小型水库溢洪道病害分析及处理探讨

小型水库溢洪道病害分析及处理探讨
摘要：溢洪道是水库枢纽中的重要建筑物，是洪水期间保证水库安全的重要设施。

笔者通过对小型水库溢洪道的一些常见病害形成原因进行分析，提出了对水库溢洪道病害处理的措施。

关键词：小型水库；溢洪道；病害分析；处理措施
小型水库多建于上世纪50-60年代，“三边”（边勘测、边设计、边施工）和“四不清”（来水量不清、流域面积不清、库容不清、基础不清）很普遍，技术含量低，防洪标准低，大坝形体单薄，结构不安全。

经过几十年的运行，小型水库坝体裂缝、渗漏，溢洪道和输水道塌陷、堵塞、泄洪能力不足，闸门启闭不灵活等工程问题普遍存在，有些还相当严重。

许多小水库位于深山中，处于“无防汛抢险道路、无通信预警手段、无防汛抢险物料”的“三无”状态。

还有许多小水库实行了承包、租赁、拍卖使用权等形式的改革，但有些承包、租赁给个人时没有明确工程管理维护责任，导致水库工程长期疏于管理、老化失修，存在安全隐患。

正是基于小型水库普遍存在的诸多安全隐患，近年来国家加大了对小水库的治理力度。

溢洪道是水库枢纽中的重要建筑物，是洪水期间保证水库安全的重要设施，是用来宣泄规划库容所不能容纳的洪水、保证坝体安全的开敞式或带有胸墙进水口的溢流泄水建筑物。

1 溢洪道常见病害分析
在工程实践中，小型水库的溢洪道存在不少共性的问题，大致归纳如下。

1.1小型水库由于受建设时期施工条件、建设资金等的限制，其设计采用的洪水标准往往偏低，溢洪道设计尺寸偏小，再加上周边岩体风化坍落，往往造成泄流能力不足，因而不能保证安全泄洪。

1.2在布置上，有些工程设计的溢洪道进出口段离坝身太近，由于几十年的运行，进口段的护砌出现裂缝，泄洪时一旦发生冲蚀现象，将危及坝肩安全；有些设计的陡槽末端与坝脚紧贴，假如发生横流冲刷，更易危及坝脚安全。

1.3有的溢洪道平面弯道半径过大和收缩过剧，对泄流十分不利。

在溢洪道陡坡段布置弯道时，由于弯道流态、流势剧烈变化，导致二岸产生水面差，这时凹岸水面壅高，并在下游衔接的平直段内产生折冲水流，大大影响泄流能力和消能效果。

另外陡坡段或缓流段的过剧收缩，也会发生显著的壅水和流态变化，并对溢洪道衬砌造成冲击。

1.4溢洪道纵横剖面及平面布置设计不当，比较突出的问题是陡坡比降过陡。

部分溢洪道布置在非岩性山坡上，其底部未做有效的反滤衬砌，致使渗水后易产生滑坡。

在横断面设计中，有些工程对两侧山坡开挖坡度注重不够，有的过陡，
加上衬砌厚度偏薄，不能满足抗滑抗倾稳定，也易造成坍方和滑坡；平面布置上，存在着上下游断面连接不配套，形成“瓶颈”现象，从而影响了泄洪能力。

1.5有些设计对溢洪道的消能工程的考虑不够充分，或者型式选择不当，导致消力墙长度和深度均不能满足需要，消能不够充分，致使下游河段发生严重冲刷。

1.6有些工程溢洪道采用低标号的浆砌石或砼砌护，且砌护厚度与边坡砌护高度都不能适应结构稳定要求，因而不能抵御溢洪高流速的冲刷；有些非岩基上的溢洪道底部几乎没有反滤排水设备，极易发生塌滑；有些大面积砼衬砌由于未设伸缩沉陷缝，致使溢洪道衬砌发生一些裂缝，总之这些都使工程安全受到影响。

通过日常工程实践及对溢洪道常见病害分析，溢洪道常见病害的表现形式主要有以下几种：泄洪能力不足，堰顶底板及闸墩开裂，泄水槽衬砌及边墙冲毁，消能设施产生气蚀及底部淘刷，山体滑坡堵塞等。

2 溢洪道常见病害处理探讨
2.1泄洪能力不足的工程措施
我国的许多水库设计标准很低，特别是小型水库，大多数未进行正规设计。

经洪水复核，相当一部分水库的溢洪道设计标准不够，需要扩建和改建才能达到规范的要求，但限于物力、人力和财力的不足，至今尚有不少水库未进行处理，仍处于冒险运行，急需进行扩建和改建。

