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摘要：在大部分的小型水库除险加固设计中，往往更为重视坝体的渗漏问题，而忽视了对溢洪道不满足要求的补充设计。本文结合广西部分小型水库溢洪道设计实例，重点阐述小型水庫除险加固设计中关于溢洪道的分析及设计，为广大水利水电工程施工及设计人员提供参考。
关键词：小型水库；除险加固；溢洪道；设计
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：
一、小型水库溢洪道病险类型分析
在小型水库整体设计中，溢洪道的设计和布置占据这较为重要的位置，它不仅保障了水库能否安全运行，还关系到整个工程的造价合理性。溢洪道的险情病情主要分为客观原因和主观原因两类：①主观原因是指在工程施工中隐藏的质量或者隐患问题。②客观原因是以不可抗力因素为主的客观情况对溢洪道构成病险威胁，比如地震、暴雨洪水、水位变化、上流水源变化等情况引发的溢洪道病险情况。因此，针对不同的溢洪道病险情况进行针对性的分析，才能得出较为客观且有针对性的设计方案。在实际应用中，作者通过长期对小型水库除险加固过程中易遇到的质量缺陷进行研究，提出了一套较为有效的缺陷消除应对措施，不仅可以对施工缺陷进行应对及处理，还能采用更为合理及经济的方案使小型水库除险加固达到既定要求，确保小型水库的使用寿命与安全运行。
二、小型水库溢洪道病险常见设计问题分析
1、溢洪道原有设计指标偏低。小型水库溢洪道是洪水期间保证水库安全的重要设施，但是受到收到工程造价的限制，广西境内建设于上世纪的小型水库，采用的是比较保守的设计方案，使用的水文地质资料数据既不详实也不充分，特别是洪水水位标准偏低，数据偏小，对于洪峰和洪量预测不足，导致根据这类水文数据，偏小，因此导致溢洪道设计尺寸偏小、泄洪能力差。
2、溢洪道缺乏应有的维护和保养措施，泄洪能力不足。在长期的运行中溢洪道如果缺乏维护和保养，就容易出现溢洪道淤泥沉积、周边岩层剥落、溢洪道边缘坍塌等情况，造成溢洪道泄洪能力不足，在遭遇雨季以及洪水时往往不能安全泄洪，对水库坝体形成安全隐患，导致大坝出现裂缝和崩坏。
3、溢洪道设计布置位置不合理。比如说百色某小型水库，由于溢洪道设计不合理，进出口段与水库大坝的坝身十分接近。而且坝肩与溢洪道之间，只是依靠一层原土山脊作为间隔，不仅仅厚度和尺寸没有达到好球，而且进出口段没有进行砌筑和有效的加固保护。在洪水位泄洪是，溢洪道发生较为严重的冲蚀现象，最终导致大坝坝肩土层越来越薄，致使坝肩安全出现隐患。由于溢洪道设计位置不合理的原因，对水库大坝的整体运行安全最为不利。
4、原来溢洪道设计的平面弯道半径过大，在施工过程中收缩过剧，导致泄流不顺畅。由于部分地质及地理情况原因，部分溢洪道设计布置需要设计成为弯道形状，而且有时候弯道半径过大，在泄洪时由于弯道流态、流势剧烈变化的原因，就容易导致溢洪道两侧岸边产生水位差。这时候凹岸水面变高，在下游衔接的平直段内产生折冲水流，形成逆流、回流和阻流，不仅仅影响溢洪道泄洪能力，也对溢洪道的侧壁安全造成隐患。此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，对溢洪道衬砌造成冲击。
5、溢洪道纵横剖面及平面布置设计比例不当，特别是在陡坡设计时候，比降过陡导致整体较易出现问题。而有些在非岩基上的溢洪道设计，底部没有设计反滤排水设备，则很容易导致溢洪道塌滑。例如巴马某水库，其溢洪道设计布置在非岩性山坡上，但是溢洪道的底部却没有设计相应的反滤衬砌，而在长期的降雨之后，土层吸水膨胀，最终导致土层渗水到下层，致使岩层之间产生滑坡，影响溢洪道的整体性安全。而在部分水库溢洪道横断面设计及施工中，由于客观条件限制，在施工过程中如果对两侧山坡开挖坡度不能落实到位，采用坡度偏陡而且衬砌厚度不足的话，溢洪道的两侧护壁就不能满足抗滑抗倾稳定要求，容易造成溢洪道两侧岩体的坍方和滑坡，导致溢洪道遭到破坏。
