小型病險水庫除險加固引水系統(tǒng)設(shè)計探討

尹艷萍

【摘要】本文將筆者近年來在小型水庫除險引水系統(tǒng)加固設(shè)計實踐中積累總結(jié)的一些設(shè)計工作思路，加固方案選擇確定方法、結(jié)構(gòu)除險加固處理措施等介紹出來與大家探討。

【關(guān)鍵詞】小型病險水庫；除險；加固；引水系統(tǒng)；設(shè)計

1 引言

第一次全國水利普查結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示：我國現(xiàn)有9.80萬座水庫，其中小型水庫9.33萬座。這些水庫大部分建于20世紀50～70年代，輸引水建筑物大部分為壩下埋設(shè)輸引水涵管，這些涵管管徑小，檢查維修困難，現(xiàn)在基本都出現(xiàn)了滲漏、裂縫、甚至斷裂，嚴重危及大壩安全，且一旦出現(xiàn)穿孔潰壩等險情，將嚴重危及人民群眾生命財產(chǎn)安全。水利是農(nóng)業(yè)的命脈，水庫是水利產(chǎn)業(yè)的重要設(shè)施，為使這些水庫安全運行并繼續(xù)正常發(fā)揮效益，需要對它們進行除險加固。引水系統(tǒng)加固設(shè)計除必須遵循常規(guī)水利工程設(shè)計的規(guī)程、規(guī)范外，還要特別注重前期勘測及水庫原始資料數(shù)據(jù)的收集，圍繞險情與除險兩個根本點，科學(xué)決策確定加固建設(shè)方案。

2 基礎(chǔ)資料收集

加固工程與新建工程不同，在進行設(shè)計前不僅要收集水庫原勘測設(shè)計、施工建設(shè)、運行管理等方面的資料，還需要通過測繪、鉆探等手段來取得工程現(xiàn)狀的一手資料，以便進行驗收復(fù)核。工程建筑區(qū)表面情況通過踏勘測量比較直觀，容易進行復(fù)核。建筑物基礎(chǔ)、內(nèi)在結(jié)構(gòu)、質(zhì)量等情況則相對較難準(zhǔn)確全面揭示，這也是與新建工程地勘工作有明顯區(qū)別的地方。

3 引水系統(tǒng)除險加固設(shè)計原則

在小型水庫引水系統(tǒng)加固中，為實現(xiàn)根除病患的目的，堅持以下幾點加固設(shè)計原則，對確定小型水庫引水系統(tǒng)加固設(shè)計方案的選擇非常重要。

3.1 輸引水建筑物與大壩“能分則分”

只要條件允許原壩內(nèi)輸引水涵洞盡量易址壩外重建，與大壩分開。原小型水庫大部分為壩下埋設(shè)輸引水涵管，這些涵管管徑小、檢查維修困難，現(xiàn)在基本都出現(xiàn)了滲漏、裂縫、甚至斷裂，嚴重危及大壩安全，有的甚至被淤泥堵塞，失去輸水功能。如直接對原涵管進行加固，很難徹底解決問題，而采用在大壩外山體另外選址新開挖隧洞進行輸引水，對原涵管進行封堵加固設(shè)計方案，則可一勞永逸，即使輸引水隧洞出現(xiàn)狀況，也不會直接影響大壩。

3.2 結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟實用、兼顧美觀

小型水庫引水系統(tǒng)主要存在結(jié)構(gòu)不安全的問題體現(xiàn)為：裂縫、剝蝕、漏水；涵（洞）外圍接觸性破壞、有滲漏通道；進水口閘門及啟閉設(shè)備老化、控制失靈等。首先全面掌握水庫引水系統(tǒng)存在哪些病險情況，徹底查找分析計算產(chǎn)生病險原因，再針對病險原因有的放矢，采用行之有效的加固處理方案，做到確保結(jié)構(gòu)安全的情況下，經(jīng)濟實用、兼顧美觀，使水利工程內(nèi)部安全，外表生態(tài)美觀大方。

4 引水系統(tǒng)除險加固設(shè)計方案選擇

4.1 套管方案

直接在原壩內(nèi)洞（涵）進行加固處理，對內(nèi)徑1.0m以上的洞（涵）管可采用內(nèi)套鋼管，沿放水涵管外壁兩側(cè)進行充填灌漿，此方案不用易址，不牽涉征地問題，洞線最短，施工相對簡單。

4.2 重建方案

小型水庫引水系統(tǒng)除險加固設(shè)計首選重建方案，重建一般有易址重建、破壩重建、頂管三種方案。優(yōu)先采用易址壩外開挖隧洞、虹吸管，使引水系統(tǒng)與大壩徹底分開，消除壩下人工建筑隱患。在庫區(qū)內(nèi)大壩兩邊山體地質(zhì)條件好可以采用新開隧洞方案，若沒有條件易址并新開隧洞時，建議采用破壩重建或頂管方案。當(dāng)壩高在10m以下時，可考慮破壩挖除老涵管、重新澆筑混凝土新涵管；壩高大于10m時，建議采用頂管的方法，在壩下新建引水涵管。

5 引水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案選擇

小型水庫引水系統(tǒng)除險加固設(shè)計優(yōu)先考慮易址壩外開挖隧洞重建方案，本人在2008年至2013年期間共獨立完成13座小型水庫引水系統(tǒng)改造設(shè)計，其中11座水庫為隧洞引水，1座水庫為頂管，1座水庫為壩后廠房發(fā)電兼灌溉放水，隧洞引水占85%，以下重點介紹隧洞引水結(jié)構(gòu)設(shè)計。

