【摘 要】隨著水庫運行時間的增長，水庫暴露出來的安全隱患也逐漸增多，為了確保水庫的安全穩(wěn)定運行，及時進行除險加固設計就顯得尤為重要。本文結合水庫工程實例，在闡述了水庫目前存在的安全隱患和除險加固的必要性的基礎上，對水庫進行了加固設計。
【關鍵詞】病險水庫；除險加固；必要性；設計
水庫在防御洪水災害和保障國民經濟建設上發(fā)揮了不可替代的作用。但由于使用年限的增加及本身施工質量不理想等原因，有些水庫工程存在較嚴重的安全隱患，成為了帶病運行的水庫。因此，對現(xiàn)有水庫開展除險加固工作，進行除險加固設計，在保證下游人民生命財產的安全和充分發(fā)揮水庫的效益，不僅非常必要，而且十分迫切。
1.水庫工程實例
某水庫于上世紀八十年代興建，是一座以防洪、農業(yè)灌溉、城市供水為主的�。↖）型水庫。壩頂高程1194.10m，上游壩坡1：3，下游壩坡1：2.5。
水庫保護著下游人民財產不受洪水侵害，受益人口7500人，保護耕地面積466.7hm2。由于防洪標準提高，未設溢洪道，自身泄洪能力不足，對下游安全存在著潛在的巨大威脅，已成為嚴重病險水庫。因此，實施以增設泄洪設施達到國家防洪標準除險加固工程是非常必要和十分迫切的。
2.擋水建筑物設計
2.1擋水建筑物現(xiàn)狀及采取措施
現(xiàn)狀壩體主要填筑土層巖性為含細粒土砂，呈稍密-中密狀態(tài)，中上部稍濕，下部很濕-飽和，微有塑性，滲透系數(shù)5.4×10-4cm/s。因此，主壩壩體存在滲漏問題，且壩體土質表面松散，含草根等雜物，壩坡穩(wěn)定坡角不夠。因此，壩體存在滲漏和穩(wěn)定影響問題。
2.2壩頂高程確定及其構造
1）壩頂寬度及構造。本工程攔河土壩高度為5.6m，屬低壩范疇。在確定壩頂寬度時，主要考慮如下情況：
壩頂無干線公路及鐵路通過；地震設計烈度為VI度，無抗震要求；壩頂最小寬度，能滿足施工機具通行；頂寬利于管理運用；綜合考慮，選壩頂寬度為5m。
2）土壩壩坡。土壩的壩坡根據(jù)壩型、壩高、壩的等級、筑壩土料的性質，壩基地質條件及施工運用條件等因素，可參照已建工程的實踐經驗或用近似方法初步擬定，最終經穩(wěn)定計算確定。
2.3護坡及壩面排水
1）上游護坡。上游護坡采用C20混凝土護坡，從壩頂起到下部死水位以下1.5m。根據(jù)計算，結合《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定，土壩上游護坡厚度采用0.2m，其下鋪設20cm厚中粗砂過渡層�？v、橫縫間距10m，填縫材料為瀝青混凝土。
2）下游護坡。下游護坡為草皮護坡。
3）壩體排水。考慮便于施工、利于維修，本工程選擇貼坡式排水體。
4）壩面排水。在壩體下游坡設橫向排水溝，每50m設一條。排水溝采用混凝土預制，為矩形斷面，斷面尺寸為0.3m×0.3m，側墻底板厚0.15m。
3.泄水建筑物設計
3.1工程布置
根據(jù)本工程的地形地質條件，結合工程實際應用情況，不適合布置溢洪道及泄洪隧洞來泄洪。
該水庫現(xiàn)狀泄洪設施為泄洪閘與泄洪洞上下結構布置，上層為泄洪閘，下層為泄洪洞。該水庫泄洪閘不能滿足泄洪要求，經方案比較和調洪計算，確定泄洪閘凈寬為6m，設計洪水位1194.00m時，泄量41m3/s，校核洪水位1195.30m時，泄量113.5m3/s。