6、在溢洪道设计时，如果对于水力设计建模分析不够完善、还有对溢洪道的消能工的设计考虑不充分、型式选择不当等原因，则会导致溢洪道设计中设置的消力墙长度和深度不能满足实际运行需要，在运行过程中，大水力冲刷就会导致下游河段发生较为严重的泥沙冲刷现象，破坏植被及水土保持，甚至对整个工程以及区域造成较为严重的影响。
7、部分溢洪道施工时，偷工减料，任意降低水泥标号及混凝土标号，减少砌筑厚度以及边坡砌护高度，最终导致溢洪道边坡达不到结构稳定的要求，根本无法低于泄洪时高流速的冲刷。而有些溢洪道采用大面积钢筋混凝土衬砌，但是却没有设计伸缩沉陷缝，致使溢洪道衬砌表面产生细小裂缝并且逐年渗水扩大，最终使溢洪道产生整体安全隐患。
三、小型水库溢洪道除险加固方案选择及实施要点
在小型水库的病险运行状态分析中，由于溢洪道出现的险情较为特殊。一般而言可以采用上溢流堰改建方案和溢洪道下游陡坡段加固方案这两个方案进行。这两种方案各有利弊，而且应用也较为普遍。
那搞水库是一座以灌溉为主，兼有防洪功能的小（二）型水库。总库容82.8万m3，坝址以上集雨面积2.65km2。大坝为心墙土坝，最大坝高17.35m，坝顶高程712.3m。该水库溢洪道主要存在两个病害情况：一是溢流堰施工质量差，下泄水流紊乱，汇洪能力小；二是溢洪道下游陡坡段基岩风化严重，冲恻成深槽，严重危及水库正常泄洪。为解决溢洪道上述问题，采用了三个改建方案进行对比分析。
1、在溢洪道平台上游建实用堰方案
该方案需要拆除原拱形薄壁堰，在溢洪道平台上游建实用堰，实用堰下游底板进行钢筋土护砌。实用堰堰面为WES曲线，下游接反孤段，堰顶宽50m不变。根据计算，堰顶高程为705.28m，相应兴利库容492万m3，溢洪道最大下泄流量1932m3/s，工程费用36.5万元。
2、在溢洪道平台下游建实用堰方案
该方案需要拆除原拱形薄壁堰，在溢洪道平台下游建实用堰，实用堰上游底板进行钢筋混凝土护砌。堰顶宽及堰面曲线同上。根据计算，堰顶高程为705.3m，相应兴利库容494万m3，溢洪道最大下泄流量1935 m3/s，工程费用27万元。
3、溢洪道上建迷宫堰方案
该水库位于水资源紧缺的山区，迫切需要水库能增加蓄水量。迷宫堰堰顶轴线呈折线型，泄流能力大大高于传统的直线堰，在堰顶宽不变情况下，既能满足泄洪要求，还能抬高堰项高程，增加兴利库容，从而同时满足泄洪和增加水库蓄水量两个要求。经计算研究，迷宫堰方案采用倒四宫方式，兴利库容543万m3，工程费用49万元。
通过对上述三个方案进行技术经济比较，可以知道虽然建迷宫堰方案造价偏高，但是除了能够满足泄洪要求，还提高了库容，对于节约水资源有着更为重要的意义。因此本项目最终确定采用该在溢洪道上建迷宫堰的方案。
而在选用溢洪道下游陡坡段加固方案时候，也提出了两个加固方案进行比较选：
1、下游陡坡护砌方案：由于陡坡上部岩石节理发育，风化较严重，而下部岩石较完整坚硬，因而主要对陡坡上部护砌。从东西向节理面开挖后做混凝土护面，护面长度为25m。陡坡下部的冲坑和几条较大张开节理做适当开挖后用混凝土浇筑填平。在接近下游处建垂直陡坎。由于顺陡坡水流流速很大，直接威胁河对岩防汛道路，故对岩防汛道路也需要护砌。该方案工程费用为97万元。
2、挑流方案：溢洪道下游修挑流鼻坎，通过迷宫堰的水流经挑澈卤坎直接挑落到下游河床内，使溢洪道陡坡免受冲刷。落水点至挑流鼻坎水平距离控制在75～160m，垂直距离为35.7m。挑射角采用25度。经计算，河床冲刷坑深度为13.9m，挑射距离为83.7m，其工程费用为55万元。
经过分析可知，护砌方案工程量最大，工程费用高；挑流方案工程量较小，工程费用低。根据王屋山水库地位情况，允许溢洪道挑流消能，因此采用挑流方案更为适宜。
四、结束语
大部分的小型危险水库采用除险加固工程实施后，都能够保障水库正常蓄水，安全度汛，消除或者减少水库病险情况，让小型水库焕发新生，进一步发挥其经济效益和社会效益，为发展新农村发展及城镇化建设提供有力保障。
参考文献：
1 毛家旗．小型水库除险加固工程溢洪道设计研究[J]．企业科技与发展，2009（16）
2 孙永文．水利工程大坝加固施工技术实践[J]．科技传播，2011（19）
