淺議小型水庫的輸水洞消險設(shè)計

高 建

(喀左縣凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 朝陽 122300)

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淺議小型水庫的輸水洞消險設(shè)計

高 建

(喀左縣凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 朝陽 122300)

在我國，小型水庫數(shù)量大，分布較廣。經(jīng)過多年的實(shí)際應(yīng)用，小型水庫在抗御水旱災(zāi)害,保障防洪安全等方面起到了一定的關(guān)鍵作用。但是小型水庫的運(yùn)行管理中，存在幾項(xiàng)較為突出的問題。從全國范圍內(nèi)開展的小型水庫清理整頓工作結(jié)果來看，小型水庫的輸水洞消險設(shè)計存在明顯問題，以至于已經(jīng)影響了小型水庫的安全管理和安全運(yùn)行。為了保證小型水庫下游的用水安全和大壩的安全，細(xì)致分析小型水庫的輸水洞消險設(shè)計要點(diǎn)極為重要。文章首先分析了小型水庫輸水洞存在的不合理問題及其產(chǎn)生的原因，其次，就小型水庫的輸水洞消險設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行闡述，最后，提出了小型水庫的輸水洞消險設(shè)計的具體實(shí)施措施。

小型水庫；輸水洞；消險設(shè)計；措施

我國小型水庫建設(shè)距今，已經(jīng)有一定的年代。從現(xiàn)有的工程標(biāo)準(zhǔn)(《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201— 94))來評估這些小型水庫，他們大多屬于工程標(biāo)準(zhǔn)較低的等級[1]。實(shí)質(zhì)上，現(xiàn)有的小型水庫大多是通過群眾投工投勞和自籌資金興建的,因此，其相關(guān)設(shè)計比較粗糙，且水庫大壩高程、坡比普遍不達(dá)標(biāo)。其中，輸水洞消險設(shè)計是比較突出的一個問題，通常會出現(xiàn)前端發(fā)生不均勻沉陷、洞身止水、伸縮縫破損滲漏、出口消能設(shè)施大部分沖毀等多種問題。

1 小型水庫的輸水洞設(shè)計不合理之處及其原因

1.1 小型水庫的輸水洞設(shè)計不合理之處

小型水庫的輸水涵洞設(shè)計，屬于一項(xiàng)非常重要且較為復(fù)雜的內(nèi)容。縱觀大多數(shù)小型水庫的輸水洞的設(shè)計，存在很多病險。具體而言，小型水庫輸水洞設(shè)計的不合理之處體現(xiàn)在以下3點(diǎn)：

1)在進(jìn)行小型水庫輸水洞設(shè)計時，設(shè)計人員在管道設(shè)計上沒有明確提出安裝截水環(huán)。

2)在進(jìn)行小型水庫輸水洞設(shè)計時，設(shè)計人員在管道設(shè)計上截水環(huán)設(shè)計的數(shù)量較少。

3)在對水庫輸水洞的防水設(shè)計上，設(shè)計人員考慮不周等等。

以此，小型水庫的安全使用存在較大的隱患。具體隱患包含以下內(nèi)容：

1)小型水庫輸水洞沿洞壁外漏水或穿過洞壁橫向漏水。

2)輸水洞破損,混凝土表層脫落，露筋，局部存在蝕坑、漏水點(diǎn)，止水失效。

3)洞體斷裂或坍塌，環(huán)向裂縫、斷裂，洞體錯位。

4)輸水洞閘門嚴(yán)重銹蝕或丟失。

5)輸水洞啟閉設(shè)備老化失修，無更換配件，正常啟閉難以實(shí)現(xiàn)[2]。

1.2 小型水庫的輸水洞設(shè)計不合理的原因

小型水庫的輸水洞設(shè)計不合理，會存在一些病險問題。而之所以會存在設(shè)計不合理的狀況，主要是由于以下4點(diǎn)原因?qū)е碌摹?/p>

1)小型水庫建設(shè)年代久遠(yuǎn)，勘察設(shè)計環(huán)節(jié)缺失。

2)建庫前，沒有嚴(yán)格進(jìn)行審批。

3)遵照邊勘察、邊設(shè)計、邊施工原則施工，以至于在對各個輸水洞所受土壓力、水壓力等“個性”差異進(jìn)行設(shè)計時，存在較大的疏漏。與此同時，還有一些設(shè)計，其洞體結(jié)構(gòu)型式選擇錯誤。另外，鋼筋混凝土洞體設(shè)計中混凝土標(biāo)號普遍不高，且鋼筋量較少[3]。

