除險(xiǎn)加固工程在水庫(kù)大壩中的設(shè)計(jì)

王濤 孫善宇

【摘 要】水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程不僅可以消除大雨帶來(lái)的大水隱患，保證水庫(kù)功能的正常使用，為城市居民用水和防洪抗旱具有重要作用，因此水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程有必要實(shí)施。處于危險(xiǎn)狀態(tài)的水庫(kù)大壩不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)基本功能，同時(shí)會(huì)給當(dāng)?shù)鼐用竦纳睢⑸a(chǎn)帶來(lái)巨大威脅。文章通過(guò)水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程具體案例分析，提出了水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程實(shí)施要注意的基本問(wèn)題，為水庫(kù)大壩出險(xiǎn)加固提供參考。

【關(guān)鍵詞】水庫(kù) 大壩 出險(xiǎn)加固 工程

據(jù)有關(guān)部門(mén)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)的大中型水庫(kù)絕大多數(shù)都存在一定的大壩風(fēng)險(xiǎn)，水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程可以有效地減少風(fēng)險(xiǎn)，為當(dāng)?shù)鼐用駧?lái)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少不必要的自然災(zāi)害損失[1]。

1 工程簡(jiǎn)介

文章所選用的水庫(kù)是四號(hào)水庫(kù)為平原區(qū)水庫(kù)，于1979年12月開(kāi)工修建大壩壩體：四號(hào)水庫(kù)大壩壩體為均質(zhì)粘土壩，全長(zhǎng)100m，壩頂高程651.00m，最大壩高5.0m，壩頂寬5m，上游壩坡為1：4，底寬40m。放水工程：四號(hào)水庫(kù)放水工程包括放水涵洞、豎井式平板鋼閘門(mén)，放水工程設(shè)計(jì)流量2.5m3/s。該水庫(kù)主要是解決六十四團(tuán)九連0.4萬(wàn)畝耕地在缺水季節(jié)的調(diào)節(jié)灌溉，為該連的灌溉用水提供保證。與上游二號(hào)水庫(kù)、六號(hào)水庫(kù)形成“長(zhǎng)藤結(jié)瓜”式布置方式。

由于水庫(kù)壩體全用粘土筑成，壩坡與岸坡沒(méi)有進(jìn)行防護(hù)，抵抗風(fēng)蝕、水蝕能力較弱，水庫(kù)自建成運(yùn)行至今，由于風(fēng)蝕和浪淘造成多處坍塌，對(duì)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，大壩平均高度降低0.2m左右，致使壩體安全超高嚴(yán)重不足。在風(fēng)力作用下，波浪對(duì)上游壩坡的危害，隨水位的增高而增大，尤其是在每年春季，既是水庫(kù)處于高水位運(yùn)行期，又是季風(fēng)多發(fā)季節(jié)，波浪淘涮對(duì)壩體侵蝕更為嚴(yán)重，壩體形成垂直陡坡，最大處達(dá)1.2m。為保證安全，目前只能以低水位運(yùn)行，實(shí)際庫(kù)容為36萬(wàn)m3，利用率為72%。

2 水庫(kù)大壩

2.1 大壩滲漏

（1）大壩外部出現(xiàn)的滲漏[2]。壩體出現(xiàn)的滲漏一般是集中性的滲漏，通過(guò)對(duì)四號(hào)水庫(kù)大壩、放水建筑物等工程現(xiàn)場(chǎng)安全檢查。大壩存在以下問(wèn)題：①壩體受風(fēng)蝕破壞嚴(yán)重，壩頂面坑洼不平。②大壩和部分岸坡迎水面受風(fēng)浪淘刷破壞嚴(yán)重，形成陡坎。③水庫(kù)交通條件較差。④建筑物老化嚴(yán)重，洞身及豎井出現(xiàn)不同程度的裂縫。⑤金屬結(jié)構(gòu)銹蝕、變形嚴(yán)重。第六是大壩無(wú)觀測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)施。

（2）大壩地基出現(xiàn)滲漏。根據(jù)對(duì)地基的實(shí)際研究顯示，大壩地基下的巖石會(huì)受到風(fēng)化，長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)化以及受到水體的侵蝕就會(huì)出現(xiàn)破碎，導(dǎo)致壩基出現(xiàn)滲漏的問(wèn)題。同過(guò)對(duì)水庫(kù)壩體的計(jì)算顯示目前的壩基巖石具有很好地透水作用，而且兩側(cè)的巖石受到風(fēng)化和水體的侵蝕比較嚴(yán)重。

2.2 水庫(kù)大壩坡度穩(wěn)定性

水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程計(jì)算。根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)氐膶?shí)地調(diào)查和采樣進(jìn)行數(shù)據(jù)分析顯示，大壩目前沒(méi)有出現(xiàn)明顯變形，因此本次對(duì)水庫(kù)大壩只是進(jìn)行修復(fù)，加強(qiáng)壩體的穩(wěn)定性。根據(jù)分析計(jì)算可知，水庫(kù)大壩下游壩坡地震抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，正常運(yùn)用情況下遇Ⅶ度地震時(shí)下游壩坡的抗滑穩(wěn)定。但根據(jù)原位（標(biāo)貫）測(cè)試結(jié)果，壩基范圍內(nèi)的粘土為飽和狀態(tài)時(shí)，壩基不會(huì)產(chǎn)生地震液化。依據(jù)《水庫(kù)大壩安全導(dǎo)則》，其抗震安全性屬于B級(jí)。

