浅议小型水库的输水洞消险设计

2017-06-06高建

黑龙江水利科技 2017年3期

关键词：水洞除险水库

高建

(喀左县凌河保护区管理局，辽宁朝阳 122300)

浅议小型水库的输水洞消险设计

高建

(喀左县凌河保护区管理局，辽宁朝阳 122300)

在我国，小型水库数量大，分布较广。经过多年的实际应用，小型水库在抗御水旱灾害,保障防洪安全等方面起到了一定的关键作用。但是小型水库的运行管理中，存在几项较为突出的问题。从全国范围内开展的小型水库清理整顿工作结果来看，小型水库的输水洞消险设计存在明显问题，以至于已经影响了小型水库的安全管理和安全运行。为了保证小型水库下游的用水安全和大坝的安全，细致分析小型水库的输水洞消险设计要点极为重要。文章首先分析了小型水库输水洞存在的不合理问题及其产生的原因，其次，就小型水库的输水洞消险设计要点进行阐述，最后，提出了小型水库的输水洞消险设计的具体实施措施。

小型水库；输水洞；消险设计；措施

我国小型水库建设距今，已经有一定的年代。从现有的工程标准(《防洪标准》(GB50201— 94))来评估这些小型水库，他们大多属于工程标准较低的等级[1]。实质上，现有的小型水库大多是通过群众投工投劳和自筹资金兴建的,因此，其相关设计比较粗糙，且水库大坝高程、坡比普遍不达标。其中，输水洞消险设计是比较突出的一个问题，通常会出现前端发生不均匀沉陷、洞身止水、伸缩缝破损渗漏、出口消能设施大部分冲毁等多种问题。

1 小型水库的输水洞设计不合理之处及其原因

1.1 小型水库的输水洞设计不合理之处

小型水库的输水涵洞设计，属于一项非常重要且较为复杂的内容。纵观大多数小型水库的输水洞的设计，存在很多病险。具体而言，小型水库输水洞设计的不合理之处体现在以下3点：

1)在进行小型水库输水洞设计时，设计人员在管道设计上没有明确提出安装截水环。

2)在进行小型水库输水洞设计时，设计人员在管道设计上截水环设计的数量较少。

3)在对水库输水洞的防水设计上，设计人员考虑不周等等。

以此，小型水库的安全使用存在较大的隐患。具体隐患包含以下内容：

1)小型水库输水洞沿洞壁外漏水或穿过洞壁横向漏水。

2)输水洞破损,混凝土表层脱落，露筋，局部存在蚀坑、漏水点，止水失效。

3)洞体断裂或坍塌，环向裂缝、断裂，洞体错位。

4)输水洞闸门严重锈蚀或丢失。

5)输水洞启闭设备老化失修，无更换配件，正常启闭难以实现[2]。

1.2 小型水库的输水洞设计不合理的原因

小型水库的输水洞设计不合理，会存在一些病险问题。而之所以会存在设计不合理的状况，主要是由于以下4点原因导致的。

1)小型水库建设年代久远，勘察设计环节缺失。

2)建库前，没有严格进行审批。

3)遵照边勘察、边设计、边施工原则施工，以至于在对各个输水洞所受土压力、水压力等“个性”差异进行设计时，存在较大的疏漏。与此同时，还有一些设计，其洞体结构型式选择错误。另外，钢筋混凝土洞体设计中混凝土标号普遍不高，且钢筋量较少[3]。

4)未对洞体基础地质条件进行摸或处理，导致伸缩缝设计不标准。

在以上4点原因的基础上，小型水库的输水洞设计后，其施工方面把控不严，以及施工技术落后，加之运行管理不到位，就会形成小型水库输水洞出现许多病险问题。

2 小型水库的输水洞消险设计要点

加强小型水库输水洞的消险设计，能够有效规避许多常见的病险问题。通常，小型水库输水洞消险设计中，涉及的内容较多。具体包括4个方面，分别是合理选择输水洞洞线、合理选择输水洞整体结构形状、准确计算输水洞的水力以及输水洞的除险加固方式[4]。

2.1 选择合适的输水洞洞线

小型水库的输水洞消险，一般包涵对输水洞的维修和对输水洞的重建。关于小型水库输水洞的维修，其中最主要的内容就是查看原有的洞线，将原输水洞破损较为严重的部分修复完整，能够继续使用。而关于输水洞的重建，设定洞线的位置也是最为关键的一个环节。而设定洞线的位置，需要考虑水库本身的地形和地质条件。

