關(guān)于石流坑水庫除險(xiǎn)加固工程輸水設(shè)施方案的探討

柯莉

摘要：石流坑水庫屬小（二）型水庫，總庫容11.21萬m3，壩下輸水方涵存在接觸滲漏問題。本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)選用了定向鉆放水洞的設(shè)計(jì)方案，在臨海是首次采用該技術(shù)，取得了較好的成效。

關(guān)鍵詞：除險(xiǎn)加固；方案比選；石流坑水庫

1、工程概況

石流坑水庫位于臨海市東塍鎮(zhèn)桐坑村石流坑溪，距離臨海市區(qū)約55km。工程于1972年開始動(dòng)工興建，于1982年基本建成受益。水庫集雨面積0.816km2，最大壩高15.47m，水庫正常蓄水位98m，總庫容11.21萬m3，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉等功能的綜合型?。ǘ┬退畮?。

現(xiàn)狀水庫樞紐由大壩、溢洪道、放水涵管及灌溉渠道等水工建筑物組成，大壩為黃土心墻壩；溢洪道采用側(cè)槽式溢流堰，位于大壩左端；放水涵管位于大壩右端，為條石方涵。

2、存在問題

經(jīng)安全認(rèn)定，石流坑水庫屬三類壩。目前存在以下主要問題：（1）壩下放水涵管存在接觸滲漏；（2）溢洪道溢流堰與頭墻交接處有滲漏現(xiàn)象；（3）放水涵管進(jìn)口金屬結(jié)構(gòu)銹蝕嚴(yán)重，影響正常使用。

3、加固方案

對(duì)于水庫溢洪道與頭墻存在的滲漏問題，本方案采用C15砼灌砌石砌筑，0.2m厚C20砼襯壁，結(jié)合尺寸為0.3m×0.6m的堰前前趾綜合進(jìn)行溢流堰防滲加固處理。老頭墻全部拆除后采用0.2m厚C20砼襯壁及C15砼灌砌石填充綜合進(jìn)行頭墻加固處理。

下面針對(duì)水庫壩下放水涵管存在接觸滲漏這一主要問題，進(jìn)行重點(diǎn)介紹，內(nèi)容如下：

3.1輸水設(shè)施加固工程

3.1.1對(duì)老放水涵管進(jìn)行封堵處理

石流坑水庫始建于1972年，由于當(dāng)時(shí)工程建設(shè)因陋而簡(jiǎn)，土法上馬，采用了條石方涵。運(yùn)行多年后，工程老化、年久失修，放水涵管出現(xiàn)了接觸滲漏。

根據(jù)《關(guān)于實(shí)施全省千庫保安工程的若干意見》（浙水管[2003]6號(hào)），建議取消壩下涵管。再者壩下涵管存在各種弊端，為了徹底根除壩下涵管工程隱患，宜將壩下涵管進(jìn)行封堵處理。本方案采用C25微膨化砼回填的倒掛井對(duì)心墻位置的壩下涵管進(jìn)行封堵防滲處理，并對(duì)整條壩下涵管進(jìn)行砂漿封堵處理。

3.1.2設(shè)置輸水設(shè)施

由于新建輸水設(shè)施在整個(gè)除險(xiǎn)加固工程屬于較重要的部分，所以計(jì)劃采用虹吸管方案和定向鉆放水孔方案進(jìn)行比選，希望采用更經(jīng)濟(jì)適用的方案。

方案一：虹吸管方案

近期，浙江省水庫除險(xiǎn)加固工程中運(yùn)用虹吸管來作為輸水設(shè)施的工程較多，也取得不錯(cuò)的成效，因此本工程也計(jì)劃采用虹吸管方案?，F(xiàn)對(duì)虹吸管的工作原理介紹如下：壓力輸水管道高程高于上游供水水面，在虹吸管內(nèi)造成真空，使作用在上游水面的大氣壓強(qiáng)和虹吸管內(nèi)壓強(qiáng)之間產(chǎn)生壓差，則水流即能通過虹吸管最高處引向低處。一般虹吸管中的真空值宜小于7～8m，否則當(dāng)虹吸管內(nèi)壓強(qiáng)接近汽化壓強(qiáng)時(shí)，液體將產(chǎn)生汽化，破壞水流的連續(xù)性。水庫上下游的水位差也應(yīng)保持2.5m以上，才能保證下游的出水。

虹吸管的優(yōu)點(diǎn)在于能跨越高地，施工簡(jiǎn)便，效率高。缺點(diǎn)是適用于水頭差小于7～8m的矮壩，當(dāng)水頭差過大時(shí)就會(huì)產(chǎn)生真空，形成空蝕。這時(shí)需抬高水庫死水位，減少蓄水量，降低水庫的利用率；或者采用大開挖的方式在壩內(nèi)埋管，容易出現(xiàn)土方結(jié)合不好，造成新舊壩體交接處因不均勻沉降而形成裂縫，威脅大壩的安全。其次操作復(fù)雜，建后管理維護(hù)困難，虹吸管首次使用時(shí)，需先進(jìn)行充液排氣。虹吸管充液后禁止擰動(dòng)排氣閥和充液閥，否則空氣通過排氣閥或充液閥進(jìn)入虹吸管，破壞虹吸，造成無法放水，需重新充水。