泄洪閘底板高程為1190.00m。泄洪閘沿線地層呈巖土二元結構，上部為（Q4al-pl）級配不良砂下部為（k1zh2）細砂巖，不存在地基液化問題，但存在滲透變形影響。
閘室底板垂直水流方向，為兩孔一聯(lián)整體式鋼筋混凝土結構。順水流方向，由于擋水高度低，閘室整體穩(wěn)定與地基條件，不控制其長度，根據(jù)結構布置要求確定。
閘墩采用實體式，中墩外形輪廓設計需滿足過閘水流平順、側向收縮小及過流能力的要求，上下游墩頭均采用半圓形。每孔設一道平板工作閘門，一道檢修閘門，兩閘門間距2.2m。
閘室上游段設混凝土水平鋪蓋，翼墻采用八字型式。下游段采用底流式消能，消力池采用下挖式，用斜面與閘室底板連接，斜坡面的坡比為1∶4。在消力池后設海漫和防沖槽。
3.2消能工設計
1）消力池尺寸確定。按照《水閘設計規(guī)范》（SL265-2001）所示，經計算，在渲泄設計洪水時，所需消力池深度為1.25m，為安全考慮并利于水流銜接，取設計池深為1.5m。經計算，需消力池長度為14.38m，取為15.0m。斜坡段水平投影長度為6m。斜坡與閘底板連接處用1.0m長水平段進行平順連接。
2）海漫尺寸確定。經計算，海漫長度為20m。
海漫末端河床沖刷深度計算公式按照《水閘設計規(guī)范》（SL265-2001）附錄B所示，經計算，海漫末端沖刷深度為7.8m。防沖槽尺寸按工程慣例，采用寬淺式梯形斷面結構，槽頂與槽底高差取為2.0m。
3.3上游鋪蓋設計
鋪蓋采用材料為混凝土，鋪蓋長度按滲流分析結果，取其為14.0m。為保證鋪蓋防滲效果，以及便于施工，鋪蓋厚度取為0.7m，并做成等厚度型式。上游齒墻深入鋪蓋下地基深度為1.5m。為保證鋪蓋與閘室可靠連接及布置止水，下游齒墻深入鋪蓋下地基深度為1.5m。根據(jù)工程經驗及規(guī)范要求，并結合本工程地基土質情況，鋪蓋順水流方向不設永久縫。鋪蓋與兩岸翼墻及閘室結合部，設永久縫，縫寬2cm，內設橡膠止水。
3.4閘室結構設計
1）閘頂高程確定。閘頂高程和壩頂同高。其值為1196.00m。
2）底板尺寸確定。就本工程而言，此長度的擬定需綜合考慮了閘墩、閘門、工作橋、交通橋的結構布置需要及水閘運行管理方便等因素，并且保證為寬頂堰流，參照同類型工程設計經驗，擬定底板順水流方向長度為8.5m。 底板厚度為等厚，根據(jù)閘孔孔徑、地基土質，參照以往工程設計，底板材料選為C25鋼筋混凝土，厚度為1.0m。
底板上、下游側均設齒墻，齒墻尺寸按常規(guī)選取。根據(jù)地基土質及地下水情況，確定齒墻深度為2.0m。
3）中墩、邊墩尺寸確定。中墩墩長同底板順水流方向長度相同，為8.5m，墩厚根據(jù)結構及施工方法確定，攔河閘采用平板鋼閘門，要求門槽槽深不小于0.25m，從施工角度要求，門槽頸部最小厚度不小于0.3m，綜合考慮上述要求，中墩厚度取為1.5m。中墩上下游均采用半圓形墩頭結構，直徑為0.75m。邊墩的結構型式與尺寸與中墩相同。
3.5上下游翼墻設計
上游采用八字型翼墻，為C15混凝土結構。上游翼墻順水流方向投影長度為14.0m。上游翼墻首端與閘室相接處，因高度在6m以下，故采用重力式結構，頂寬0.4m，外坡坡度為10∶1。
