小型病险水库除险加固引水系统设计探讨

尹艳萍

【摘要】本文将笔者近年来在小型水库除险引水系统加固设计实践中积累总结的一些设计工作思路，加固方案选择确定方法、结构除险加固处理措施等介绍出来与大家探讨。

【关键词】小型病险水库；除险；加固；引水系统；设计

1 引言

第一次全国水利普查结果的数据显示：我国现有9.80万座水库，其中小型水库9.33万座。这些水库大部分建于20世纪50～70年代，输引水建筑物大部分为坝下埋设输引水涵管，这些涵管管径小，检查维修困难，现在基本都出现了渗漏、裂缝、甚至断裂，严重危及大坝安全，且一旦出现穿孔溃坝等险情，将严重危及人民群众生命财产安全。水利是农业的命脉，水库是水利产业的重要设施，为使这些水库安全运行并继续正常发挥效益，需要对它们进行除险加固。引水系统加固设计除必须遵循常规水利工程设计的规程、规范外，还要特别注重前期勘测及水库原始资料数据的收集，围绕险情与除险两个根本点，科学决策确定加固建设方案。

2 基础资料收集

加固工程与新建工程不同，在进行设计前不仅要收集水库原勘测设计、施工建设、运行管理等方面的资料，还需要通过测绘、钻探等手段来取得工程现状的一手资料，以便进行验收复核。工程建筑区表面情况通过踏勘测量比较直观，容易进行复核。建筑物基础、内在结构、质量等情况则相对较难准确全面揭示，这也是与新建工程地勘工作有明显区别的地方。

3 引水系统除险加固设计原则

在小型水库引水系统加固中，为实现根除病患的目的，坚持以下几点加固设计原则，对确定小型水库引水系统加固设计方案的选择非常重要。

3.1 输引水建筑物与大坝“能分则分”

只要条件允许原坝内输引水涵洞尽量易址坝外重建，与大坝分开。原小型水库大部分为坝下埋设输引水涵管，这些涵管管径小、检查维修困难，现在基本都出现了渗漏、裂缝、甚至断裂，严重危及大坝安全，有的甚至被淤泥堵塞，失去输水功能。如直接对原涵管进行加固，很难彻底解决问题，而采用在大坝外山体另外选址新开挖隧洞进行输引水，对原涵管进行封堵加固设计方案，则可一劳永逸，即使输引水隧洞出现状况，也不会直接影响大坝。

3.2 结构安全、经济实用、兼顾美观

小型水库引水系统主要存在结构不安全的问题体现为：裂缝、剥蚀、漏水；涵（洞）外围接触性破坏、有渗漏通道；进水口闸门及启闭设备老化、控制失灵等。首先全面掌握水库引水系统存在哪些病险情况，彻底查找分析计算产生病险原因，再针对病险原因有的放矢，采用行之有效的加固处理方案，做到确保结构安全的情况下，经济实用、兼顾美观，使水利工程内部安全，外表生态美观大方。

4 引水系统除险加固设计方案选择

4.1 套管方案

直接在原坝内洞（涵）进行加固处理，对内径1.0m以上的洞（涵）管可采用内套钢管，沿放水涵管外壁两侧进行充填灌浆，此方案不用易址，不牵涉征地问题，洞线最短，施工相对简单。

4.2 重建方案

小型水库引水系统除险加固设计首选重建方案，重建一般有易址重建、破坝重建、顶管三种方案。优先采用易址坝外开挖隧洞、虹吸管，使引水系统与大坝彻底分开，消除坝下人工建筑隐患。在库区内大坝两边山体地质条件好可以采用新开隧洞方案，若没有条件易址并新开隧洞时，建议采用破坝重建或顶管方案。当坝高在10m以下时，可考虑破坝挖除老涵管、重新浇筑混凝土新涵管；坝高大于10m时，建议采用顶管的方法，在坝下新建引水涵管。

5 引水系统结构设计方案选择

小型水库引水系统除险加固设计优先考虑易址坝外开挖隧洞重建方案，本人在2008年至2013年期间共独立完成13座小型水库引水系统改造设计，其中11座水库为隧洞引水，1座水库为顶管，1座水库为坝后厂房发电兼灌溉放水，隧洞引水占85%，以下重点介绍隧洞引水结构设计。

