水庫大壩加高方法探討

廣東省

摘要：本文分析了水庫大壩加高的意義與存在的難度，闡述了大壩加高的主要形式與影響因素，并結合實例探討了大壩加高技術的應用。

關鍵詞：水庫大壩;加高;探討

1"水庫大壩加高的意義與難度

1.1水庫大壩加高的意義

隨著國民經濟的持續發展，社會對水資源需求量也在不斷增加。為了滿足水資源繼續增長的需求，一個最簡單的對策就是新建更多的水庫。然而隨著水利工程建設的發展，優秀壩址也越來越少，所以發揮現有大壩潛力，通過加高大壩擴大庫容就是既經濟又有效的策略;況且不少運行久遠的水庫需要除險加固，那些淤積嚴重庫容減小的水庫，也有加高加固的需求。可見，水庫大壩加高有著很強的現實意義，值得認真研究和總結。

1.2"水庫大壩加高的難度

從技術角度看，水庫大壩加高并不一定比新建大壩更容易，很多情況下難度更高，究其原因如下：首先，不少樞紐工程不允許放空水庫施工，施工期間不僅要滿足正常運行的要求，還要保證大壩的安全不受到影響。這個難度頗高，因為要滿足安全要求，大壩往往既要加高又要加厚，因而施工時壩肩、壩基要重新開挖，就有可能對原有大壩壩肩、壩基穩定性造成一些影響。其次，必須考慮加高加厚時新舊壩體的結合問題。如果結合面處理不好，新舊壩體就不能協調受力，同樣存在很大的安全隱患。再次，舊壩經過長期運行，外觀和內部都可能存在缺陷，尤其內部缺陷的探查、處理有相當難度。但如果不利用加高加厚機會處理，新壩體建成后再處理難度就更大了。因此，水庫大壩加高方案必須周全地考慮到各種風險因素，以確保水庫可以長期穩定地運行。

2"水庫大壩加高的方法

2.1水庫大壩加高的目的與主要型式

王博等人[1]概括了國內30余座水庫大壩加高的情況，這些水庫分布于國內大約15個省、市、自治區，有一定代表意義。加高的大壩類型包括土石壩、混凝土重力壩、面板堆石壩、漿砌石重力壩、砌石重力壩、粘土心墻砂殼壩、混凝土雙支墩、寬心墻土石壩、混凝土砌塊石雙曲拱壩等，原壩高度9.1m～97m，加高高度0.8m～90m。可見，各種類型的大壩都可以加高，加高的目的包括水庫擴容、大壩除險加固，對于那些防洪標準偏低的土石壩，加高加固處理也是重要目的。

大壩加高型式多種多樣，主要加高型式如下：（1）土石壩加高相對簡單一些，加高形式主要有不培厚直接加高、壩下游培厚加高、壩上游培厚加高、壩上下游同時培厚加高。（2）重力壩加高技術更為復雜一些，目前國內外成功案例中有后幫整體型、后幫分離型、前幫整體型、前幫加后幫型、直接加高型、預應力鋼索加高型等。其中前幫、后幫是指大壩的上、下游坡面;整體型是指新舊壩體結合成為一個整體;分離型指新舊壩體之間采用隔離材料如金屬板隔開;預應力鋼索加高型是指在壩頂鉆孔至基巖，埋入錨索并灌漿，再在新壩頂上施加預應力[2]。（3）更復雜的是壩型轉換，例如某薄拱壩加高因不能放空水庫、施工期間需要正常運行、拱壩結構難處理及風險大等原因，最終改造成折線型重力壩[3]。

2.2"水庫大壩加高的影響因素

水庫大壩加高需要考慮的主要因素來自于技術和經濟兩方面。技術上包括大壩安全性、環境影響等方面。大壩加高之后必須滿足現有設計規范中規定的穩定性、應力條件、防滲能力、抗震要求等規定，例如大壩加高不加厚是最簡單的方法，但大多數情況下因為加高之后無法滿足安全性要求而難以采用。水利工程要實現可持續發展，必須重視環境影響，將施工對環境影響降低到最低限度，例如對野生動物保護、土石料開采等環境影響因素進行評估并采取一定的措施。水利建設在滿足安全、功能要求的基礎上還應尋求最佳經濟效果，這些也要通過合理設計、施工實現。下面結合實例分析這些因素。