方案二：定向鉆放水孔方案

水平定向鉆機(jī)是20世紀(jì)80年代在發(fā)達(dá)國家興起的，在不開挖地表面的條件下，鋪設(shè)多種地下公用設(shè)施（管道、電纜等）的一種施工機(jī)械。水平定向鉆進(jìn)技術(shù)是將定向鉆進(jìn)技術(shù)與傳統(tǒng)的管轄施工方法結(jié)合在一起，具有施工速度快、精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用與供水、煤氣、電纜、電訊、天然氣等管線鋪設(shè)工程中，適應(yīng)于軟土、硬巖等多種地質(zhì)條件，應(yīng)用前景廣闊。

水平定向鉆的施工工藝順序是：現(xiàn)場(chǎng)勘察→鉆進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)→鉆進(jìn)先導(dǎo)孔→擴(kuò)孔鋪管。

在水庫除險(xiǎn)加固中采用定向鉆方案優(yōu)點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)，對(duì)原壩體擾動(dòng)性小，日后操作維護(hù)比較簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)是對(duì)地質(zhì)要求較高，若遇到破碎巖層易形成新的滲漏通道，因此采用此方案需進(jìn)行嚴(yán)格精細(xì)的地質(zhì)勘察，獲取地層的全面、詳細(xì)的資料，一般地質(zhì)勘察的費(fèi)用占工程總費(fèi)用的3～5%。目前水平定向鉆進(jìn)技術(shù)在水庫的除險(xiǎn)加固工程中運(yùn)用不多，施工技術(shù)要求較高，需要相對(duì)專業(yè)的施工隊(duì)伍和先進(jìn)的儀器設(shè)備參與施工。

方案比較

綜合以上兩種方案，都能實(shí)現(xiàn)輸水的目的，下面從投資、施工、可行性等方面進(jìn)行歸納比較。新建輸水設(shè)施兩方案的對(duì)比見表1。

方案一：石流坑水庫壩高15.47m，而虹吸管適用的水頭差需小于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，并對(duì)大壩向下大開挖4m將虹吸管的駝峰位置置于95.71m高程處，利用截水環(huán)、回填黃土與老心墻結(jié)合進(jìn)行防滲處理。采用此方案會(huì)造成水庫利用率低，埋于壩體內(nèi)的部分管道也不易檢修，并易在新舊壩體交接處形成裂縫，為大壩日后的運(yùn)行帶來安全隱患，因此該水庫不適用于采用虹吸管方案。

方案二：經(jīng)地質(zhì)勘察石流坑水庫溢洪道基巖裸露，巖質(zhì)較好，適合采用定向鉆放水孔方案。故本方案為滿足下游農(nóng)田的灌溉需要，需設(shè)置直徑為0.28m的放水孔，但由于當(dāng)時(shí)本地施工隊(duì)伍設(shè)備的局限，需設(shè)計(jì)采用4個(gè)孔徑為0.14m的進(jìn)水孔。同時(shí)為了進(jìn)水口水流流暢，避免產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，澆筑尺寸為2.0m×1.5m的C25鋼筋砼進(jìn)水室，進(jìn)水口高程90.991m，并利用Φ0.8m的預(yù)制水泥管連接進(jìn)水室與放水孔，放水孔進(jìn)口最低高程為89.10m，出口最低高程為89.02m，坡比為0.2%。由于水平定向鉆不能用較大角度偏角的局限性，本次設(shè)計(jì)采用了Φ1.5m的檢查井調(diào)節(jié)進(jìn)水孔的方向，進(jìn)水孔總長(zhǎng)44.8m，檢查井底高程88.60m。

根據(jù)以上兩方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，本次加固設(shè)計(jì)推薦采用定向鉆放水孔方案。石流坑水庫除險(xiǎn)加固工程平面布置圖見圖1。

4、結(jié)語

現(xiàn)在大部分中小型水庫建于大躍進(jìn)和文革時(shí)期，由于當(dāng)時(shí)施工條件的局限，大多數(shù)的水庫均采用壩下涵管，但管理不善、年久失修，壩下涵管已成為水庫的安全隱患。本設(shè)計(jì)采用定向鉆新建輸水設(shè)施這一技術(shù)在臨海市水庫除險(xiǎn)加固工程中是首次運(yùn)用，取得了較好的成效。自2013年除險(xiǎn)加固工程完成后，水庫現(xiàn)運(yùn)行一切正常，并給下游村民帶來較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)今該技術(shù)在臨海市水庫除險(xiǎn)加固工程中得到了較好的推廣。

參考文獻(xiàn)：

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