3 于士勇．溢洪道整治研究[J]．吉林水利，2011（12）
个人简介：赵剑云（1986.6-）, 女（苗族），广西桂林人，助理工程师，大专，从事水利工程设计。
关键词：小型水库；除险加固；溢洪道；设计
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：
一、小型水库溢洪道病险类型分析
在小型水库整体设计中，溢洪道的设计和布置占据这较为重要的位置，它不仅保障了水库能否安全运行，还关系到整个工程的造价合理性。溢洪道的险情病情主要分为客观原因和主观原因两类：①主观原因是指在工程施工中隐藏的质量或者隐患问题。②客观原因是以不可抗力因素为主的客观情况对溢洪道构成病险威胁，比如地震、暴雨洪水、水位变化、上流水源变化等情况引发的溢洪道病险情况。因此，针对不同的溢洪道病险情况进行针对性的分析，才能得出较为客观且有针对性的设计方案。在实际应用中，作者通过长期对小型水库除险加固过程中易遇到的质量缺陷进行研究，提出了一套较为有效的缺陷消除应对措施，不仅可以对施工缺陷进行应对及处理，还能采用更为合理及经济的方案使小型水库除险加固达到既定要求，确保小型水库的使用寿命与安全运行。
二、小型水库溢洪道病险常见设计问题分析
1、溢洪道原有设计指标偏低。小型水库溢洪道是洪水期间保证水库安全的重要设施，但是受到收到工程造价的限制，广西境内建设于上世纪的小型水库，采用的是比较保守的设计方案，使用的水文地质资料数据既不详实也不充分，特别是洪水水位标准偏低，数据偏小，对于洪峰和洪量预测不足，导致根据这类水文数据，偏小，因此导致溢洪道设计尺寸偏小、泄洪能力差。
2、溢洪道缺乏应有的维护和保养措施，泄洪能力不足。在长期的运行中溢洪道如果缺乏维护和保养，就容易出现溢洪道淤泥沉积、周边岩层剥落、溢洪道边缘坍塌等情况，造成溢洪道泄洪能力不足，在遭遇雨季以及洪水时往往不能安全泄洪，对水库坝体形成安全隐患，导致大坝出现裂缝和崩坏。
3、溢洪道设计布置位置不合理。比如说百色某小型水库，由于溢洪道设计不合理，进出口段与水库大坝的坝身十分接近。而且坝肩与溢洪道之间，只是依靠一层原土山脊作为间隔，不仅仅厚度和尺寸没有达到好球，而且进出口段没有进行砌筑和有效的加固保护。在洪水位泄洪是，溢洪道发生较为严重的冲蚀现象，最终导致大坝坝肩土层越来越薄，致使坝肩安全出现隐患。由于溢洪道设计位置不合理的原因，对水库大坝的整体运行安全最为不利。
4、原来溢洪道设计的平面弯道半径过大，在施工过程中收缩过剧，导致泄流不顺畅。由于部分地质及地理情况原因，部分溢洪道设计布置需要设计成为弯道形状，而且有时候弯道半径过大，在泄洪时由于弯道流态、流势剧烈变化的原因，就容易导致溢洪道两侧岸边产生水位差。这时候凹岸水面变高，在下游衔接的平直段内产生折冲水流，形成逆流、回流和阻流，不仅仅影响溢洪道泄洪能力，也对溢洪道的侧壁安全造成隐患。此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，对溢洪道衬砌造成冲击。
5、溢洪道纵横剖面及平面布置设计比例不当，特别是在陡坡设计时候，比降过陡导致整体较易出现问题。而有些在非岩基上的溢洪道设计，底部没有设计反滤排水设备，则很容易导致溢洪道塌滑。例如巴马某水库，其溢洪道设计布置在非岩性山坡上，但是溢洪道的底部却没有设计相应的反滤衬砌，而在长期的降雨之后，土层吸水膨胀，最终导致土层渗水到下层，致使岩层之间产生滑坡，影响溢洪道的整体性安全。而在部分水库溢洪道横断面设计及施工中，由于客观条件限制，在施工过程中如果对两侧山坡开挖坡度不能落实到位，采用坡度偏陡而且衬砌厚度不足的话，溢洪道的两侧护壁就不能满足抗滑抗倾稳定要求，容易造成溢洪道两侧岩体的坍方和滑坡，导致溢洪道遭到破坏。
6、在溢洪道设计时，如果对于水力设计建模分析不够完善、还有对溢洪道的消能工的设计考虑不充分、型式选择不当等原因，则会导致溢洪道设计中设置的消力墙长度和深度不能满足实际运行需要，在运行过程中，大水力冲刷就会导致下游河段发生较为严重的泥沙冲刷现象，破坏植被及水土保持，甚至对整个工程以及区域造成较为严重的影响。