水库本身的地形决定了如何布置输水洞进出口建筑物，只有这样，才能确保上游平顺和下游消能，更能确保下游渠道连接不出现任何问题。另外，要求输水洞的地质条件，目的是降低洞线出现断层和破碎带的概率。

除此之外，输水洞洞线要尽量选择水流条件好、交通方便的地方。

2.2 选择合理的输水洞结构形式

输水洞的结构形式选择也是其设计中的一项重要内容。通常，常见的输水洞的结构形式包括两种，分别是有压涵洞(选用频率较高)、无压涵洞。关于输水洞的断面形式，以圆形和矩形为主[5]。

2.3 输水洞的水力计算

在小水库的输水洞设计中，水力计算极为关键，它主要包括两种，分别是过流能力计算和消能防冲计算。前一种计算是确认小型水库的输水能力(验算小水库中输水流量)；后一种是就输水过程中水量不易冲破水坝等关键防护设施进行分析(计算水量的大小)[6]。

2.4 输水洞的除险加固方式

一般情况下，决定新建输水洞或者对输水洞加固补强，是由小型水库本身的具体情况而定的。针对大坝不超过 10m、洞径较小、结构破坏严重的输水洞，一般采用挖除新建输水洞方案执行处理。而重建输水洞，一般会选用顶管法。顶管法重建输水洞，其最主要的是选定新洞位置。而输水洞修补加固设计，最主要的是查明破坏原因，再因地制宜地选择技术可靠、经济合理的修补加固措施。关于具体的加固技术和方法，包括以下5方面：

1)水泥砂浆或环氧砂浆封堵抹面(洞体个别部位漏水)。

2)灌浆加固。

3)洞内衬砌补强。

4)钢丝网喷浆加固。

5)高压定向喷射灌浆构筑截水环。

3 小型水库的输水洞消险设计案例

3.1 小型水库的输水洞消险设计案例概况

该工程(水库)位于某省某市县镇河上游约1.50km的河上，距附近乡村8.50km，距县城约35km。水库枢纽由大坝、溢洪道、放水设施等主要建筑物组成，水库坝址以上集雨面积8.54km2。水库正常蓄水位159.50m，总库容488万m3，水库有效库容368万m3，属小型水库工程。该工程主要建设内容区水利厅的初步设计设批复文件( [2007]15号)，其工程主要建设内容见表1：

表1 工程主要建设内容

本工程概算投资1315万元，其中建安投资850万元，其它投资465万元。同时，在工程建设过程中，喀左县水利局委托勘测设计研究院进行水库安全鉴定(2014年3月)。2014年3月勘测设计研究院提交了《水库大坝安全评价报告》。2014年4月，朝阳市市水利局组织专家对《水库大坝安全评价报告》进行评审，鉴定大坝为“三类坝”，并提出了水库加固的建议和措施。2014年9月，喀左县水利局委托勘测设计研究院进行水库除险加固工程初步设计。2014年11月，区水利厅以《关于××水库除险加固工程初步设计的批复》批复初步设计及概算。

3.2 关于本次工程输水洞设计的相关规定内容

在绘制平面图时，将图名及比例尺、平面高程、设交通桥、设翼墙、结构尺寸、桩号和中心线内容包括在内。

1)进口段设八字形喇叭口、底部干砌石、长度>4m且超过坝脚、上游开挖底宽与喇叭口宽相同。

2)海漫段无边坡时一侧加宽1.6m，防冲槽顶宽与海漫一样。

3)溢洪道桩号和坝轴线、各结构尺寸、结构高程、边墙背坡1∶0.1 。

4)闸室段检修平台高于正常蓄水位0.1m、平台以上全统一、设不倾斜的交通桥、闸室段刺墙高1.5m其它1.2m2.3海漫长3m、边坡衬砌高度0.8m、海漫铅石笼厚25cm、无纺布、海漫底坡0.001。

5)防冲槽长2.5m、厚0.8m、宽4.2m、开挖边坡坝体1∶3、永久坡1∶2、临时坡1∶1.5 。

6)闸室段下齿墙从进口底板顶面往下1.8m、其它从底板顶面往下1.2m、闸室段不要毛石混凝土。

7)各结构尺寸、结构高程、涵洞边墙顶宽0.4m、边墙外侧坡1∶0.1、涵洞底板及顶板厚均为40cm。

8)输水洞底部设10cm素混凝土垫层、海漫铅石笼(省总站)25cm(省总站)40、无纺布、钢筋70kg/m3。

9)开挖边坡坝体1∶3、永久坡1∶2、临时坡1∶1.5、一侧山体时堰部位1∶2其它1∶1.5。其中，关于本次工程输水洞设计的水力计算，是依据公式计算得出的结果。