3"水庫大壩加高技術應用

3.1"土石壩加高技術應用

土石壩是歷史最悠久、世界壩工建設應用最廣泛的壩型。我國95%以上的大壩為土石壩，所以研究土石壩加高技術非常有價值。曼格拉大壩[4]位于巴基斯坦吉勒姆河上，其于1967年建成，多年來一直發揮著灌溉、發電、防洪等多重效益，但因庫區泥沙淤積庫容已減少20%，所以需要加高擴容。大壩整體加高9.15m，可增加庫容35.6億m3。主壩是粘土斜心墻壩，兩個副壩中加里壩為粉土斜心墻壩，蘇坎壩為砂巖直立心墻土壩。曼格拉主壩和加里壩采用壩后培厚加高方式，所以原壩軸線將向下游方向偏移;蘇坎壩則采用上下游同時培厚加高方法，原壩軸線不變。大壩加高方法為：開挖壩基并延伸壩后排水體;拆除培厚一側的護坡;填筑至原壩頂高程;拆除原壩頂后繼續填筑至最終高程。該案例最可取之處在于材料使用環節的高效，其中即挖即填、舊護坡材料重復利用等做法很值得借鑒。蘇坎壩上游水平防滲鋪蓋、加里壩心墻料都采用粉土料。這種土料的最佳含水量為14.7%，大壩附近取料場不同位置的土料自然含水量不同，大壩下游料源自然含水量為8%～10%，上游水庫最高水位線附近料源自然含水量為17%～24%，因此上游料源土料開采后直接用于填筑，下游料源土料開采后與砂礫料混合后直接用于加里壩下游過渡區填筑。主壩和兩個副壩上游護坡采用堅硬砂巖塊石保護，下游護坡分別采用河卵石、漂石和礫石料。由于護坡料仍然完好，大部分可以繼續利用。將加高壩體從上至下劃分為2.44m高梯段，完成該梯段加高后，將上一梯段的原壩護坡料拆除，并就近鋪筑在新壩護坡位置。這種措施的實施，節省了材料轉運和存儲環節，材料利用非常高效。

3.2"重力壩加高技術應用

如前所述，重力壩加高技術比土石壩更復雜一些，其中結合面處理是關鍵環節。現以梅州清涼山水庫混凝土重力壩后幫加高技術應用案例[2]進行說明。清涼山水庫位于梅江一級支流白宮河中游石壁背村，原庫容3681萬m3，大壩加高7.2m后庫容增至4307萬m3。國內外大壩加高多采用臺階法或設置滑動縫來提高結合面粘合強度。由于建壩時一般不留臺階，加高施工再開鑿臺階可以說費時費力。而采用滑動縫方案，由于砌石壩壩坡平整度較差，難以形成理想的滑動縫，新舊壩結合面粘合強度達不到要求。通過模擬結合面之間的力學狀態，最終選擇了結合面鑿毛+梯形鍵槽的方案。圖1～4是四種方案的結合面摩擦應力分布圖。可見，在壩踵垂直應力方面，設置鍵槽比不設鍵槽有明顯改善，后者存在拉應力而前者是壓應力;設置錨筋的效果不如鍵槽，并且遠達不到其軸力設計值;抗剪性能方面，梯形鍵槽優于臺階鍵槽。于是綜合考慮選擇了梯形鍵槽方案。

4"結語

無論是為了提高防洪標準，還是通過擴容來提高水資源利用率，水庫大壩加高都是很好的選擇。但是大壩型式多樣，加高方法也各有不同，應根據實際情況采取針對性的措施。同時水利工程實踐性很強，只有不斷總結經驗才能提高建設水平。

參考文獻：

[1]王博，紀園可，周厚貴.國內大壩加高情況概述[J].水利水電技術，2014，45（2）：57-60.

[2]羅志唐.梅州市清涼山水庫混凝土砌石重力壩加高技術方案論證與筑壩材料優選[J].水利規劃與設計，2011（1）：67-70.

[3]許敏.木浪河水庫大壩擴建加高設計方案分析[J].黑龍江水利科技，2013，41（1）：167-169.

[4]衛云.曼格拉大壩加高工程主要施工技術[J].水力發電，2012，38（10）：50-52.

作者簡介：

梁萍，女（1987.7-），廣東省茂名化州市人，主要從事水利工程施工管理工作。