3.6消力池設計
消力池型式采用“下挖式”，平面布置采用等寬型式。消力池首端與閘室相接處，設1.0m寬平臺，其后接1∶4斜坡段，斜坡后接消力池水平段，長3.2m。在消力池末端，為便于水流銜接，設消力坎。整個消力池底部鋪設0.15m厚C10素混凝土墊層。
3.7海漫設計
海漫采用等寬混凝土結構，由水平段和緩坡段組成。水平段長5.0m，為混凝土結構，厚度為0.2m，漿砌塊石與地基土之間鋪設0.2m厚的砂層和0.2m的碎石墊層。緩坡段坡率為1∶10，水平投影長度為15m，為干砌石結構，厚0.4m，混凝土下部鋪設0.2m厚碎石墊層和0.2厚砂石墊層。
3.8防沖槽設計
防沖槽采用拋石等寬結構，槽頂與海漫緩坡段末端齊平。根據(jù)沖坑深度計算，槽深為2.0m，槽底寬度取為槽深的2倍，上下游側邊坡坡率均為1∶3。
4.輸水洞工程設計
4.1輸水洞工程現(xiàn)狀
現(xiàn)狀大壩左、右壩肩各設輸水洞一座，其結構形式為磚砌體方涵，左側輸水洞尺寸為0.8m×1.0m，右側輸水洞尺寸為0.8m×1.0m�，F(xiàn)閘門及啟閉設備均已報廢，而且結構嚴重損壞，已無法正常使用。本次除險加固在原輸水洞處重建輸水洞，其結構形式為鋼筋混凝土結構。
4.2右側輸水洞結構設計
新建輸水洞仍位于原右側輸水洞處，洞底高程根據(jù)地勘及下游灌溉渠道比降確定為1192.40m，涵洞由進口段、閘涵段及出口段組成。
1）進口段。涵洞進口段采用斜降U型槽結構，前緣底寬2.5m，末端底寬1.5m，底板厚0.4m，長5m，進水孔底寬1.0m，孔高為曲線漸變式，孔頂部設鋼筋混凝土擋墻。
2）涵閘段。由閘室和涵洞兩部分組成，閘孔凈寬1.0m，凈高1.0m，閘底高程1192.40m，壓力涵洞長3.68m，無壓涵洞長13.5m。閘室為豎井式，設有工作和檢修閘門各一道，閘室段長5m。
3）出口段。出口段由擴散型消力池、混凝土海漫及出水渠三部分組成。涵洞出口與消力池采用1∶4的斜坡連接，消力池長8m，鋼筋混凝土結構，池底做d100-PVC排水管，兩側邊墻為梯形斷面，邊坡1∶1.0，漿砌石結構。
4.3左側輸水洞結構設計
新建輸水洞仍位于原左側輸水洞處，洞底高程根據(jù)地勘及下游灌溉渠道比降確定為1192.50m，涵洞由進口段、閘涵段及出口段組成。
1）進口段。涵洞進口段采用斜降U型槽結構，前緣底寬2.5m，末端底寬1.5m，底板厚0.5m，長5m，進水孔底寬1.0m，孔高為曲線漸變式。
2）涵閘段。由閘室和涵洞兩部分組成，閘孔凈寬1.0m，凈高1.0m，閘底高程1192.50m，壓力涵洞長2.7m，無壓涵洞長16.49m。
3）出口段。出口段由擴散型消力池、混凝土海漫及出水渠3部分組成。涵洞出口與消力池采用1∶4的斜坡連接，消力池長8m，鋼筋混凝土結構，池底做d100-PVC排水管，兩側邊墻為梯形斷面，邊坡1∶1.0，漿砌石結構。
5.結語
總之，為了確保水庫工程應有的效益，對病險水庫進行除險加固設計是必要的。在本病險水庫除險加固中，通過精心設計，確定了合理除險加固措施，確保了除險加固工程的順利開展，其設計經驗可以作為類似工程的參考。
參考文獻：
[1] 肖鵬.淺析小型水庫的除險加固設計[J]科技創(chuàng)新與應用.2012年28期.
