小型病險水庫除險加固引水系統設計探討

尹艷萍

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

【關鍵詞】小型病險水庫；除險；加固；引水系統；設計

1 引言

第一次全國水利普查結果的數據顯示：我國現有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輸引水涵管，這些涵管管徑小，檢查維修困難，現在基本都出現了滲漏、裂縫、甚至斷裂，嚴重危及大壩安全，且一旦出現穿孔潰壩等險情，將嚴重危及人民群眾生命財產安全。水利是農業的命脈，水庫是水利產業的重要設施，為使這些水庫安全運行并繼續正常發揮效益，需要對它們進行除險加固。引水系統加固設計除必須遵循常規水利工程設計的規程、規范外，還要特別注重前期勘測及水庫原始資料數據的收集，圍繞險情與除險兩個根本點，科學決策確定加固建設方案。

2 基礎資料收集

加固工程與新建工程不同，在進行設計前不僅要收集水庫原勘測設計、施工建設、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狀的一手資料，以便進行驗收復核。工程建筑區表面情況通過踏勘測量比較直觀，容易進行復核。建筑物基礎、內在結構、質量等情況則相對較難準確全面揭示，這也是與新建工程地勘工作有明顯區別的地方。

3 引水系統除險加固設計原則

在小型水庫引水系統加固中，為實現根除病患的目的，堅持以下幾點加固設計原則，對確定小型水庫引水系統加固設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輸引水涵管，這些涵管管徑小、檢查維修困難，現在基本都出現了滲漏、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計方案，則可一勞永逸，即使輸引水隧洞出現狀況，也不會直接影響大壩。

3.2 結構安全、經濟實用、兼顧美觀

小型水庫引水系統主要存在結構不安全的問題體現為：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備老化、控制失靈等。首先全面掌握水庫引水系統存在哪些病險情況，徹底查找分析計算產生病險原因，再針對病險原因有的放矢，采用行之有效的加固處理方案，做到確保結構安全的情況下，經濟實用、兼顧美觀，使水利工程內部安全，外表生態美觀大方。

4 引水系統除險加固設計方案選擇

4.1 套管方案

直接在原壩內洞（涵）進行加固處理，對內徑1.0m以上的洞（涵）管可采用內套鋼管，沿放水涵管外壁兩側進行充填灌漿，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

小型水庫引水系統除險加固設計首選重建方案，重建一般有易址重建、破壩重建、頂管三種方案。優先采用易址壩外開挖隧洞、虹吸管，使引水系統與大壩徹底分開，消除壩下人工建筑隱患。在庫區內大壩兩邊山體地質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 引水系統結構設計方案選擇

小型水庫引水系統除險加固設計優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改造設計，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電兼灌溉放水，隧洞引水占85%，以下重點介紹隧洞引水結構設計。

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缺點及適用條件，選擇時應根據地形地質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。豎井式進口的優點是結構比較簡單，穩定性較好，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。塔式進口的優點是工作安全可靠，新建進口建筑物布置在水庫內，不牽涉到征地，缺點是需要設工作橋與岸坡連接，造價較高。作用水頭較低或根據運用要求只需設一道閘門時，進水塔可用框架式的，可以節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，隧洞尺寸按規范應小于1.5m×1.8m（寬×高），但由于小型水庫資金困難，為節省投資，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、抗風化能力強、透水性小、洞內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 隧洞進口建筑物結構設計主要部分確定

在進行隧洞進口建筑物設計時，除了嚴格按照相關的規程、規范設計外，還應注意設計方法和設計技巧，在確保建筑物安全的情況下，提高設計效率。

小型水庫引水系統隧洞進口建筑物結構復雜，由多個板、梁、柱組成，構件較多，結構計算內容多，因此在進行隧洞進口建筑物設計時，需要對其在最不利工況下，進行結構分析，確定哪些主要受力構件，對主要受力構件進行配筋計算，其他次梁和板按構造配筋。

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造配筋；啟閉室主要計算承受啟閉設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，井內設置閘門，井上部設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；啟閉室結構計算同塔式一樣。梯級式取水結構計算相對較簡單，主要計算消力池蓋板配筋。

6 結束語

水庫引水系統加固設計是小型病險水庫除險加固設計三大建筑物設計之一，盡管我國小型病險水庫數量眾多、險情復雜、隱蔽性強、時間緊、任務重，但只要我們遵循客觀規律、總結經驗，重視前期勘測、認真收集基礎資料，嚴格按規范標準進行計算分析，有的放矢，提出經濟合理、切實有效的加固設計方案，做到加固一座，脫險一座，使水庫早日正常發揮效益，人民安居樂業。

【參考文獻】

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