4)未對洞體基礎(chǔ)地質(zhì)條件進(jìn)行摸或處理，導(dǎo)致伸縮縫設(shè)計不標(biāo)準(zhǔn)。

在以上4點(diǎn)原因的基礎(chǔ)上，小型水庫的輸水洞設(shè)計后，其施工方面把控不嚴(yán)，以及施工技術(shù)落后，加之運(yùn)行管理不到位，就會形成小型水庫輸水洞出現(xiàn)許多病險問題。

2 小型水庫的輸水洞消險設(shè)計要點(diǎn)

加強(qiáng)小型水庫輸水洞的消險設(shè)計，能夠有效規(guī)避許多常見的病險問題。通常，小型水庫輸水洞消險設(shè)計中，涉及的內(nèi)容較多。具體包括4個方面，分別是合理選擇輸水洞洞線、合理選擇輸水洞整體結(jié)構(gòu)形狀、準(zhǔn)確計算輸水洞的水力以及輸水洞的除險加固方式[4]。

2.1 選擇合適的輸水洞洞線

小型水庫的輸水洞消險，一般包涵對輸水洞的維修和對輸水洞的重建。關(guān)于小型水庫輸水洞的維修，其中最主要的內(nèi)容就是查看原有的洞線，將原輸水洞破損較為嚴(yán)重的部分修復(fù)完整，能夠繼續(xù)使用。而關(guān)于輸水洞的重建，設(shè)定洞線的位置也是最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。而設(shè)定洞線的位置，需要考慮水庫本身的地形和地質(zhì)條件。

水庫本身的地形決定了如何布置輸水洞進(jìn)出口建筑物，只有這樣，才能確保上游平順和下游消能，更能確保下游渠道連接不出現(xiàn)任何問題。另外，要求輸水洞的地質(zhì)條件，目的是降低洞線出現(xiàn)斷層和破碎帶的概率。

除此之外，輸水洞洞線要盡量選擇水流條件好、交通方便的地方。

2.2 選擇合理的輸水洞結(jié)構(gòu)形式

輸水洞的結(jié)構(gòu)形式選擇也是其設(shè)計中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。通常，常見的輸水洞的結(jié)構(gòu)形式包括兩種，分別是有壓涵洞(選用頻率較高)、無壓涵洞。關(guān)于輸水洞的斷面形式，以圓形和矩形為主[5]。

2.3 輸水洞的水力計算

在小水庫的輸水洞設(shè)計中，水力計算極為關(guān)鍵，它主要包括兩種，分別是過流能力計算和消能防沖計算。前一種計算是確認(rèn)小型水庫的輸水能力(驗(yàn)算小水庫中輸水流量)；后一種是就輸水過程中水量不易沖破水壩等關(guān)鍵防護(hù)設(shè)施進(jìn)行分析(計算水量的大小)[6]。

2.4 輸水洞的除險加固方式

一般情況下，決定新建輸水洞或者對輸水洞加固補(bǔ)強(qiáng)，是由小型水庫本身的具體情況而定的。針對大壩不超過 10m、洞徑較小、結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的輸水洞，一般采用挖除新建輸水洞方案執(zhí)行處理。而重建輸水洞，一般會選用頂管法。頂管法重建輸水洞，其最主要的是選定新洞位置。而輸水洞修補(bǔ)加固設(shè)計，最主要的是查明破壞原因，再因地制宜地選擇技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的修補(bǔ)加固措施。關(guān)于具體的加固技術(shù)和方法，包括以下5方面：

1)水泥砂漿或環(huán)氧砂漿封堵抹面(洞體個別部位漏水)。

2)灌漿加固。

3)洞內(nèi)襯砌補(bǔ)強(qiáng)。

4)鋼絲網(wǎng)噴漿加固。

5)高壓定向噴射灌漿構(gòu)筑截水環(huán)。

3 小型水庫的輸水洞消險設(shè)計案例

3.1 小型水庫的輸水洞消險設(shè)計案例概況

該工程(水庫)位于某省某市縣鎮(zhèn)河上游約1.50km的河上，距附近鄉(xiāng)村8.50km，距縣城約35km。水庫樞紐由大壩、溢洪道、放水設(shè)施等主要建筑物組成，水庫壩址以上集雨面積8.54km2。水庫正常蓄水位159.50m，總庫容488萬m3，水庫有效庫容368萬m3，屬小型水庫工程。該工程主要建設(shè)內(nèi)容區(qū)水利廳的初步設(shè)計設(shè)批復(fù)文件( [2007]15號)，其工程主要建設(shè)內(nèi)容見表1：

