小型水库除险加固设计方案比较

小型水库除险加固设计方案比较
1、工程概况
某水库是一座集防洪、供水及灌溉等多种功能的综合利用型水库。

水库总库容745×104m3，为Ⅳ等小（Ⅰ）型工程。

水库枢纽由大坝、输水洞、泄洪洞3部分组成。

大坝形式为沥青砼斜墙砂砾石坝，坝高36m，坝顶长度276m，坝顶高程2342.0m，坝顶上游肩部设1.0m高防浪墙，坝顶宽6.0m，上游坝坡1.2.25，一坡到底，下游坝坡1∶1.8，中间设戗台。

输水洞布置在大坝左岸，为坝下涵洞，洞进口高程2310.0m，型式为城门洞型，洞宽2.0m，洞高2.5m，洞长147.1m，坡比为1/40，在汛限水位2335m高程时设计下泄流量为30m3/s。

涵洞进口设2孔平板钢闸门，孔口尺寸为1.0m×1.0m （宽×高），闸门上部安置2台25t卷扬式启闭机，工作门前设1.0m×1.2m检修闸门，上部安置2台20t螺杆启闭机。

泄洪洞布置在大坝右岸，平面直线布置，进口高程2335.0，型式为城门洞型，宽2.5m，高3.0m，洞长197.6m，校核洪水位洞前最大水头5.4m，最大泄流量34m3/s。

泄洪洞进口设1孔弧形钢闸门，孔口尺寸4.0m×4.0m（宽×高），闸门上部安置1台2×5t卷扬式启闭机，出口接陡坡，设消力池后将洪水泄入原河道。

2、水库存在问题及原因
该水库存在的主要问题如下：输水洞放水时进水闸闸塔震动严重，排气管“炮鸣声”响亮，闸门从未完全开启，灌溉期仅在小流量下开启运行，泄洪期也以3.0m3/s左右小流量泄水，输水洞泄流量从未达到设计流量30m3/s；闸门变形，启闭困难。

输水洞部分洞段顶拱钢筋锈蚀，存在安全隐患。

经分析，输水洞存在的问题主要是闸门型式选择不合理。

正常水位下，工作闸门前水头为30.2m，该闸门为深式底孔门。

闸孔的设计过流能力为0～30m3/s，下游所需供水流量1.0m3/s，下游所需灌溉流量2.5m3/s，需要由闸门经常性的小开度启闭调节流量。

现状工作门为平板闸门，深式底孔采用平板闸门小开度启闭，必然会出现震动、炮鸣等现象，进而造成门槽前后砼破坏、门槽变形、闸门启闭困难、止水不严等后果。

3、方案比选
为解决输水洞存在的问题，本次设计将对改建闸室方案、改建输水洞方案、左岸新建有压隧洞方案、右岸新建有压隧洞方案等4种方案进行技术经济比较。

3.1方案一：改建闸室方案
拆除原框架式闸室及渐变段，在原闸室前新建竖井式闸室。

新建闸室长9m，宽7.5m，底板高程为2310.18m，闸墩顶高程2314.18m，闸底板厚1.5m，工作闸门尺寸为1.5m×1.55m，检修闸门尺寸为1.5m×1.75m。

闸室上部为矩形竖井，长6.5m，宽2.5m。

3.2方案二：改建输水洞方案
原输水洞进水闸室长7m，宽5.6m，底板高程2010m，工作闸门为2孔潜孔式平板钢闸门，闸孔尺寸为1m×1m。

本次设计将工作闸门改为检修闸门，结构尺寸不变，其后接压力涵洞。

原输水洞为城门洞形无压涵洞，宽2m，高2.5m，长147m。

本次设计将其改建为直径1.8m的圆形有压涵洞。

在原涵洞中安装直径1.8m的钢管，涵洞和钢管之间采用C20砼填充，钢管进口高程2310m，出口高程2306.8m，设计纵坡为1/40。

涵洞出口布置锥形阀闸室及消能箱，在闸室上设操作室。

锥形阀室长7.5m，宽4m；消能箱长15m，宽3m，底板高程2303.9m。

3.3方案三：左岸新建有压输水洞
在大坝左岸岩体内新建有压输水洞，隧洞全长234.04m，断面形式为圆形，直径按最小施工断面确定为2.0m，最大输水流量30m3/s，设计坡降1/80。

