄型断面。

根据玛河一级电站引水隧洞运行经验，标准马蹄型断面在多泥沙运行条件下，由于泥沙主要集中于底板反弧段最低点，对底板最低点磨蚀较严重，因此对马蹄型断面进行优化，将标准马蹄型断面反弧底板优化为平底，在后期运行期间泥沙均匀平摊于整个底板，降低泥沙对底板磨蚀速度。

4结论
隧洞根据地形地质条件、运行工况等条件的不同，都
有其自身的特点，在实际工程中，应结合实际的地形地质、水文条件、运行工况等因素，采用不同的技术方案，进行技术经济比较，选择相对最优的设计方案。

本工程引水隧洞穿越地层比较复杂，通过了大量的分析比较，确定了采用平底马蹄型断面，即保证了工程的安全，又节省了工程投资。

参考文献
［1］水工隧洞设计规范（SL279-2002）[S].中国水利水电出版
社.2003.03。

［2］水力学计算手册/李炜主编（第二版）[M].北京市三里河路6
号中国水利水电出版社.2006（2007重印）。

（上接第49页）
左坝肩：左坝肩左侧下游临空面坡比1∶0.1左右，深度10m ～15m ，做反滤排水的空间位置不够，施工放线将影响到坝顶公路；另一方面，左坝肩下游有南贾坝后站，采用下游反滤排水方案，需将坝后电灌站迁移，影响电灌站灌区0.15万ha 农田的正常灌溉。

无论从技术上还是施工上分析，此方案都不可行。

3.2.3
垂直防渗方案
此方案是在单薄岭及左坝肩上游高程464.8m 的平台处设垂直防渗墙。

防渗墙不仅可以减少通过坝体及坝基的渗漏量、降低渗透坡降、还可以降低侵润线，减少土料溶蚀，增加下游坝坡的稳定性，工程效果较其他两种方案更显著。

通过以上比较，选择垂直防渗墙作为推荐方案，可以彻底解决七一水库渗流不稳定、抗滑不稳定等问题。

经计算，单薄岭坝段需防渗处理的面积13310m 2，左坝肩为17150m 2。

垂直防渗墙根据施工工艺的不同有多种选择，据工程地质条件及地形条件，单薄岭坝段及左坝肩防渗处理可采用的工程方案有砼防渗墙、高喷防渗墙、柱列式地下连续墙。

砼防渗墙是采用液压抓斗成槽机造槽，塑性砼成墙，可满足设计深度、厚度及槽孔长度要求。

墙段连接采用接头管法，浇筑采用孔内泥浆下直升导管法，塑性砼弹性模量500MPa 左右，抗压强度（28天）2.0MPa ，渗透系数1×10-7cm/s ，造价455.36元/m 2，单薄岭直接费用646.53万元，左坝肩780.94万元，
总计1427.46万元。

高喷防渗墙是利用钻机造孔，利用高压泵喷射水、气、水泥浆进入土体，冲击破坏土体，使土体中的细小颗粒随着浆液冒出地面，其余颗粒与灌入浆液掺搅混合，按一定的浆土比列和质量大小有规律地重新排列形成防渗墙。

成墙深度可达40m 左右，设计墙厚45cm ，孔距1.7m 时，造价495.80元/m 2，单薄岭直接费用659.90万元，左坝肩868.20万元，总计1528.10万元。

柱列式地下连续墙是利用螺旋钻孔机进行就地灌注桩的重叠搭接施工，形成砼防渗墙，设计墙厚0.6m ，造价500元/m 2，单薄岭直接费用665.5万元，左坝肩857.5万元，总计1532万元。

以上三种方案技术上均可行，利用液压抓斗成槽的砼防渗墙投资较少、工程质量易保证，因此单薄岭坝段及左坝肩防渗方案采用液压抓斗成槽砼防渗墙。

4结论
方案比选是工程建设的重要手段，方案的确定为下阶
段的设计工作做好了铺垫，为工程设计提供强有力的技术依据。

七一水库除险加固工程通过方案比选取得了比较符合实际的设计方案。

工程于2006年9月进行了建设施工，目前，水库运行情况良好，单薄岭及左坝肩防渗效果显著。

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