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摘要：在小型山塘的除险加固工程中，传统的加固方法是将溢洪道和涵管分开独立加固或者新建，这样的弊端是工期长投资大不利于项目推进，本文通过3宗工程实例，介绍了采用竖井式溢洪道将溢洪道和涵管二者合并为一体进行加固的方案，多方面分析了该方案的可行性，为小型山塘除险加固工程提供参考依据。
关键词：小型山塘；除险加固；竖井式溢洪道；分析；可行性；提供参考
1 问题的提出
在蓄水工程中，总库容小于10万m3的统称为山塘，大于10万m3的统称为水库，山塘除险加固的内容同水库一样主要划分为三大件：大坝、涵管和溢洪道。但有些库容小于5万m3的小型山塘中，存在的一些共同特征是大坝为均质土坝，上下游无护坡，涵管为砌石盖板涵或者小直径预制管，溢洪道为临时溢洪道，下游无天然泄流河道，而且这些山塘存在的共同特性是上游集雨面积小、洪峰流量小、溢洪流量也小，因此对该类山塘进行除险加固是否有必要将涵管和溢洪道分别进行加固，能否将涵管和溢洪道二者结合为一体进行加固，既能节省工程投资，又不影响各自的使用功能，针对上述问题，本文将结合工程实例对竖井式溢洪道在小型山塘除险加固中的应用进行多方面的分析。
2 工程实例及概况
本文所选实例为3宗小型山塘加固工程，为便于描述简称为：三队山塘、五队山塘和大德坡山塘，这3座山塘均位于海南省海口市琼山区甲子镇境内，工程目前均已完工而且运行良好。
这3座山塘加固的概况基本相同；大坝为均至土坝，上下游无护坡，加固后上游为混凝土护坡结合土工膜防渗，下游护坡种植草皮，主河床段设贴坡排水体，坝顶铺设泥结石路面；灌溉涵管均挖除重建，现浇直径为Φ800的圆涵，进口采用塔式取水口设铸铁闸门配螺杆启闭机及启闭机房；原来的临时溢洪道均回填，恢复坝坡及坝顶，新溢洪道则在涵管进口闸门的后侧新增直立式溢流井连接涵管，管身作为泄洪洞，出口设置消力池及侧槽衔接下游沟渠。3宗山塘加固工程的特性表见表2-1，竖井式溢洪道加固的典型设计见图2-1，除了井高和管长不一样，其他结构和尺寸基本保持一致，因此本文不再加附三队山塘和大德坡山塘的总平面图及涵管纵断面图。
图2-1 五队山塘总平面图及涵管纵断面图
表2-1 工程特性表
这3宗实例工程中溢洪道和涵管的加固所采用的开敞自溢式竖井溢洪道将二者合并为一体进行加固的方案（图2-1），根据纵断面图划分主要由4部分组成：1、进口段、2、溢流井、3、管身段、4、出口消力池。其中进口段主要由启闭设备、启闭机室和工作桥组成；溢流井主要由井底消力池及井身组成，井身内径1m，外径1.5m，壁厚0.25m，井顶进水口内径为1.2m，采用椭圆弧衔接井身；管身段兼备了溢洪道的泄洪洞和涵管的输水灌溉功能，为内径0.8m的现浇圆涵，壁厚0.2m，底设混凝土基座，与进口衔接面设有铜片止水；出口消力池为混凝土结构，池长根据消能计算确定，池深均为0.4m，根据需要布置侧堰衔接下游沟渠。
3 应用竖井式溢洪道进行合并加固的可行性分析
3.1 功能性
将涵管和溢洪道二者合并为一体的加固方案通过在进口段设置启闭设备，启闭机室和工作桥结合管身段既能满足山塘向下游输水灌溉，同时又可调控输水流量，具备了涵管的调控及输水灌溉功能。通过在闸门后侧设置竖井式环形溢流堰结合管身段作为溢洪洞，并在出口处设消力池和侧槽衔接下游沟渠，从而具备了行洪泄洪的基本功能。
