水库除险加固放水洞的设计探究

王键 费县石岚水库服务所

1.工程概况

某水库位于山东省临沂市，属淮河水系沭河一级支流浔河中下游的一座大（2）型水库控制流域面积431平方公里。水库防洪标准为10000年一遇，100年一遇设计，死水位108.4m，兴利水位127.0m，汛期限制水位125.30m，设计洪水位为128.25m，校核洪水位为131.79m。死库容为0.0114亿m3，兴利库容为1.6955亿m3，调洪库容1.5182亿m3，总库容为2.9048亿m3。设计灌溉面积30.44万亩，有效灌溉面积16.2万亩。

水库放水洞属于水工隧洞，其功能作用主要是：1.配合溢洪道宣泄洪水，有的放水洞设计会作为主要泄洪建筑物使用。2.可以用来引水发电、灌溉、供水、航运和生态输水等。3.可以有效排放水库中的泥沙，延长水库的使用寿命。4.在水库放空状态下可以用来检修建筑物。5.在某些水利枢纽施工期间可以用作导流。一般的放水洞都是由进口段、洞身段和出口段三部分组成。

2.放水洞存在的问题

水库修建于1959年7月，距今已有60年的时间，水库老化严重，暴露出很多安全隐患的问题，放水洞作为水库的一部分其存在以下问题：

（1）放水洞的进口段、斜坡段由于经过长时间的放水过程，其洞口石块受到撞击破坏，激流冲刷，混凝土保护层早已受到不同程度的破损，钢筋长期裸露在外，锈蚀非常严重，混凝土表面出现严重的坑洼。闸墩混凝土部分老损碳化、剥落情况严重，直接影响着整体结构的安全。

（2）隧洞的洞身围岩裂隙情况严重，局部位置已经破碎；洞身的混凝土衬管产生很大的裂缝，且漏水点位很多。当水库水位较高时，渗水会沿着围岩的裂隙、衬管的裂缝及衬管与围岩之间的空隙流出；当放水洞放水时，渗水会通过漏水点渗漏进洞内。

从上述问题可以看出放水洞的重建以及势在必行。

3.放水洞的布置原则及重建的设计

3.1 放水洞的总体布置原则

水库的放水洞一般布置在两岸的一侧，这样便于施工和运行。首先要在选定合理方案的基础上，根据地形、地质及水流条件，选定好进口的位置及进口的结构型式，并确定闸门的位置。还要根据地形这几个条件选好出口位置及消能形式。最后确定好放水洞洞身的断面形状和尺寸。

3.2 放水洞重建设计

（1）重建加固放水洞的设计：进水口采用喇叭口，上游引水涵尺寸采用1.5×1.8m矩形箱涵；控制段为圆筒式竖井结构，上部设启闭机房及检修平台，其由引桥与坝顶相接；输水涵洞断面尺寸采用1.2×1.8m矩形箱涵，出水口与城镇供水、电厂供水管相接。工作闸门采用1扇1.2×1.8m潜孔轮式平面钢闸门，采用1台QP-2000KN卷扬式启闭机启闭。检修闸门采用1扇1.2×1.8m潜孔平面滑动式钢闸门，采用1台MD1-10T电动环链葫芦启闭。放水洞进口设一扇尺寸为2.0×3.5m拦污栅。出口设2个DN900、1个DN1000电动蝶阀。坝体回填采用粘土心墙砂壳坝，粘土心墙顶宽5.0m，上下游坡比1:1，粘土心墙中心线位于坝顶中心线上游2.5m处，上下游坝坡采用原砂壳料回填。

（2）该工程的工程量为：土方开挖105387.99m3，石方开挖467.56 m3，土方回填压实103506.95m3，水泥浆砌石拆除2401.45 m3，混凝土浇筑1758.95 m3，钢筋制安99.36t，浆砌石55.28m3，水泥土回填1004.85m3，房屋建筑111.485m2及相关的金属结构和电气设备安装工程。

