论文部分内容阅读
摘要：本文主要从洪水计算方法、大坝除险加固设计问题、溢洪道除险加固设计问题及放水设施除险加固设计问题这几个方面论述小型病险水库除险加固工程设计，以供参考。
关键词：小型水库；病险；除险加固；设计
Abstract: this article mainly from the flood calculation method, the dam reinforcement design problems, spillway reinforcement design problems and problems water facilities reinforcement design problems the several aspects discusses problems dilapidated small reservoirs reinforcement engineering design problems, for reference.
Keywords: small reservoirs; Seepage path; Strengthening problems; design
中图分类号： TV697 文献标识码：A 文章编号：
水库是江河防洪工程体系的重要组成部分，它承担着重要的调蓄任务。水库出现病险，不仅降低对洪水的调控能力，削弱其自身的防洪减灾功能，也会致使水库不能安全运行，会给下游广大人民群众的生命财产安全构成严重威胁。因此，为了确保水库的安全运行，有必要对病险水库进行除险加固，在此，本文就小型病险水库除险加固工程设计做简要阐述，以供参考。
1洪水计算方法
1.1 认真复核水库流域特征参数
水库坝址控制集水面积F（km2）、河流L（km）、坡降（%）等流域特征参数，是设计洪水计算的基础，应根据适当比例的地图进行勾绘量算后再采用。
1.2 设计暴雨
1.设计点雨量
在设计时，可根据水库流域或周边控制雨量站30年以上实测的最大1h、6h、24h的暴雨资料，进行频率计算和适线分析，确定各频率设计暴雨。
当暴雨资料缺乏时，可用暴雨公式计算任一历时的设计点雨量，即暴雨公式为：
TP=Sp/Tn
式中，T——暴雨历时；h；
TP——历时为T、频率为P的最大平均降雨强度，mm/h；
Sp——T=1.0h的最大平均降雨强度，与设计频率p有关，称雨力，mm/h；
n——暴雨衰减指数，T＜1h为n0，1-24h为n2，在水文手册中查取。
雨力Sp与设计频率p有关，可由流域中心的设计24h雨量P24推求：
PTP= TP T= Sp T1-n
当T=24h时，PTP= P24P，n=n2，代入上式，得
Sp= P24P×24 n2-1
求得Sp后，即可按式（PTP= TP T= Sp T1-n）推求任一历时T的设计点雨量。
2.设计面雨量
当工程控制流域面积小于100 km2时，设计面雨量直接用点雨量代替；当工程控制流域面积大于或等于100 km2时，应根据该区域的点面雨量转换系数进行修正。
3.设计点暴雨量和面暴雨量的推求，可按频率分析的方法进行。其中，设计流域特大暴雨的重现期可根据该次暴雨的雨请、水情及邻近地区的长系列暴雨资料分析确定。当设计流域缺乏大暴雨资料，可移用邻近地区的暴雨资料加入设计流域暴雨系列进行频率分析。但对移用的可能性及重现期应进行分析，并注意地区差别，做必要的改正。
1.3 设计洪水
设计洪水是工程设计和施工的重要依据，因此应根据工程任务及设计要求、水文资料条件，选择合适的方法分析计算设计洪水，提出满足设计要求的洪水成果。在设计时，一般包括洪峰流量、洪水总量及洪水过程。即具体的计算方法如下：
1.坝址或其上、下游邻近地点具有30年以上实测和插补延长洪水流量资料，并有调查历史洪水时，可直接采用流量频率分析法计算设计洪水。
2.工程所在地区具有30年以上实测和插补延长暴雨资料，可通过计算设计暴雨间接推算设计洪水。
3.当缺乏流量或雨量资料的水库，亦可采用地区综合法推求设计洪水。
4.产流计算可采用蓄满产流的简易法。
5.汇流计算可根据设计流域面积大小，选用不同的计算方法。如集水面积大于50 km2时，可采用瞬时单位线法；当面积小于50km2时，可用推理公式计算。
2大坝除险加固设计问题
2.1 大坝防渗设计
2.1.1 坝基防渗