[2] 黃志良.病險水庫的除險加固設計[J]現(xiàn)代農業(yè)科技，2012年第05期.
【關鍵詞】病險水庫；除險加固；必要性；設計
水庫在防御洪水災害和保障國民經濟建設上發(fā)揮了不可替代的作用。但由于使用年限的增加及本身施工質量不理想等原因，有些水庫工程存在較嚴重的安全隱患，成為了帶病運行的水庫。因此，對現(xiàn)有水庫開展除險加固工作，進行除險加固設計，在保證下游人民生命財產的安全和充分發(fā)揮水庫的效益，不僅非常必要，而且十分迫切。
1.水庫工程實例
某水庫于上世紀八十年代興建，是一座以防洪、農業(yè)灌溉、城市供水為主的�。↖）型水庫。壩頂高程1194.10m，上游壩坡1：3，下游壩坡1：2.5。
水庫保護著下游人民財產不受洪水侵害，受益人口7500人，保護耕地面積466.7hm2。由于防洪標準提高，未設溢洪道，自身泄洪能力不足，對下游安全存在著潛在的巨大威脅，已成為嚴重病險水庫。因此，實施以增設泄洪設施達到國家防洪標準除險加固工程是非常必要和十分迫切的。
2.擋水建筑物設計
2.1擋水建筑物現(xiàn)狀及采取措施
現(xiàn)狀壩體主要填筑土層巖性為含細粒土砂，呈稍密-中密狀態(tài)，中上部稍濕，下部很濕-飽和，微有塑性，滲透系數(shù)5.4×10-4cm/s。因此，主壩壩體存在滲漏問題，且壩體土質表面松散，含草根等雜物，壩坡穩(wěn)定坡角不夠。因此，壩體存在滲漏和穩(wěn)定影響問題。
2.2壩頂高程確定及其構造
1）壩頂寬度及構造。本工程攔河土壩高度為5.6m，屬低壩范疇。在確定壩頂寬度時，主要考慮如下情況：
壩頂無干線公路及鐵路通過；地震設計烈度為VI度，無抗震要求；壩頂最小寬度，能滿足施工機具通行；頂寬利于管理運用；綜合考慮，選壩頂寬度為5m。
2）土壩壩坡。土壩的壩坡根據(jù)壩型、壩高、壩的等級、筑壩土料的性質，壩基地質條件及施工運用條件等因素，可參照已建工程的實踐經驗或用近似方法初步擬定，最終經穩(wěn)定計算確定。
2.3護坡及壩面排水
1）上游護坡。上游護坡采用C20混凝土護坡，從壩頂起到下部死水位以下1.5m。根據(jù)計算，結合《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定，土壩上游護坡厚度采用0.2m，其下鋪設20cm厚中粗砂過渡層�？v、橫縫間距10m，填縫材料為瀝青混凝土。
2）下游護坡。下游護坡為草皮護坡。
3）壩體排水。考慮便于施工、利于維修，本工程選擇貼坡式排水體。
4）壩面排水。在壩體下游坡設橫向排水溝，每50m設一條。排水溝采用混凝土預制，為矩形斷面，斷面尺寸為0.3m×0.3m，側墻底板厚0.15m。
3.泄水建筑物設計
3.1工程布置
根據(jù)本工程的地形地質條件，結合工程實際應用情況，不適合布置溢洪道及泄洪隧洞來泄洪。
該水庫現(xiàn)狀泄洪設施為泄洪閘與泄洪洞上下結構布置，上層為泄洪閘，下層為泄洪洞。該水庫泄洪閘不能滿足泄洪要求，經方案比較和調洪計算，確定泄洪閘凈寬為6m，設計洪水位1194.00m時，泄量41m3/s，校核洪水位1195.30m時，泄量113.5m3/s。