（3）其施工方法是：土石方开挖及回填、钢筋制作安装、混凝土浇筑、浆砌石、金属结构及电气设备安装等。

（4）设计计算

①过流能力的计算，根据相关规范的要求分为有压力流和无压力流两种，分别采用公式1、公式2进行过流能力计算。

②消能计算：放水洞采用的是底流消能它包括消力池深度计算、消力池长度计算、海漫长度计算三部分。

a.消力池的深度计算

第一、收缩水深可按公式3计算：

第二、跃后水深可按公式4 计算：

第三、出池落差按公式5计算：

第四、消力池的深度是按公式6计算：

b.消力池长度按公式7计算：

c.海漫长度按公式8计算：

③渗流稳定的计算：包括地基有效深度计算、分段阻力系数计算、各分段水头损失值计算、进出口段修正后的水头损失值计算及出口段渗流坡降值计算。

第一、地基有效深度按公式9计算：

第二、阻力系数的分段计算：

进、出口段、内部垂直段及水平段的按公式10、11、12计算：

第三、水头损失值的分段计算按公式13计算：

第四、进、出口段修正后的水头损失值按公式14计算：

第五、出口段渗流坡降值按公式15计算：

④放水洞的稳定计算：包括抗滑稳定计算、抗浮稳定计算、挡土墙的抗倾覆稳定安全系数计算。

第一、抗滑稳定计算按公式16计算

第二、抗浮稳定计算按公式17计算

第三、挡土墙的抗倾覆稳定安全系数按公式18计算：

通过上述的计算，若均满足设计规范要求，则该重建设计合格。

4.放水洞的施工工艺

4.1 土方开挖及回填

土石方开挖采用挖掘机开挖，自卸车运输，开挖土方堆放于临时弃土区。回填黏土心墙土料采用天湖村料场土料，砂壳料利用原开挖料，高程117.73以上砂壳料采用二级坝附近开挖料。使用挖掘机开挖之后，采用推土机对场地进行整平，并且振动碾压；靠近建筑物的部分人工整平，蛙式打夯机补充。

4.2 钢筋混凝土工程

混凝土采用现场拌和站集中拌制，混凝土罐车运输，混凝土输送泵或吊车入仓。入仓后采用插入振捣器振捣，以覆盖毛毡布养护为主。钢筋在加工厂集中加工，现场人工绑扎。模板主要采用竹胶板，特殊部位部分采用木模板。

（1）模板工程：包括：模板方案的选用：模板主要采用竹胶板，特殊部位采用木模板。材料：工程使用的竹胶板，保证模板的钢度要求，接缝严密。模板安装：在模板安装之前，必须进行模板安装线的测量放羊，并设置好用于检测的控制线，便于进行校验纠正。另外，浇筑脚手架严禁与模板系统相连接，以防模板产生变形。模板清洗和涂料：模板在每次使用前清洗干净，并涂刷脱模剂，以拆模方便，保证混凝土及钢筋混凝土的质量。模板拆除：混凝土满足规定才拆除模板。

（2）钢筋工程：本工程钢筋在钢筋加工场集中加工，现场绑扎成型。投入钢筋切断机及弯曲机各2台，交流电焊机4台。

（3）混凝土工程：包括原材料的选择（水泥、水、砂、粗骨料、外加剂）；

配合比的设计；混凝土拌合；混凝土的运输；混凝土浇筑。

（4）混凝土的养护：放水洞加固工程混凝土养护用草苫覆盖，洒水养护，保持混凝土表面湿润。冬季混凝土终凝后，先用薄膜覆盖严密，然后在薄膜上面覆盖毛毡布、塑料布等。外面搭设保温棚架，在棚内放置火炉，以保证棚内温度。专人进行测温，对保温棚内温度进行观测，低于5℃时立即加设火炉，确保混凝土养护温度正常。

4.3 浆砌石工程

浆砌石工程主要为进口段挡墙，砂浆采用搅拌机拌和，按照试验室出具的砂浆配合比进行拌和。块石原材料质地坚硬，砂浆砌筑饱满、均匀，符合设计及规范要求。采用草苫覆盖，洒水养护，保持浆砌石表面湿润。

5.结语

放水洞重建工程是水库的除险加固工程中的重要组成部分。需要通过合理的设计及施工来保证工程质量。水库进行除险加固工程后，能够提高水库的水资源调控能力，完善防洪体系。目前该工程已经顺利完成并投入使用，经过了几个汛期的考验。该水库的放水洞各项基本条件良好，运行正常。