浅析常见的水库除险加固技术设计措施

邱飞

【摘 要】文章简单介绍了小型水库存在一些问题，提出解决问题的措施，并总结常见的工程质量问题，提出相应的对策。

【关键词】小型水库；除险加固设计；加固措施；工程管理

【中图分类号】TV697.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）04-0164-02

1 主坝加固设计

1.1 加固前存在的问题

大部分大坝为水力冲填坝，填土压实度低，干密度低，透水性较强，存在渗流破坏隐患。下游坝坡的抗滑稳定安全不满足规范要求，大坝内坡护坡质量差，内坡因渗漏出现小范围塌坑，不能安全运行，工程水工水文安全监测设施不完善，水库不能蓄水到正常高水位，工程施工质量差，内坡护坡质量差，大坝存在白蚁危害。下游坡局部变形塌陷，草皮护坡严重破坏，已失去护坡作用，坡比较陡。坡脚没有排水棱体。

1.2 加固措施

一般需進行防渗加固，堵塞坝体中的渗漏通道，降低坝体的渗润线，消除反滤体以上的溢出点，减少坝基渗透流量。本次设计根据大坝的实际情况，加固设计方案是在坝顶灌浆防渗，坝基以下采用帷幕灌浆，坝体采用充填灌浆，并根据设计后的顶宽情况进行填筑、夯实平整、铺筑砂石反滤层，在反滤层上铺设厚度为10 cm的六角块C20砼预制块护坡，用M7.5的水泥砂浆勾缝。根据实际情况在大坝上、下游的左、右坝肩分别布置0.25 m×0.22 m（宽×高）的水泥砖砌石，并用1∶2水泥砂浆抹面和打底排水沟。清除坝下游坡表层的夹石乱土，整平、压实原坝坡。坝坡的坡比根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL 189—96）计算确定，并根据设计后的顶宽情况进行填筑、夯实平整、铺设草皮护坡。在原坝顶处设计马道，马道内侧修建水泥砖砌石并用1∶2水泥砂浆抹面、打底排水沟，排水沟两端和坡面两侧的排水沟相连。下游坡原没有排水棱体，根据计算渗流调试结果和《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL 189—96）的规定，可在下游坡脚修建排水棱体。清除下游坝坡杂草，重新种植马尼拉草皮护坡。草皮护坡采用人工铺设。土坝段的砼、马尼拉草皮护坡和公路的硬化等工程建设，减少了水土流失，降低了空气中的粉尘对环境的影响。开挖土石方裸露的土石层表面及时种植马尼拉草皮护坡，防止水土流失。草皮护坡施工工艺流程：选购草皮、坡面整理、有机腐殖土铺设、种植草皮、养护、检查、补种、质量检查与验收。要求选购马尼拉草皮，先将购买的草皮样本送监理工程师和设计人员确认符合要求后方可大量购买。草皮种植前，先对已经验收合格的草皮带坡基面进行整理，要求坡面平整，无坑凹。铺设在草皮带坡面上的有机腐殖土（种植土）要符合设计要求，严格采用优质塘泥土掺10%的细砂，有机腐殖土的拌制在现场进行，要求掺量准确，拌和均匀，湿润松散。腐殖土拟进行人工铺设，要求均匀、平整，并适当压实，避免水流冲刷。对坝上集积雨水的地方，要及时排水，及时疏通大坝周围的排水沟，清除坝坡的杂草、小树，管护好大坝的护坡草皮，发现塌陷、裂缝、泥土松动、鼠害、蚁害等现象及时汇报处理。坝体填土压实密度差，填土的透水性较强，存在渗流破坏隐患。因此需进行防渗加固，堵塞坝体中的渗漏通道，降低坝体的渗润线，消除反滤体以上的溢出点，减少坝基渗透流量。一般设计人员会根据工程的实际情况，提出2个加固设计方案：方案一是在坝顶灌浆防渗，坝基以下采用帷幕灌浆，坝体采用充填灌浆，即主坝坝体防渗拟采用充填灌浆处理，坝基采用固结灌浆和帷幕灌浆处理，上游排沿坝顶轴线偏上游0.75 m布置，灌浆孔布置为双排，最终孔距为1.0 m。帷幕灌浆孔底高程深入至岩石下限至单位吸水率≤5 Lu线以下1.0 m。灌浆检查孔不少于总进尺的10%。灌浆28 d后检查试验的渗透系数要求K≤1×10-5 cm/s。固结灌浆孔、排距均为3 m，钻孔深入坝基以下8 m。方案二是在坝前设置混凝土截水槽，坝内坡正常水位以下铺设土工膜与坝前截水槽相接防渗，截水槽下采用帷幕灌浆防渗。