检修闸室为竖井式，横断面尺寸为2.4m×1.8m，设在洞进口后70m处。

闸底板高程2309.15m，设一扇平板检修闸门，孔口尺寸1.8m×1.8m。

隧洞出口采用锥形阀控制流量，直径1.6m。

锥形阀室后布设消力池，池长20m，池深1.5m；出口接泄洪渠至下游河道。

新输水洞建成后，关闭原输水洞，采用C15砼封堵。

3.4方案四：右岸新建有压输水洞
在大坝右岸岩体内新建有压输水洞，隧洞全长215.62m，断面形式为圆形，直径为2.0m，最大输水流量30m3/s，设计坡降1/100。

检修闸室为竖井式，横断面尺寸为2.4m×1.8m，设在洞进口后30m处。

闸底板高程2309.70m，设一扇平板检修闸门，孔口尺寸1.8m×1.8m。

隧洞出口采用锥形阀控制流量，直径1.6m。

锥形阀室后布设消力池，池长15m，宽6m。

水流在消力池消能后，经28m明渠进入下游河道。

新输水洞建成后，关闭原输水洞，采用C15砼封堵。

4、投资及优缺点比较
4.1四种方案投资情况
见表1。

表1各方案投资表
序号工程项目名称方案一方案二方案三方案四
1 建筑工程256.59 215. 53 360.57 323.43
2 金结及安装工程48.36 157.52 64.88 64.31
3 临时工程96.2 28.28 35.98 34.09
4 合计401.1
5 401.33 461.43 421.83
4.2各方案優缺点比较
方案一优点：①可以利用原输水洞，投资小；②建筑物较少，施工难度较小，施工期短；③施工安排在非汛期，施工期间不进行施工导流，通过水泵排水，待下部闸室施工完成后即可利用闸室泄水，临时费用较小。

方案一缺点：①原闸室渐变段与大坝防渗斜墙连接，拆除时易破坏坝面防渗斜墙，同时影响坝脚砂砾石稳定，风险较大；②拆除闸室、排架及渐变段时，为防止对沥青防渗斜墙的破坏，不能采用爆破拆除，需人工拆除，拆除强度大；③新浇筑砼与旧墙防渗体粘结难度大，在施工时易造成坝体渗漏隐患，于大坝稳定不利；④由于施工时无法利用原输水洞泄流，导致施工困难，临时工程费用较高。

方案二优点：①可以利用原输水洞进口闸室，投资小；②建筑物较少，施工难度较小，施工期短；③施工安排在非汛期，施工期间不进行施工导流，通过对现状工作闸门和启闭机进行更换后下闸挡水，库区蓄水，进行输水洞加固及下游建筑物施工。

施工期通过水泵排水，临时费用较小。

方案二缺点：施工期水库需两次降低库水位至2313.0m高程。

方案三优点：①隧洞远离大坝，不会对坝体造成危害；②竖井在岩石山体内，没有冰冻危害。

方案三缺点：建筑物全部需要新建，投资最大。

方案四优缺点：与方案三基本相同，投资较方案三小。

从上述技术经济方面的比较可知，方案三、方案四均为新建输水洞方案，施工工期较长，且投资均比方案一、方案二高。

因此，首先排除方案三、方案四。

方案一、方案二投资相当，但方案一在施工时可能存在对大坝防渗面板造成破坏、对坝体砂砾石稳定造成影响且难以有效消除等问题，不能完全达到除险加固的目的，故排除方案一。

综上所述，方案二能有效地解决水库目前存在的问题，且投资低，因此在设计中将方案二即改建输水洞作为推荐方案进行工程设计。

5、结语
该水库在除险加固方案比选中，考虑到工程存在的问题，通过多种方案比选，最终选定投资小、施工方便、建设周期短的改建输水洞方案，有效解决了水库当前存在问题。

目前，该水库除险加固后已运行，运行状况良好，说明该水库的除险加固方案是可行的。