7、部分溢洪道施工时，偷工减料，任意降低水泥标号及混凝土标号，减少砌筑厚度以及边坡砌护高度，最终导致溢洪道边坡达不到结构稳定的要求，根本无法低于泄洪时高流速的冲刷。而有些溢洪道采用大面积钢筋混凝土衬砌，但是却没有设计伸缩沉陷缝，致使溢洪道衬砌表面产生细小裂缝并且逐年渗水扩大，最终使溢洪道产生整体安全隐患。
三、小型水库溢洪道除险加固方案选择及实施要点
在小型水库的病险运行状态分析中，由于溢洪道出现的险情较为特殊。一般而言可以采用上溢流堰改建方案和溢洪道下游陡坡段加固方案这两个方案进行。这两种方案各有利弊，而且应用也较为普遍。
那搞水库是一座以灌溉为主，兼有防洪功能的小（二）型水库。总库容82.8万m3，坝址以上集雨面积2.65km2。大坝为心墙土坝，最大坝高17.35m，坝顶高程712.3m。该水库溢洪道主要存在两个病害情况：一是溢流堰施工质量差，下泄水流紊乱，汇洪能力小；二是溢洪道下游陡坡段基岩风化严重，冲恻成深槽，严重危及水库正常泄洪。为解决溢洪道上述问题，采用了三个改建方案进行对比分析。
1、在溢洪道平台上游建实用堰方案
该方案需要拆除原拱形薄壁堰，在溢洪道平台上游建实用堰，实用堰下游底板进行钢筋土护砌。实用堰堰面为WES曲线，下游接反孤段，堰顶宽50m不变。根据计算，堰顶高程为705.28m，相应兴利库容492万m3，溢洪道最大下泄流量1932m3/s，工程费用36.5万元。
2、在溢洪道平台下游建实用堰方案
该方案需要拆除原拱形薄壁堰，在溢洪道平台下游建实用堰，实用堰上游底板进行钢筋混凝土护砌。堰顶宽及堰面曲线同上。根据计算，堰顶高程为705.3m，相应兴利库容494万m3，溢洪道最大下泄流量1935 m3/s，工程费用27万元。
3、溢洪道上建迷宫堰方案
该水库位于水资源紧缺的山区，迫切需要水库能增加蓄水量。迷宫堰堰顶轴线呈折线型，泄流能力大大高于传统的直线堰，在堰顶宽不变情况下，既能满足泄洪要求，还能抬高堰项高程，增加兴利库容，从而同时满足泄洪和增加水库蓄水量两个要求。经计算研究，迷宫堰方案采用倒四宫方式，兴利库容543万m3，工程费用49万元。
通过对上述三个方案进行技术经济比较，可以知道虽然建迷宫堰方案造价偏高，但是除了能够满足泄洪要求，还提高了库容，对于节约水资源有着更为重要的意义。因此本项目最终确定采用该在溢洪道上建迷宫堰的方案。
而在选用溢洪道下游陡坡段加固方案时候，也提出了两个加固方案进行比较选：
1、下游陡坡护砌方案：由于陡坡上部岩石节理发育，风化较严重，而下部岩石较完整坚硬，因而主要对陡坡上部护砌。从东西向节理面开挖后做混凝土护面，护面长度为25m。陡坡下部的冲坑和几条较大张开节理做适当开挖后用混凝土浇筑填平。在接近下游处建垂直陡坎。由于顺陡坡水流流速很大，直接威胁河对岩防汛道路，故对岩防汛道路也需要护砌。该方案工程费用为97万元。
2、挑流方案：溢洪道下游修挑流鼻坎，通过迷宫堰的水流经挑澈卤坎直接挑落到下游河床内，使溢洪道陡坡免受冲刷。落水点至挑流鼻坎水平距离控制在75～160m，垂直距离为35.7m。挑射角采用25度。经计算，河床冲刷坑深度为13.9m，挑射距离为83.7m，其工程费用为55万元。
经过分析可知，护砌方案工程量最大，工程费用高；挑流方案工程量较小，工程费用低。根据王屋山水库地位情况，允许溢洪道挑流消能，因此采用挑流方案更为适宜。
四、结束语
大部分的小型危险水库采用除险加固工程实施后，都能够保障水库正常蓄水，安全度汛，消除或者减少水库病险情况，让小型水库焕发新生，进一步发挥其经济效益和社会效益，为发展新农村发展及城镇化建设提供有力保障。
参考文献：
1 毛家旗．小型水库除险加固工程溢洪道设计研究[J]．企业科技与发展，2009（16）
2 孙永文．水利工程大坝加固施工技术实践[J]．科技传播，2011（19）
3 于士勇．溢洪道整治研究[J]．吉林水利，2011（12）
个人简介：赵剑云（1986.6-）, 女（苗族），广西桂林人，助理工程师，大专，从事水利工程设计。