表1 工程主要建設(shè)內(nèi)容

本工程概算投資1315萬元，其中建安投資850萬元，其它投資465萬元。同時，在工程建設(shè)過程中，喀左縣水利局委托勘測設(shè)計研究院進(jìn)行水庫安全鑒定(2014年3月)。2014年3月勘測設(shè)計研究院提交了《水庫大壩安全評價報告》。2014年4月，朝陽市市水利局組織專家對《水庫大壩安全評價報告》進(jìn)行評審，鑒定大壩為“三類壩”，并提出了水庫加固的建議和措施。2014年9月，喀左縣水利局委托勘測設(shè)計研究院進(jìn)行水庫除險加固工程初步設(shè)計。2014年11月，區(qū)水利廳以《關(guān)于××水庫除險加固工程初步設(shè)計的批復(fù)》批復(fù)初步設(shè)計及概算。

3.2 關(guān)于本次工程輸水洞設(shè)計的相關(guān)規(guī)定內(nèi)容

在繪制平面圖時，將圖名及比例尺、平面高程、設(shè)交通橋、設(shè)翼墻、結(jié)構(gòu)尺寸、樁號和中心線內(nèi)容包括在內(nèi)。

1)進(jìn)口段設(shè)八字形喇叭口、底部干砌石、長度>4m且超過壩腳、上游開挖底寬與喇叭口寬相同。

2)海漫段無邊坡時一側(cè)加寬1.6m，防沖槽頂寬與海漫一樣。

3)溢洪道樁號和壩軸線、各結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)高程、邊墻背坡1∶0.1 。

4)閘室段檢修平臺高于正常蓄水位0.1m、平臺以上全統(tǒng)一、設(shè)不傾斜的交通橋、閘室段刺墻高1.5m其它1.2m2.3海漫長3m、邊坡襯砌高度0.8m、海漫鉛石籠厚25cm、無紡布、海漫底坡0.001。

5)防沖槽長2.5m、厚0.8m、寬4.2m、開挖邊坡壩體1∶3、永久坡1∶2、臨時坡1∶1.5 。

6)閘室段下齒墻從進(jìn)口底板頂面往下1.8m、其它從底板頂面往下1.2m、閘室段不要毛石混凝土。

7)各結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)高程、涵洞邊墻頂寬0.4m、邊墻外側(cè)坡1∶0.1、涵洞底板及頂板厚均為40cm。

8)輸水洞底部設(shè)10cm素混凝土墊層、海漫鉛石籠(省總站)25cm(省總站)40、無紡布、鋼筋70kg/m3。

9)開挖邊坡壩體1∶3、永久坡1∶2、臨時坡1∶1.5、一側(cè)山體時堰部位1∶2其它1∶1.5。其中，關(guān)于本次工程輸水洞設(shè)計的水力計算，是依據(jù)公式計算得出的結(jié)果。

4 結(jié) 語

綜上所述，小型水庫的輸水洞消險設(shè)計是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作。在實(shí)施小型水庫的輸水洞施工之前，設(shè)計者應(yīng)制定出經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)方案。所謂經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)方案，即技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、各種病險較少，能夠突出水利工程應(yīng)有的價值。而通過嚴(yán)密的勘察、設(shè)計、監(jiān)理過程，就能確保此小型水庫輸水系統(tǒng)正常運(yùn)行。

小型水庫的輸水洞消險設(shè)計在綜合工程具體要求的前提下，遵循客觀規(guī)律，把握小型水庫的輸水洞消險設(shè)計要點(diǎn)，合理選擇輸水洞洞線、合理選擇輸水洞整體結(jié)構(gòu)形狀、準(zhǔn)確計算輸水洞的水力以及選用合適的輸水洞的除險加固方式，才能準(zhǔn)確達(dá)到預(yù)期的效果。

[1]安忠偉,常志武.小型水庫輸水洞消險設(shè)計概述[J].黑龍江水利科技,2012(10):171-172.

[2]楊志新,趙延生.小型水庫除險加固問題探討[J].黑龍江科技信息,2010(07):216.

[3]杜江,王藤.小型水庫的輸水洞消險設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(13):160.

[4]林耀輝.小型水庫輸水涵洞除險加固設(shè)計[J].黑龍江水利科技,2013(08):146-147.

[5]馬建華,邱錦輝,孫萍萍.中小型水庫設(shè)計與完建后管理應(yīng)注意的問題[J].黑龍江水利科技,2014(12):249-250.

[6]許春波，宋妍.前進(jìn)水庫輸水洞除險加固工程設(shè)計剖析[J].黑龍江水利科技，2012，40(01):140-142．

1007-7596(2017)03-0059-03

2017-02-20

高建(1982-)，女，遼寧遼陽人，工程師，從事河道工程質(zhì)量監(jiān)督工作。

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