由于坝基防渗的处理方法应在汛期到来之前施工完毕，因为在设计过程中，除了考虑到施工质量外，施工进度计划也是设计中该考虑的一点重要因素。目前，对坝基防渗的处理方法一般采取帷幕灌浆法。
2.1.2坝体防渗
在坝体防渗处理中，不宜采取局部防渗措施，而应采取整体、连续的防渗措施，因此在设计时可根据坝体填筑质量、渗流涉及范围及渗流量的大小，以及施工条件来确定是采用劈裂灌浆还是采用高喷灌浆或混凝土防渗心墙，同时在一定条件基础下，还可以采用其他的防渗措施。如，当坝高较低（坝高15m及以下）或者放空水库进行除险加固的大坝，坝基防渗看采取垂直土工膜料防渗，即在内坡坡脚、内坡坡面或者坝顶垂直开槽（宽度为0.15-0.3m），在槽内垂直埋设土工膜料进行防渗；坝体防渗可采用在内坡铺设土工膜料进行防渗处理。
2.2 坝顶及坝高加固设计
2.2.1坝顶加固设计
当坝顶欠高欠宽时，在设计时应根据其自身的具体因素采取适宜的设计方法，即：（1）当坝顶欠高欠宽≤1.0m时，应将坝顶内外坡坡顶线往坡面下移并做路沿石，当其满足宽度要求后坝顶再填土加高；（2）当坝顶欠高欠宽＞1.0m时，可在上游侧做防浪墙，下游培土加厚，然后在坝顶上适当回填土加高，且要确保填筑料的质量，并确保坝顶的宽度尽量偏向于规范要求的最大值。
2.2.2 坝高加固设计
在设计时，混凝土的设计强度应不低于C20，粗骨料尽量采用人工碎石，且设计时混凝土的厚度宜取15-20cm左右。
当坝坡较陡时，抗滑稳定不能满足要求时，一是如果坝顶较宽时，可考虑采取削坡的措施；二是若坝宽不能满足于削坡放缓时，可采取内破坡脚抛石压坡，外坡也可砌石贴坡压坡的措施。
3 溢洪道除险加固设计问题
溢洪道应进行泄流能力、水面线、消能防冲、堰基抗滑稳定及基底应力、边墙抗滑稳定及抗倾覆计算，并列出计算参数及计算成果。在本文中，只列举其相关的计算公式。
3.1 溢洪道水力计算
1.进口段
进口段水力设计应使本段内水流平顺、稳定、水面波动及横向水面比降小，应避免回流和漩涡。
2.控制段的计算
采用（SL253-2000）《溢洪道设计规范》中宽顶堰流计算公式计算，即公式为：
Q=εmB H03/2
式中，Q——流量，m3/s；
ε——闸墩侧收缩系数，ε=1；
m——流量系数；
B——溢洪道净宽，m；
H0——计入行进流速的堰上总水头。
3.2 消能防冲
依据（SL253-2000）《溢洪道设计规范》，消力坎高度及消力池长度采用如下公式计算：
d=σh2－ht－△Z
△Z= 〔 － 〕
Lk=0.8L
h2= （ －1）
Fr1=V1/
式中：d，消力坎高度，m；Lk，消力池长度，m；σ，安全系数，取σ=1.05；h2，跃后水深，m；h1，收缩断面水深，m；ht，消力池出口下游水深，ht=1.0m；Q，流量，m3/s；b，消力坎宽度，m；Φ，消力池出口的流量系数，取Φ=0.95；L，自由水跃的长度，m；v1，收缩断面平均流速，m/s；Fr1，收缩断面弗劳德数。
3.3 边墙稳定计算
1.抗滑稳定计算，即公式为：
Kc=fΣW/ΣP
式中：Kc，抗滑稳定安全系数；f，基础面与基岩接触面摩擦系数；ΣW，作用于墙体上的全部荷载对计算滑动面的法向分值；ΣP，作用于墙体上的全部荷载对计算滑动面的切向分值。
2.抗倾覆稳定计算，即公式为：
Ko=ΣMy/ΣMo
式中：Ko，抗倾稳定安全系数；ΣMy，作用于墙体的荷载对墙前趾产生的稳定力矩；ΣMo，作用于墻体的荷载对墙前趾产生的倾覆力矩。
4放水设施除险加固设计问题
放水涵管是水库的输、排水建筑物，是水利工程中能独立发挥功用的重要建筑物之一。在病险水库的加固工程中，如果不及时对放水涵管进行除险加固处理，势必会威胁到大坝的运行安全。
首先，在设计时应对旧放水涵管进行拆除及封堵。在封堵时应进行全面封堵，同时还应对管壁及管周进行回填灌浆截渗，对封堵后的涵管管内采用C20混凝土及黏土碎石进行充填灌浆，并在封堵的末端设置反滤排水段。
其次，对于新建的放水设施，除了要满足灌溉、发电、供水及水库出险、抢险的要求外，进出口要尽量远离坝体，进出口轴线与边坡夹角应尽可能大，在条件允许的情况下，可采取穿越山体的隧洞式放水隧洞，
参考文献：
[1]罗国月.广西小型病险水库除险加固设计[J].城市建设理论研究，2011（12）.
[2]任淑娟，贾永明，刘东海，王蓓.病险水库除险加固工程放水洞优化设计[J].水利科技与经济，2009，15（6）.