坝顶灌浆防渗方案的优缺点：？譹？訛既不需降低水位，也不需围堰即可施工。？譺？訛可以在坝体内形成铅直而连续的防渗墙，堵住漏水通道，提高坝体的防渗能力，同时通过浆、土互压和湿陷，使坝体、坝基内部应力重新分布，提高坝体、坝基变形稳定性。？譻？訛灌浆防渗的施工技术要求比较高，而且整个施工过程都必须对大坝的稳定进行严密的监测。？譼？訛从施工质量来说，灌浆防渗的施工都是在坝体内进行，质量控制技术要求高。？譽？訛灌浆防渗的寿命长。？譾？訛工程投资较大。

土工膜防渗方案的优缺点：？譹？訛土工膜与坝基截水槽的施工质量容易保证。？譺？訛土工膜防渗与坝基截水槽结合的方案除了能满足防渗要求外，上游坝脚的防渗截水槽还能起到支持上游坝身、增加稳定性的作用。？譻？訛采用土工膜防渗与坝基截水槽结合的方案，施工程序较多，但施工不当也容易引起土工膜穿孔等质量问题，混凝土压顶与灌浆帷幕、土工膜的连接处也容易产生质量问题。？譼？訛施工工序多，并且受季节限制，只能在枯水期施工，且需要围堰抽水才能施工。？譽？訛建筑工程投资少，但土工膜防渗的实际寿命只有10年左右。

1.3 常见的工程质量问题及对策

现场施工条件简易，未采取振捣棒振捣混凝土，而是简单地利用铁铲拍打混凝土，容易造成骨料分离，外观质量差，达不到成型效果。六角块分缝没有严格按照设计图纸施工，有时候甚至预留了“假缝”，六角块中间的PVC排水管没有起到排水的作用，而是管口朝上，这样起不到疏散六角块混凝土板背后的积水的作用，排水棱体表面为了美观利用砂浆抹面，没有起到观测渗水的作用。

对策：采用柴油机发电，给现场供电，加强混凝土的振捣，采用油毛毡对折后嵌入分缝之中，或者采用沥青砂浆灌注，将缝隙填满，排水管安装需要管口倾斜朝下，以利于排水，排水棱体采用石块自然堆砌，以利于观测大坝坡脚渗水情况。

2 溢洪道加固设计

2.1 加固前存在的问题

溢洪道外观尺寸不完整，未做消力池。泄槽底板砼老化、开裂，侧墙表面砂浆质量差，局部脱落。溢洪道泄槽段太弯曲，水流条件恶劣，边墙不够高，两侧土质边坡较陡，容易坍塌。出水渠位于坝脚，积水、渗漏浸润坝脚，影响大坝安全。底板厚度不满足规范要求，没有消力池和海漫段，溢洪道底板未进行衬护，水库溢洪时将冲刷该段陡坡，危及溢洪道安全，溢洪道底板无衬砌，边墙已损坏，溢洪道泄槽内杂草丛生，溢洪道出口没有消能设施。排洪道宽度和高度不够，溢洪道出口有塌方堵塞，影响下游泄洪。

2.2 加固措施

根据《溢洪道设计规范》（SL 253—2000）规定，溢洪道边墙沿基面的抗滑稳定可按抗剪强度公式进行计算。

式中：Kc为按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；规范要求正常工况（基本组合）Kc≥[Kc]=1.1；校核工況（特殊组合）抗滑安全系数Kc≥[Kc]=1.05；f为边墙与基础接触面的抗剪滑摩擦系数，f=0.35；ΣW为作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的法向分量；ΣP为作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的切向分量。

设计保留明渠净宽，设计溢洪道进口为喇叭口式进口，控制段为宽顶堰。拆除原边墙砌体，重新用M7.5浆砌石重力挡土墙护坡；保留原有渠底高程，开挖并平整溢洪道；对出口塌方进行处理，并修建消力池；增加跨溢洪道交通桥。设计跨溢洪道交通桥为1跨现浇钢筋砼梁板桥，两边设置护栏，两边墩为C25毛石砼桥台、设计荷载汽-5。栏杆采用C20钢筋砼，桥面铺装层采用C25防水砼浇筑，桥台顶上为C25钢筋砼桥帽。