5.1 隧洞进口建筑物型式选择

隧洞轴线一般布置在水库原引水涵管同一岸，以便隧洞出口与灌溉渠道连接，因此进口建筑物布置在水库原引水涵管进口附近。隧洞一般分为进口、洞身和出口三部分。隧洞进口建筑物常用型式有竖井式、塔式和梯级式取水三种，进口建筑物三种型式各有其优缺点及适用条件，选择时应根据地形地质和水流条件以及施工、运行条件等各种因素全面分析考虑。水库坝高于10m，坝肩两岸山体高，岸坡较陡，山体覆盖土层较薄，岩石较坚固一般选择竖井式。竖井式进口的优点是结构比较简单，稳定性较好，运用方便，缺点是新建进口建筑物位置要重新征地，对征地有困难的水库不宜选择此型式。水库坝高于10m，河岸地质条件较差，岸坡较缓，山体覆盖土层较厚，一般选择塔式。塔式进口的优点是工作安全可靠，新建进口建筑物布置在水库内，不牵涉到征地，缺点是需要设工作桥与岸坡连接，造价较高。作用水头较低或根据运用要求只需设一道闸门时，进水塔可用框架式的，可以节省工程量并便于施工。水库坝高小于10m，坝肩两岸山体不高，岸坡较缓，山体覆盖土层较厚，设计水位和正常水位高差不大，一般選择梯级取水。

5.2 隧洞洞身断面尺寸和衬砌型式确定

由于小型水库灌溉引水流量不大，最大放水流量一般小于1.0m3/s，隧洞为无压隧洞，洞身横断面型式常用有圆拱直墙形。由于引水流量较小，施工最小断面能满足灌溉过水流量，隧洞断面尺寸主要由施工最小断面确定，为便于施工，隧洞尺寸按规范应小于1.5m×1.8m（宽×高），但由于小型水库资金困难，为节省投资，一般隧洞尺寸为1.2m×1.7m（宽×高）。在选择隧洞衬砌型式时应在确保安全的前提下，充分利用围岩的承载能力，对于断面尺寸较大、水文地质条件较差无压隧洞采用单层钢筋混凝土衬砌，最小厚度20cm。在岩石坚硬、完整、抗风化能力强、透水性小、洞内水流不致冲刷破坏岩石且渗水不影响相邻建筑物和山坡稳定的隧洞全线或部分地段，也可不衬砌。

5.3 隧洞进口建筑物结构设计主要部分确定

在进行隧洞进口建筑物设计时，除了严格按照相关的规程、规范设计外，还应注意设计方法和设计技巧，在确保建筑物安全的情况下，提高设计效率。

小型水库引水系统隧洞进口建筑物结构复杂，由多个板、梁、柱组成，构件较多，结构计算内容多，因此在进行隧洞进口建筑物设计时，需要对其在最不利工况下，进行结构分析，确定哪些主要受力构件，对主要受力构件进行配筋计算，其他次梁和板按构造配筋。

三种隧洞进口建筑物中，常用的是塔式。塔式进水口修建在隧洞进口，四周为封闭的塔架并用桥与岸坡连接。封闭的塔架采用钢筋混凝土浇筑，有检修闸室和工作闸室，在水头不高时主要计算工作闸室井壁配筋，检修闸室井壁配筋可按构造配筋；启闭室主要计算承受启闭设备的主梁和由此梁传递荷载到其他的梁和柱；连接岸坡的交通桥主要计算主梁配筋，其他次梁和板的配筋按构造配筋。竖井式进水口是在隧洞前端河岸岩石中开挖一个竖井，井壁用钢筋混凝土衬砌，井内设置闸门，井上部设闸门启闭机和操作室。有检修闸室和工作闸室，主要计算竖井承受较大外水压力时，检修闸室与工作闸室之间的隔板配筋；启闭室结构计算同塔式一样。梯级式取水结构计算相对较简单，主要计算消力池盖板配筋。

6 结束语

水库引水系统加固设计是小型病险水库除险加固设计三大建筑物设计之一，尽管我国小型病险水库数量众多、险情复杂、隐蔽性强、时间紧、任务重，但只要我们遵循客观规律、总结经验，重视前期勘测、认真收集基础资料，严格按规范标准进行计算分析，有的放矢，提出经济合理、切实有效的加固设计方案，做到加固一座，脱险一座，使水库早日正常发挥效益，人民安居乐业。

【参考文献】

黄恒康.小型病险水库除险加固设计探讨.水利建设与管理，2013（12）总第244期