泄洪閘底板高程為1190.00m。泄洪閘沿線地層呈巖土二元結構，上部為（Q4al-pl）級配不良砂下部為（k1zh2）細砂巖，不存在地基液化問題，但存在滲透變形影響。
閘室底板垂直水流方向，為兩孔一聯(lián)整體式鋼筋混凝土結構。順水流方向，由于擋水高度低，閘室整體穩(wěn)定與地基條件，不控制其長度，根據(jù)結構布置要求確定。
閘墩采用實體式，中墩外形輪廓設計需滿足過閘水流平順、側向收縮小及過流能力的要求，上下游墩頭均采用半圓形。每孔設一道平板工作閘門，一道檢修閘門，兩閘門間距2.2m。
閘室上游段設混凝土水平鋪蓋，翼墻采用八字型式。下游段采用底流式消能，消力池采用下挖式，用斜面與閘室底板連接，斜坡面的坡比為1∶4。在消力池后設海漫和防沖槽。
3.2消能工設計
1）消力池尺寸確定。按照《水閘設計規(guī)范》（SL265-2001）所示，經計算，在渲泄設計洪水時，所需消力池深度為1.25m，為安全考慮并利于水流銜接，取設計池深為1.5m。經計算，需消力池長度為14.38m，取為15.0m。斜坡段水平投影長度為6m。斜坡與閘底板連接處用1.0m長水平段進行平順連接。
2）海漫尺寸確定。經計算，海漫長度為20m。
海漫末端河床沖刷深度計算公式按照《水閘設計規(guī)范》（SL265-2001）附錄B所示，經計算，海漫末端沖刷深度為7.8m。防沖槽尺寸按工程慣例，采用寬淺式梯形斷面結構，槽頂與槽底高差取為2.0m。
3.3上游鋪蓋設計
鋪蓋采用材料為混凝土，鋪蓋長度按滲流分析結果，取其為14.0m。為保證鋪蓋防滲效果，以及便于施工，鋪蓋厚度取為0.7m，并做成等厚度型式。上游齒墻深入鋪蓋下地基深度為1.5m。為保證鋪蓋與閘室可靠連接及布置止水，下游齒墻深入鋪蓋下地基深度為1.5m。根據(jù)工程經驗及規(guī)范要求，并結合本工程地基土質情況，鋪蓋順水流方向不設永久縫。鋪蓋與兩岸翼墻及閘室結合部，設永久縫，縫寬2cm，內設橡膠止水。
3.4閘室結構設計
1）閘頂高程確定。閘頂高程和壩頂同高。其值為1196.00m。
2）底板尺寸確定。就本工程而言，此長度的擬定需綜合考慮了閘墩、閘門、工作橋、交通橋的結構布置需要及水閘運行管理方便等因素，并且保證為寬頂堰流，參照同類型工程設計經驗，擬定底板順水流方向長度為8.5m。 底板厚度為等厚，根據(jù)閘孔孔徑、地基土質，參照以往工程設計，底板材料選為C25鋼筋混凝土，厚度為1.0m。
底板上、下游側均設齒墻，齒墻尺寸按常規(guī)選取。根據(jù)地基土質及地下水情況，確定齒墻深度為2.0m。
3）中墩、邊墩尺寸確定。中墩墩長同底板順水流方向長度相同，為8.5m，墩厚根據(jù)結構及施工方法確定，攔河閘采用平板鋼閘門，要求門槽槽深不小于0.25m，從施工角度要求，門槽頸部最小厚度不小于0.3m，綜合考慮上述要求，中墩厚度取為1.5m。中墩上下游均采用半圓形墩頭結構，直徑為0.75m。邊墩的結構型式與尺寸與中墩相同。
3.5上下游翼墻設計
上游采用八字型翼墻，為C15混凝土結構。上游翼墻順水流方向投影長度為14.0m。上游翼墻首端與閘室相接處，因高度在6m以下，故采用重力式結構，頂寬0.4m，外坡坡度為10∶1。
3.6消力池設計