[3]高华永.某水库大坝中的坝基帷幕灌浆设计及防渗加固方法[J]. 城市建设理论研究，2010（2）.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：小型水库；病险；除险加固；设计
Abstract: this article mainly from the flood calculation method, the dam reinforcement design problems, spillway reinforcement design problems and problems water facilities reinforcement design problems the several aspects discusses problems dilapidated small reservoirs reinforcement engineering design problems, for reference.
Keywords: small reservoirs; Seepage path; Strengthening problems; design
中图分类号： TV697 文献标识码：A 文章编号：
水库是江河防洪工程体系的重要组成部分，它承担着重要的调蓄任务。水库出现病险，不仅降低对洪水的调控能力，削弱其自身的防洪减灾功能，也会致使水库不能安全运行，会给下游广大人民群众的生命财产安全构成严重威胁。因此，为了确保水库的安全运行，有必要对病险水库进行除险加固，在此，本文就小型病险水库除险加固工程设计做简要阐述，以供参考。
1洪水计算方法
1.1 认真复核水库流域特征参数
水库坝址控制集水面积F（km2）、河流L（km）、坡降（%）等流域特征参数，是设计洪水计算的基础，应根据适当比例的地图进行勾绘量算后再采用。
1.2 设计暴雨
1.设计点雨量
在设计时，可根据水库流域或周边控制雨量站30年以上实测的最大1h、6h、24h的暴雨资料，进行频率计算和适线分析，确定各频率设计暴雨。
当暴雨资料缺乏时，可用暴雨公式计算任一历时的设计点雨量，即暴雨公式为：
TP=Sp/Tn
式中，T——暴雨历时；h；
TP——历时为T、频率为P的最大平均降雨强度，mm/h；
Sp——T=1.0h的最大平均降雨强度，与设计频率p有关，称雨力，mm/h；
n——暴雨衰减指数，T＜1h为n0，1-24h为n2，在水文手册中查取。
雨力Sp与设计频率p有关，可由流域中心的设计24h雨量P24推求：
PTP= TP T= Sp T1-n
当T=24h时，PTP= P24P，n=n2，代入上式，得
Sp= P24P×24 n2-1
求得Sp后，即可按式（PTP= TP T= Sp T1-n）推求任一历时T的设计点雨量。
2.设计面雨量
当工程控制流域面积小于100 km2时，设计面雨量直接用点雨量代替；当工程控制流域面积大于或等于100 km2时，应根据该区域的点面雨量转换系数进行修正。
3.设计点暴雨量和面暴雨量的推求，可按频率分析的方法进行。其中，设计流域特大暴雨的重现期可根据该次暴雨的雨请、水情及邻近地区的长系列暴雨资料分析确定。当设计流域缺乏大暴雨资料，可移用邻近地区的暴雨资料加入设计流域暴雨系列进行频率分析。但对移用的可能性及重现期应进行分析，并注意地区差别，做必要的改正。
1.3 设计洪水
设计洪水是工程设计和施工的重要依据，因此应根据工程任务及设计要求、水文资料条件，选择合适的方法分析计算设计洪水，提出满足设计要求的洪水成果。在设计时，一般包括洪峰流量、洪水总量及洪水过程。即具体的计算方法如下：
1.坝址或其上、下游邻近地点具有30年以上实测和插补延长洪水流量资料，并有调查历史洪水时，可直接采用流量频率分析法计算设计洪水。
2.工程所在地区具有30年以上实测和插补延长暴雨资料，可通过计算设计暴雨间接推算设计洪水。
3.当缺乏流量或雨量资料的水库，亦可采用地区综合法推求设计洪水。
4.产流计算可采用蓄满产流的简易法。
5.汇流计算可根据设计流域面积大小，选用不同的计算方法。如集水面积大于50 km2时，可采用瞬时单位线法；当面积小于50km2时，可用推理公式计算。
2大坝除险加固设计问题
2.1 大坝防渗设计
2.1.1 坝基防渗
由于坝基防渗的处理方法应在汛期到来之前施工完毕，因为在设计过程中，除了考虑到施工质量外，施工进度计划也是设计中该考虑的一点重要因素。目前，对坝基防渗的处理方法一般采取帷幕灌浆法。