该加固方案不仅将二者合并为一体，同时也将二者的功能结合成了一体，既能向下游输水灌溉也能宣泄上游洪峰，在功能性上满足山塘的使用。
3.2输水灌溉及泄洪
一般的小型山塘设计控灌面积大概几十到一百亩，直径0.5m的输水涵管基本就可以满足输水灌溉，涵管的过流量可根据管前水深、管后水深和管洞的关系，分别按无压流、半压力流、非淹没压力流及淹没压力流进行计算，本文不再分析详述。
海南省很多山塘列入了大型灌区阶梯式输水灌溉中的一个蓄水点，所以涵管加固时要求内径不能小于0.6m，考虑到涵管兼备溢洪功能上述3宗山塘的涵管直径均取0.8m，下面对其泄洪进行复核。
根据《水工设计手册》第七卷“泄水与过坝建筑物”的叙述分析，竖井式溢洪道水利工况主要有：①堰流控制工况、②孔流控制工况流和③管流控制工况。相应的各工况下流态及水利计算也各不相同，《水工设计手册》中均有详述，本文不再进行分析。
上述3宗山塘的溢流井均为圆形，内径为1m，外径1.5m，壁厚0.25m，进水口内径为1.2m，所以当堰上水头H <0.1m 属宽顶堰，0.1m <H<0.373m属实用堰，H>0.373m属薄壁堰，根据《水工设计手册》竖井式溢洪道属堰流控制工况的条件是： H/RO《0.45，RO为进水口内径0.6m，所以当堰上水头H 《0.27m时上述3宗山塘的竖井式溢洪道属于宽顶堰和实用堰控制的堰流工况，根据《水工设计手册》分析，堰流流量可按下式进行计算，成果见表2-3：
由表3-2不难看出，这3宗山塘除险加固中采用将溢洪道和涵管二者合并为一体的竖井式溢洪道加固方案更经济更节省投资，节省的资金约占分开加固资金的10%~20%，考虑到建安费与独立费用的关联性，该方案对工程总投资的控制更为显著。
3.4施工及工程管理
这3宗山塘采用的竖井式溢洪道结构都较为简易，也不存在新工艺和新材料的施工，大部分为钢筋混凝土结构施工，施工工序比混凝土结构稍微繁杂，总体来说施工难度不大，可以实施，而且合并为一体施工，还可以大大缩减工期，有利工程推进和施工期的管理；竖井式溢洪道的功能及使用与分开单独运行的溢洪道和涵管无异，而且出口通过增加侧堰将洪水引导进下游沟渠，也不会对下游渠道的运行造成影响，水库工程多年经验总结出来的健全的管理体制和运行机制也适用于这类型的小型山塘除险加固工程，基本可以确保竖井式溢洪道后期能长期安全运行并发挥工程效益。
4 结语
本文结合3宗工程实例对竖井式溢洪道在小型山塘除险加固工程中的应用进行了多方面的分析，采用竖井式溢洪道将溢洪道和涵管二者合并为一体进行加固的方案，对集雨面积小、洪峰流量小、溢洪流量小的小型病险山塘进行除险加固是可行并能实施的，可为类似水利工程设计提供依据和参考。
参考文献
［1］华东水利学院. 水工设计手册(第二版)：第七卷泄水与过坝建筑物[M]，北京：水利水电出版社，2014.
［2］白雪莲，刘云贵. 浅谈竖井式溢洪道设计计算[J].水利建设与管理，2016，第6期.
［3］张林夫. 竖井式溢洪道流态与泄流能力的探讨[J].水利水电技术，1988，第12期.
［4］ H.JI 拉莱，林皋.井式溢洪道进水口形式的选择[J].大连工学院学刊，1955，第1期.
论文作者:林卫
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/9/2
标签：溢洪道论文; 山塘论文; 涵管论文; 竖井论文; 工程论文; 下游论文; 工况论文; 《防护工程》2019年11期论文;