关于石流坑水库除险加固工程输水设施方案的探讨

柯莉

摘要：石流坑水库属小（二）型水库，总库容11.21万m3，坝下输水方涵存在接触渗漏问题。本次除险加固设计选用了定向钻放水洞的设计方案，在临海是首次采用该技术，取得了较好的成效。

关键词：除险加固；方案比选；石流坑水库

1、工程概况

石流坑水库位于临海市东塍镇桐坑村石流坑溪，距离临海市区约55km。工程于1972年开始动工兴建，于1982年基本建成受益。水库集雨面积0.816km2，最大坝高15.47m，水库正常蓄水位98m，总库容11.21万m3，是一座以防洪为主，结合灌溉等功能的综合型小（二）型水库。

现状水库枢纽由大坝、溢洪道、放水涵管及灌溉渠道等水工建筑物组成，大坝为黄土心墙坝；溢洪道采用侧槽式溢流堰，位于大坝左端；放水涵管位于大坝右端，为条石方涵。

2、存在问题

经安全认定，石流坑水库属三类坝。目前存在以下主要问题：（1）坝下放水涵管存在接触渗漏；（2）溢洪道溢流堰与头墙交接处有渗漏现象；（3）放水涵管进口金属结构锈蚀严重，影响正常使用。

3、加固方案

对于水库溢洪道与头墙存在的渗漏问题，本方案采用C15砼灌砌石砌筑，0.2m厚C20砼衬壁，结合尺寸为0.3m×0.6m的堰前前趾综合进行溢流堰防渗加固处理。老头墙全部拆除后采用0.2m厚C20砼衬壁及C15砼灌砌石填充综合进行头墙加固处理。

下面针对水库坝下放水涵管存在接触渗漏这一主要问题，进行重点介绍，内容如下：

3.1输水设施加固工程

3.1.1对老放水涵管进行封堵处理

石流坑水库始建于1972年，由于当时工程建设因陋而简，土法上马，采用了条石方涵。运行多年后，工程老化、年久失修，放水涵管出现了接触渗漏。

根据《关于实施全省千库保安工程的若干意见》（浙水管[2003]6号），建议取消坝下涵管。再者坝下涵管存在各种弊端，为了彻底根除坝下涵管工程隐患，宜将坝下涵管进行封堵处理。本方案采用C25微膨化砼回填的倒挂井对心墙位置的坝下涵管进行封堵防渗处理，并对整条坝下涵管进行砂浆封堵处理。

3.1.2设置输水设施

由于新建输水设施在整个除险加固工程属于较重要的部分，所以计划采用虹吸管方案和定向钻放水孔方案进行比选，希望采用更经济适用的方案。

方案一：虹吸管方案

近期，浙江省水庫除险加固工程中运用虹吸管来作为输水设施的工程较多，也取得不错的成效，因此本工程也计划采用虹吸管方案。现对虹吸管的工作原理介绍如下：压力输水管道高程高于上游供水水面，在虹吸管内造成真空，使作用在上游水面的大气压强和虹吸管内压强之间产生压差，则水流即能通过虹吸管最高处引向低处。一般虹吸管中的真空值宜小于7～8m，否则当虹吸管内压强接近汽化压强时，液体将产生汽化，破坏水流的连续性。水库上下游的水位差也应保持2.5m以上，才能保证下游的出水。

虹吸管的优点在于能跨越高地，施工简便，效率高。缺点是适用于水头差小于7～8m的矮坝，当水头差过大时就会产生真空，形成空蚀。这时需抬高水库死水位，减少蓄水量，降低水库的利用率；或者采用大开挖的方式在坝内埋管，容易出现土方结合不好，造成新旧坝体交接处因不均匀沉降而形成裂缝，威胁大坝的安全。其次操作复杂，建后管理维护困难，虹吸管首次使用时，需先进行充液排气。虹吸管充液后禁止拧动排气阀和充液阀，否则空气通过排气阀或充液阀进入虹吸管，破坏虹吸，造成无法放水，需重新充水。

方案二：定向钻放水孔方案

水平定向钻机是20世纪80年代在发达国家兴起的，在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施（管道、电缆等）的一种施工机械。水平定向钻进技术是将定向钻进技术与传统的管辖施工方法结合在一起，具有施工速度快、精度高、成本低等优点，广泛应用与供水、煤气、电缆、电讯、天然气等管线铺设工程中，适应于软土、硬岩等多种地质条件，应用前景广阔。

水平定向钻的施工工艺顺序是：现场勘察→钻进轨迹设计→钻进先导孔→扩孔铺管。

在水库除险加固中采用定向钻方案优点是使用寿命长，对原坝体扰动性小，日后操作维护比较简便；缺点是对地质要求较高，若遇到破碎岩层易形成新的渗漏通道，因此采用此方案需进行严格精细的地质勘察，获取地层的全面、详细的资料，一般地质勘察的费用占工程总费用的3～5%。目前水平定向钻进技术在水库的除险加固工程中运用不多，施工技术要求较高，需要相对专业的施工队伍和先进的仪器设备参与施工。

方案比较

综合以上两种方案，都能实现输水的目的，下面从投资、施工、可行性等方面进行归纳比较。新建输水设施两方案的对比见表1。

方案一：石流坑水库坝高15.47m，而虹吸管适用的水头差需小于7～8m，若采用虹吸管方案，由于下游高程的限制，需抬高1m死水位，并对大坝向下大开挖4m将虹吸管的驼峰位置置于95.71m高程处，利用截水环、回填黄土与老心墙结合进行防渗处理。采用此方案会造成水库利用率低，埋于坝体内的部分管道也不易检修，并易在新旧坝体交接处形成裂缝，为大坝日后的运行带来安全隐患，因此该水库不适用于采用虹吸管方案。

方案二：经地质勘察石流坑水库溢洪道基岩裸露，岩质较好，适合采用定向钻放水孔方案。故本方案为满足下游农田的灌溉需要，需设置直径为0.28m的放水孔，但由于当时本地施工队伍设备的局限，需设计采用4个孔径为0.14m的进水孔。同时为了进水口水流流畅，避免产生气蚀现象，浇筑尺寸为2.0m×1.5m的C25钢筋砼进水室，进水口高程90.991m，并利用Φ0.8m的预制水泥管连接进水室与放水孔，放水孔进口最低高程为89.10m，出口最低高程为89.02m，坡比为0.2%。由于水平定向钻不能用较大角度偏角的局限性，本次设计采用了Φ1.5m的检查井调节进水孔的方向，进水孔总长44.8m，检查井底高程88.60m。

根据以上两方案技术、经济比较，本次加固设计推荐采用定向钻放水孔方案。石流坑水库除险加固工程平面布置图见图1。

4、结语

现在大部分中小型水库建于大跃进和文革时期，由于当时施工条件的局限，大多数的水库均采用坝下涵管，但管理不善、年久失修，坝下涵管已成为水库的安全隐患。本设计采用定向钻新建输水设施这一技术在临海市水库除险加固工程中是首次运用，取得了较好的成效。自2013年除险加固工程完成后，水库现运行一切正常，并给下游村民带来较大的社会和经济效益，现今该技术在临海市水库除险加固工程中得到了较好的推广。

参考文献：

[1]张忠海.杨满江.张启君.水平定向钻及施工工艺[C]建筑机械化2004第1期

[2]何华志.定向钻在小型水库除险加固中的应用[B]浙江水利科技2013第5期：51-52