3 除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

3.1 四號(hào)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程規(guī)模

依據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分與洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2000），工程等別為Ⅴ等，工程規(guī)模為小（2）型。

3.2 四號(hào)水庫(kù)主要參數(shù)

①水庫(kù)設(shè)計(jì)庫(kù)容：50萬(wàn)m3；②水庫(kù)設(shè)計(jì)水位：650.30m；③設(shè)計(jì)水面面積：12.30hm2；④設(shè)計(jì)死水位：645.22m；⑤設(shè)計(jì)死庫(kù)容：6萬(wàn)m3；⑥水庫(kù)興利庫(kù)容：44萬(wàn)m3；⑦原設(shè)計(jì)壩頂高程：651.50m；⑧原設(shè)計(jì)最大壩高：6.0m；⑨原設(shè)計(jì)壩頂寬度：5m；

3.3 主要除險(xiǎn)加固的內(nèi)容

①對(duì)受風(fēng)浪淘刷嚴(yán)重的主壩段K0+000～K0+150，護(hù)岸段K0+000～K0+500上游壩坡設(shè)置砼防浪護(hù)坡，其中主壩段護(hù)坡厚度為15cm，護(hù)岸段護(hù)坡厚度為12cm。②在主壩段K0+000～K0+150，護(hù)岸段K0+000～K0+500范圍壩段上游壩坡647.30m以下至壩腳鋪設(shè)礫石護(hù)坡，厚度為40cm。③在主壩段K0+000—K0+150壩段下游壩坡長(zhǎng)0.150km范圍內(nèi)鋪設(shè)砼框格防風(fēng)礫石，厚度為30cm。④填堵原K0+050處放水涵洞，在K0+040位置新建放水涵洞。⑤在主壩段樁號(hào)K0+065處增設(shè)階梯踏步，便于觀測(cè)水位，水位標(biāo)記標(biāo)注于側(cè)墻上。⑥新建100m2管理房1座。⑦新建巡壩道路總長(zhǎng)為0.95km。⑧在主壩段K0+000～K0+150段壩頂設(shè)置照明設(shè)施，共設(shè)4盞，電力線300m，以便于夜間管理。

3.4 工程所需經(jīng)費(fèi)

該工程概算靜態(tài)總投資340.31萬(wàn)元，其中建筑工程255.35萬(wàn)元，機(jī)電設(shè)備及安裝工程1.57萬(wàn)元，金屬結(jié)構(gòu)及安裝工程5.10萬(wàn)元，臨時(shí)工程15.65萬(wàn)元，獨(dú)立費(fèi)用44.74萬(wàn)元，基本預(yù)備費(fèi)16.12萬(wàn)元，水土保持1.78萬(wàn)元。本工程資金申請(qǐng)國(guó)家投資340.31萬(wàn)元。

3.5 對(duì)運(yùn)行管理或除險(xiǎn)加固的意見(jiàn)和建議

①加高大壩壩體，使壩頂超高滿足安全要求。并在庫(kù)區(qū)四周種植林帶，在防風(fēng)的同時(shí)美化庫(kù)區(qū)環(huán)境。②對(duì)大壩和部分岸坡迎水面進(jìn)行防護(hù)，設(shè)置防浪護(hù)坡。③完善庫(kù)區(qū)交通道路。④重修放水涵洞、豎井。⑤更換啟閉機(jī)、鋼閘門(mén)等金屬設(shè)備。⑥設(shè)置大壩觀測(cè)設(shè)施，建立完善管理制度。

3.6自動(dòng)化設(shè)計(jì)上改進(jìn)

由于水庫(kù)大壩已經(jīng)使用多年，主要結(jié)構(gòu)已經(jīng)比較穩(wěn)定，因此這次的主要目的是對(duì)建筑物進(jìn)行適當(dāng)加固。因此，監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)是大壩滲流和庫(kù)區(qū)降雨量觀測(cè)根據(jù)監(jiān)測(cè)資料對(duì)壩體的滲流狀況及水情進(jìn)行分析，用以評(píng)價(jià)水庫(kù)及大壩的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

伊犁花城勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司完成了《農(nóng)四師六十四團(tuán)四號(hào)水庫(kù)大壩安全鑒定報(bào)告》，鑒定結(jié)果為病險(xiǎn)水庫(kù)，屬三類(lèi)壩。2011年4月12日通過(guò)兵團(tuán)水利局大壩安全鑒定專(zhuān)家組審查通過(guò)，同意三類(lèi)壩鑒定結(jié)論。本次六十四團(tuán)四號(hào)水庫(kù)除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)就是在農(nóng)四師六十四團(tuán)四號(hào)水庫(kù)大壩安全鑒定工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。本次設(shè)計(jì)的主要目的是針對(duì)四號(hào)水庫(kù)的病險(xiǎn)情況，通過(guò)進(jìn)一步勘察、測(cè)繪，針對(duì)水庫(kù)大壩安全存在的問(wèn)題，進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，消除大壩存在的不安全隱患，使水庫(kù)蓄水恢復(fù)到設(shè)計(jì)庫(kù)容，提高灌溉保證率，為團(tuán)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮積極的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳雄.大壩失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)分析及水庫(kù)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[D].南京：河海大學(xué)，2007.

[2]賀西安.試論水庫(kù)大壩的施工技術(shù)及防裂縫對(duì)策葉商品與質(zhì)量：建筑與發(fā)展，2012，50-51.