解决溢洪道泄洪能力不足，提高水库抗洪能力的主要工程措施有以下几种。

2.1.1加高大坝。

在满足大坝自身安全的条件下，视坝体的具体情况，可采取对大坝加高培厚等措施，以增大防洪库容，加大溢洪道泄流水头。

对无条件增设非常溢洪道及现有溢洪道加宽或降低堰顶高程又非常困难的情况，加高大坝是非常适宜的。

2.1.2增设非常溢洪道或加宽现有溢洪道。

根据规范要求的防洪标准进行泄洪能力复核，当不满足要求时，若有合适的山垭口，可增设非常溢洪道；当工程量不大时，加宽旧溢洪道或降低其堰顶高程也不失为增加泄流量、提高防洪能力的有效工程措施。

2.1.3设溃坝溢洪道。

溃坝溢洪道是在合适的山垭口开挖修筑具有固定断面的无闸门溢洪道，并在溢洪道堰顶填筑溃坝（副坝）用于挡水。

当非常洪水来临急需溃坝泄洪时，可通过爆破溃坝或水力冲溃的方式，用固定的断面宣泄非常洪水。

2.2溢洪道堰顶底板及闸墩裂缝的处理与诊治
对溢洪道堰顶底板及闸墩的裂缝，应在研究其产生原因的基础上，对症下药，确定其防治与处理的措施。

例如河南南湾水库溢洪道右二闸墩出现通缝，经长江科学研究院进行光弹试验，决定在主拉应力超过0.4Mpa的范围内设幅射筋（原闸墩未设）。

处理方法是在闸墩表面凿槽，将钢筋置入槽内，一端用环氧砂浆固定，另一端穿过牛腿加拉锚定，再将槽内钢筋用环氧砂浆封闭，处理后使用情况良好。

岩基上闸墩及底板的裂缝，除因闸墩配筋（如牛腿幅射筋等）不足外，多数都与温度应力有关，因此配筋中要充分考虑到温度应力的作用，并配以相应的钢筋。

从减小温度应力的角度，在满足上部布置、稳定和应力要求的条件下，闸墩与底板的长度（顺水流方向）应尽量短一些为宜，闸墩的长高比不超过2，而且底板的长度与基岩间配适量的锚筋。

2.3改善泄水槽水流条件的措施
泄水槽中的水流一般为高速水流，受边界约束影响较大，为改善水流条件，首先应在平面上进行合理布置，在立面上应尽量采用同一坡度。

2.4消能设施问题的处理
2.4.1鼻坎下淘刷。

一般是由于反弧半径、挑射角或鼻坎顶高程不够合理，使得挑射距离不够远，冲坑过深，冲坑反坡延伸至鼻坎下，或因小流量贴壁下流引起。

解决的办法一般应调整挑射角与鼻坎高程，并在坎后一定范围内设护坦加强防护。

最不利冲刷情况一般不一定是最大流量时所致，加强运行管理，总结经验，选择各种水位和泄量时孔口开启的最优方案，也可减轻下游的冲刷。

2.4.2下游两侧岸坡的冲刷。

挑流消能因出坎水流的扩散，会对下游两岸坡造成冲刷。

西北水利科学研究院韩立等提出了异形鼻坎，将反弧段做成有横向比降，使水流挑出后向中间集中。

试验表明，采用异形鼻坎，效果很好。

具有横向比降的异形鼻坎，还可以有效解决下游河道与泄水槽轴线不一致的问题。

2.4.3差动式鼻坎的气蚀。

差动式鼻坎挑流消能的最大优点是高低坎挑射出的水舌在空中相互碰撞，使消能效果更好，冲坑较浅，但其突出问题是鼻坎极易产生气蚀。

解决的措施有：一是选择合理的高低坎挑角差；二是向气蚀部位补气。

2.5山体滑坡堵塞问题处理
一方面对山体的滑坡体进行“去头、削坡减载”，使其达到稳定状态，同时对滑体部位施钻水平排水孔，疏通地下水，消除山体滑坡体产生剧滑的可能性。

远期防治可采用阻滑桩方案，分别在滑坡凹槽处和小山头部位布置阻滑桩，并削去覆盖层。

结束语：
土坝工程事故和失事都有一个过程，如果能及时发现和消除工程中存在的缺陷和隐患，大部分事故是可以避免的。

此外，及早处理工程病害可以掌握主动，
节约维修费用。

小型水库问题多出在规划、设计、施工、管理等方面，先天不足，所以加强管理，及时发现病害及时处理非常重要。

参考文献：
[1]《我国小型水库安全状况调查及对策研究报告》（水利部大坝安全管理中心李雷等著）
[2]《中小型水库溢洪道设计中的常见问题及其对策》（作者：冯辉长）。