2.3 常见的工程质量问题及对策

溢洪道底板混凝土厚度不足，分缝不够，溢洪道挡土墙未设置排水管，排水管管后未设置反滤包，容易造成堵塞，起不到排水的作用。

对策：加强现场测量，采取钻芯取样，控制底板混凝土厚度，按照设计图纸注意预留分缝位置，在挡土墙上采取梅花桩形状布置排水管，并用卵石、碎石、细沙等用土工布包裹好，做为排水管管后的反滤包，防止排水管被淤泥堵塞。

3 输水隧洞加固设计

3.1 加固前存在的问题

输水涵管内壁砼严重老化，露石，砂浆脱落，多处裂缝漏水，浆砌石的衬砌砂浆老化，渗漏严重，输水建筑物的金属结构不能安全使用，输水涵管砼和浆砌石衬砌老化，出现裂缝漏水。输水涵管内壁砼严重老化，露石，护衬的浆砌石砂浆也老化、风化，渗漏严重。

3.2 加固措施

一般均为新建输水隧洞，常见的为无压隧洞，而且围岩岩石较破碎，因此本次设计荷载组合采用围岩压力+衬砌自重的形式。本次计算取隧洞进出口处断面为计算断面，以1 m为计算长度。按松动介质平衡理论计算围岩压力。根据《水工隧洞设计规范》（SL 279—2002），Ⅴ类围岩、无压的洞段采用结构力学法计算，本次设计采用查表法计算衬砌结构。水力要素计算按各渠段设计流量、最大流量（加大20%）、最小流量3种情况计算，洞身水力计算采用等速流公式计算：Q=ωV。

3.3 常见的工程质量问题及对策

一般常见的工程质量问题出现在洞身的接缝处，此处一般容易漏水，洞身一旦发生渗漏，则山体的自然渗水容易通过渗漏通道下渗至隧洞内，大量的渗水带走山体淤泥，长期堆积在隧洞内，容易导致隧洞堵塞，影响正常运行。

对策：加强洞身接缝处的防水、止水措施，加强混凝土振捣，避免欠振、漏振，保证混凝土浇筑质量，运行管理过程中要注意巡检，发现有渗漏情况立即采取灌浆止水的措施，保证隧洞正常运行。

4 防汛抢险进库公路、管理房设计

4.1 加固前存在的问题

防汛抢险进库公路坑坑洼洼，雨天路滑无法通车，坝首无管理房，水库工程管理条件落后，交通与通信设施不能满足防汛抢险要求，大坝安全监测及管理设施差，大坝运行管理综合评为“差”，水库无水文测报，现场未配备渗漏观测设施及观测仪器，观测工作不能按规范执行，缺乏安全监测成果资料。

4.2 加固措施

修建防汛公路，以满足防汛抢险要求。设置大坝沉陷、位移及渗漏等安全监测设施，建立自记雨量计及自记水位计。配套交通及管理设施。

由于小型水库原没有管理值班房和相应的管理设施、设备，所以一般建议新建管理用房面积为20～40 m2，采用砖混结构，其中包括厨房、休息室、值班室。房址选在右坝肩的山脚。配套相应的办公设施和设备。管理房用电从下游的村庄接。

4.3 常见的工程质量问题及对策

泥结石路面厚度不足，管理房后期无人管理，管理房门窗容易被人为破坏。

对策：加强施工管理，控制泥结石路面厚度，保证防汛道路畅通无阻。管理房加装铝合金防盗网，内穿12 mm螺纹钢筋，防止人为破坏门窗，同时派驻水库管理人员，长期驻扎水库管理房，加强水库巡检，保证水库正常运行。

5 结语

通过这些水库防渗加固措施，大坝达到了防渗标准，在水库的运行过程中起到了至关重要的作用。水库发挥了防洪、灌溉、养殖、旅游等作用，效果良好，获得了较好的社会效益和经济效益。

参 考 文 献

[1]SL 252—2000，水利水电工程等级划分及洪水标准[S].

[2]DL 5021—93，水利水电工程初步设计报告编制规程[S].

[3]SL274—2001，碾压式土石坝设计规范[S].

[4]SL 189—96，小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则[S].

[5] SL/T 191—96，水工钢筋混凝土结构设计规范[S].

[6]SL 253—2000，溢洪道设计规范[S].

[7]SL 279—2002，水工隧洞设计规范[S].

[责任编辑：陈泽琦]