2.1.2坝体防渗
在坝体防渗处理中，不宜采取局部防渗措施，而应采取整体、连续的防渗措施，因此在设计时可根据坝体填筑质量、渗流涉及范围及渗流量的大小，以及施工条件来确定是采用劈裂灌浆还是采用高喷灌浆或混凝土防渗心墙，同时在一定条件基础下，还可以采用其他的防渗措施。如，当坝高较低（坝高15m及以下）或者放空水库进行除险加固的大坝，坝基防渗看采取垂直土工膜料防渗，即在内坡坡脚、内坡坡面或者坝顶垂直开槽（宽度为0.15-0.3m），在槽内垂直埋设土工膜料进行防渗；坝体防渗可采用在内坡铺设土工膜料进行防渗处理。
2.2 坝顶及坝高加固设计
2.2.1坝顶加固设计
当坝顶欠高欠宽时，在设计时应根据其自身的具体因素采取适宜的设计方法，即：（1）当坝顶欠高欠宽≤1.0m时，应将坝顶内外坡坡顶线往坡面下移并做路沿石，当其满足宽度要求后坝顶再填土加高；（2）当坝顶欠高欠宽＞1.0m时，可在上游侧做防浪墙，下游培土加厚，然后在坝顶上适当回填土加高，且要确保填筑料的质量，并确保坝顶的宽度尽量偏向于规范要求的最大值。
2.2.2 坝高加固设计
在设计时，混凝土的设计强度应不低于C20，粗骨料尽量采用人工碎石，且设计时混凝土的厚度宜取15-20cm左右。
当坝坡较陡时，抗滑稳定不能满足要求时，一是如果坝顶较宽时，可考虑采取削坡的措施；二是若坝宽不能满足于削坡放缓时，可采取内破坡脚抛石压坡，外坡也可砌石贴坡压坡的措施。
3 溢洪道除险加固设计问题
溢洪道应进行泄流能力、水面线、消能防冲、堰基抗滑稳定及基底应力、边墙抗滑稳定及抗倾覆计算，并列出计算参数及计算成果。在本文中，只列举其相关的计算公式。
3.1 溢洪道水力计算
1.进口段
进口段水力设计应使本段内水流平顺、稳定、水面波动及横向水面比降小，应避免回流和漩涡。
2.控制段的计算
采用（SL253-2000）《溢洪道设计规范》中宽顶堰流计算公式计算，即公式为：
Q=εmB H03/2
式中，Q——流量，m3/s；
ε——闸墩侧收缩系数，ε=1；
m——流量系数；
B——溢洪道净宽，m；
H0——计入行进流速的堰上总水头。
3.2 消能防冲
依据（SL253-2000）《溢洪道设计规范》，消力坎高度及消力池长度采用如下公式计算：
d=σh2－ht－△Z
△Z= 〔 － 〕
Lk=0.8L
h2= （ －1）
Fr1=V1/
式中：d，消力坎高度，m；Lk，消力池长度，m；σ，安全系数，取σ=1.05；h2，跃后水深，m；h1，收缩断面水深，m；ht，消力池出口下游水深，ht=1.0m；Q，流量，m3/s；b，消力坎宽度，m；Φ，消力池出口的流量系数，取Φ=0.95；L，自由水跃的长度，m；v1，收缩断面平均流速，m/s；Fr1，收缩断面弗劳德数。
3.3 边墙稳定计算
1.抗滑稳定计算，即公式为：
Kc=fΣW/ΣP
式中：Kc，抗滑稳定安全系数；f，基础面与基岩接触面摩擦系数；ΣW，作用于墙体上的全部荷载对计算滑动面的法向分值；ΣP，作用于墙体上的全部荷载对计算滑动面的切向分值。
2.抗倾覆稳定计算，即公式为：
Ko=ΣMy/ΣMo
式中：Ko，抗倾稳定安全系数；ΣMy，作用于墙体的荷载对墙前趾产生的稳定力矩；ΣMo，作用于墻体的荷载对墙前趾产生的倾覆力矩。
4放水设施除险加固设计问题
放水涵管是水库的输、排水建筑物，是水利工程中能独立发挥功用的重要建筑物之一。在病险水库的加固工程中，如果不及时对放水涵管进行除险加固处理，势必会威胁到大坝的运行安全。
首先，在设计时应对旧放水涵管进行拆除及封堵。在封堵时应进行全面封堵，同时还应对管壁及管周进行回填灌浆截渗，对封堵后的涵管管内采用C20混凝土及黏土碎石进行充填灌浆，并在封堵的末端设置反滤排水段。
其次，对于新建的放水设施，除了要满足灌溉、发电、供水及水库出险、抢险的要求外，进出口要尽量远离坝体，进出口轴线与边坡夹角应尽可能大，在条件允许的情况下，可采取穿越山体的隧洞式放水隧洞，
参考文献：
[1]罗国月.广西小型病险水库除险加固设计[J].城市建设理论研究，2011（12）.
[2]任淑娟，贾永明，刘东海，王蓓.病险水库除险加固工程放水洞优化设计[J].水利科技与经济，2009，15（6）.
[3]高华永.某水库大坝中的坝基帷幕灌浆设计及防渗加固方法[J]. 城市建设理论研究，2010（2）.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。