5.1 隧洞進口建筑物型式選擇

隧洞軸線一般布置在水庫原引水涵管同一岸，以便隧洞出口與灌溉渠道連接，因此進口建筑物布置在水庫原引水涵管進口附近。隧洞一般分為進口、洞身和出口三部分。隧洞進口建筑物常用型式有豎井式、塔式和梯級式取水三種，進口建筑物三種型式各有其優(yōu)缺點及適用條件，選擇時應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)和水流條件以及施工、運行條件等各種因素全面分析考慮。水庫壩高于10m，壩肩兩岸山體高，岸坡較陡，山體覆蓋土層較薄，巖石較堅固一般選擇豎井式。豎井式進口的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單，穩(wěn)定性較好，運用方便，缺點是新建進口建筑物位置要重新征地，對征地有困難的水庫不宜選擇此型式。水庫壩高于10m，河岸地質(zhì)條件較差，岸坡較緩，山體覆蓋土層較厚，一般選擇塔式。塔式進口的優(yōu)點是工作安全可靠，新建進口建筑物布置在水庫內(nèi)，不牽涉到征地，缺點是需要設(shè)工作橋與岸坡連接，造價較高。作用水頭較低或根據(jù)運用要求只需設(shè)一道閘門時，進水塔可用框架式的，可以節(jié)省工程量并便于施工。水庫壩高小于10m，壩肩兩岸山體不高，岸坡較緩，山體覆蓋土層較厚，設(shè)計水位和正常水位高差不大，一般選擇梯級取水。

5.2 隧洞洞身斷面尺寸和襯砌型式確定

由于小型水庫灌溉引水流量不大，最大放水流量一般小于1.0m3/s，隧洞為無壓隧洞，洞身橫斷面型式常用有圓拱直墻形。由于引水流量較小，施工最小斷面能滿足灌溉過水流量，隧洞斷面尺寸主要由施工最小斷面確定，為便于施工，隧洞尺寸按規(guī)范應(yīng)小于1.5m×1.8m（寬×高），但由于小型水庫資金困難，為節(jié)省投資，一般隧洞尺寸為1.2m×1.7m（寬×高）。在選擇隧洞襯砌型式時應(yīng)在確保安全的前提下，充分利用圍巖的承載能力，對于斷面尺寸較大、水文地質(zhì)條件較差無壓隧洞采用單層鋼筋混凝土襯砌，最小厚度20cm。在巖石堅硬、完整、抗風(fēng)化能力強、透水性小、洞內(nèi)水流不致沖刷破壞巖石且滲水不影響相鄰建筑物和山坡穩(wěn)定的隧洞全線或部分地段，也可不襯砌。

5.3 隧洞進口建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計主要部分確定

在進行隧洞進口建筑物設(shè)計時，除了嚴格按照相關(guān)的規(guī)程、規(guī)范設(shè)計外，還應(yīng)注意設(shè)計方法和設(shè)計技巧，在確保建筑物安全的情況下，提高設(shè)計效率。

小型水庫引水系統(tǒng)隧洞進口建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多個板、梁、柱組成，構(gòu)件較多，結(jié)構(gòu)計算內(nèi)容多，因此在進行隧洞進口建筑物設(shè)計時，需要對其在最不利工況下，進行結(jié)構(gòu)分析，確定哪些主要受力構(gòu)件，對主要受力構(gòu)件進行配筋計算，其他次梁和板按構(gòu)造配筋。

三種隧洞進口建筑物中，常用的是塔式。塔式進水口修建在隧洞進口，四周為封閉的塔架并用橋與岸坡連接。封閉的塔架采用鋼筋混凝土澆筑，有檢修閘室和工作閘室，在水頭不高時主要計算工作閘室井壁配筋，檢修閘室井壁配筋可按構(gòu)造配筋；啟閉室主要計算承受啟閉設(shè)備的主梁和由此梁傳遞荷載到其他的梁和柱；連接岸坡的交通橋主要計算主梁配筋，其他次梁和板的配筋按構(gòu)造配筋。豎井式進水口是在隧洞前端河岸巖石中開挖一個豎井，井壁用鋼筋混凝土襯砌，井內(nèi)設(shè)置閘門，井上部設(shè)閘門啟閉機和操作室。有檢修閘室和工作閘室，主要計算豎井承受較大外水壓力時，檢修閘室與工作閘室之間的隔板配筋；啟閉室結(jié)構(gòu)計算同塔式一樣。梯級式取水結(jié)構(gòu)計算相對較簡單，主要計算消力池蓋板配筋。

6 結(jié)束語

水庫引水系統(tǒng)加固設(shè)計是小型病險水庫除險加固設(shè)計三大建筑物設(shè)計之一，盡管我國小型病險水庫數(shù)量眾多、險情復(fù)雜、隱蔽性強、時間緊、任務(wù)重，但只要我們遵循客觀規(guī)律、總結(jié)經(jīng)驗，重視前期勘測、認真收集基礎(chǔ)資料，嚴格按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進行計算分析，有的放矢，提出經(jīng)濟合理、切實有效的加固設(shè)計方案，做到加固一座，脫險一座，使水庫早日正常發(fā)揮效益，人民安居樂業(yè)。

【參考文獻】

黃恒康.小型病險水庫除險加固設(shè)計探討.水利建設(shè)與管理，2013（12）總第244期