消力池型式采用“下挖式”，平面布置采用等寬型式。消力池首端與閘室相接處，設1.0m寬平臺，其后接1∶4斜坡段，斜坡后接消力池水平段，長3.2m。在消力池末端，為便于水流銜接，設消力坎。整個消力池底部鋪設0.15m厚C10素混凝土墊層。
3.7海漫設計
海漫采用等寬混凝土結構，由水平段和緩坡段組成。水平段長5.0m，為混凝土結構，厚度為0.2m，漿砌塊石與地基土之間鋪設0.2m厚的砂層和0.2m的碎石墊層。緩坡段坡率為1∶10，水平投影長度為15m，為干砌石結構，厚0.4m，混凝土下部鋪設0.2m厚碎石墊層和0.2厚砂石墊層。
3.8防沖槽設計
防沖槽采用拋石等寬結構，槽頂與海漫緩坡段末端齊平。根據(jù)沖坑深度計算，槽深為2.0m，槽底寬度取為槽深的2倍，上下游側邊坡坡率均為1∶3。
4.輸水洞工程設計
4.1輸水洞工程現(xiàn)狀
現(xiàn)狀大壩左、右壩肩各設輸水洞一座，其結構形式為磚砌體方涵，左側輸水洞尺寸為0.8m×1.0m，右側輸水洞尺寸為0.8m×1.0m�，F(xiàn)閘門及啟閉設備均已報廢，而且結構嚴重損壞，已無法正常使用。本次除險加固在原輸水洞處重建輸水洞，其結構形式為鋼筋混凝土結構。
4.2右側輸水洞結構設計
新建輸水洞仍位于原右側輸水洞處，洞底高程根據(jù)地勘及下游灌溉渠道比降確定為1192.40m，涵洞由進口段、閘涵段及出口段組成。
1）進口段。涵洞進口段采用斜降U型槽結構，前緣底寬2.5m，末端底寬1.5m，底板厚0.4m，長5m，進水孔底寬1.0m，孔高為曲線漸變式，孔頂部設鋼筋混凝土擋墻。
2）涵閘段。由閘室和涵洞兩部分組成，閘孔凈寬1.0m，凈高1.0m，閘底高程1192.40m，壓力涵洞長3.68m，無壓涵洞長13.5m。閘室為豎井式，設有工作和檢修閘門各一道，閘室段長5m。
3）出口段。出口段由擴散型消力池、混凝土海漫及出水渠三部分組成。涵洞出口與消力池采用1∶4的斜坡連接，消力池長8m，鋼筋混凝土結構，池底做d100-PVC排水管，兩側邊墻為梯形斷面，邊坡1∶1.0，漿砌石結構。
4.3左側輸水洞結構設計
新建輸水洞仍位于原左側輸水洞處，洞底高程根據(jù)地勘及下游灌溉渠道比降確定為1192.50m，涵洞由進口段、閘涵段及出口段組成。
1）進口段。涵洞進口段采用斜降U型槽結構，前緣底寬2.5m，末端底寬1.5m，底板厚0.5m，長5m，進水孔底寬1.0m，孔高為曲線漸變式。
2）涵閘段。由閘室和涵洞兩部分組成，閘孔凈寬1.0m，凈高1.0m，閘底高程1192.50m，壓力涵洞長2.7m，無壓涵洞長16.49m。
3）出口段。出口段由擴散型消力池、混凝土海漫及出水渠3部分組成。涵洞出口與消力池采用1∶4的斜坡連接，消力池長8m，鋼筋混凝土結構，池底做d100-PVC排水管，兩側邊墻為梯形斷面，邊坡1∶1.0，漿砌石結構。
5.結語
總之，為了確保水庫工程應有的效益，對病險水庫進行除險加固設計是必要的。在本病險水庫除險加固中，通過精心設計，確定了合理除險加固措施，確保了除險加固工程的順利開展，其設計經驗可以作為類似工程的參考。
參考文獻：
[1] 肖鵬.淺析小型水庫的除險加固設計[J]科技創(chuàng)新與應用.2012年28期.
[2] 黃志良.病險水庫的除險加固設計[J]現(xiàn)代農業(yè)科技，2012年第05期.
