海南水庫除險加固設計方案優化措施

王培壽，惠帥先

（海南世佳工程勘察設計咨詢有限公司，海南?？?70226）

海南水庫除險加固設計方案優化措施

王培壽，惠帥先

（海南世佳工程勘察設計咨詢有限公司，海南?？?70226）

在水利工程建設項目中，水庫的除險加固是其中最為重要的一個環節。做好水庫的除險加固工作對確保人民的生命、財產安全有著重要意義。海南省由于具有特殊的地理位置與氣候條件，對水庫除險加固設計方案進行優化也就顯得尤為重要。本文對如何優化海南水庫除險加固設計方案進行探討，為今后水庫除險加固工作提供技術支撐。

海南；水庫；除險加固；設計方案；優化措施

海南省降水量較大，全年無論是降雨地點還是降雨時間都不均勻，海南省內河流都存在著長度短、坡度陡的特點，加之蓄水工程較少，經常會致使洪水來的迅速、退的迅速，這既不能保障用水，又無法有效控制用水，不但無法有效利用雨水資源，而且容易發生洪澇災害，水庫建設不但能最大限度的實現水資源利用［1］，而且能有效降低洪災、旱災的發生從而保障居民的生命財產安全。根據國家2013年“全國病險水庫除險加固專項規劃”的要求，海南省也對島內多座病險水庫進行全面檢測加固，以最大程度提高水資源利用率并降低自然災害帶來的破壞性。

1 水庫病險問題

海南省大部分水庫都是20世紀建成，大部分都是土壩，由于受到當時經濟條件及技術條件的制約，大壩的清基工作完成的不徹底（如圖1所示），壩體也未能使用進退法碾壓而是多使用平碾或者是羊角碾等人工予以夯實處理（如圖2所示），壓實度根本無法滿足相關規范要求。就當前實際情況來看，這一類的水庫一般都存在著防洪標準低，壩體、壩基出現滲漏，庫區嚴重淤積，未設置壩腳排水系統或者存在滑坡現象等問題。就水庫的溢洪道來說，也大多為臨時溢洪道，有些雖然已經建立了永久性的溢洪道，但相關管理部門只是做了應急加固，并沒有完善相關的水力計算，即使建設也依然無法達到設計規范要求；設計的泄洪量小，一旦遇到特大洪水，水庫最高水位會接近壩頂，直接影響到大壩的安全運行。

圖1 大壩清基工作示意圖

圖2 壩體夯實示意圖

2 現場勘察

由于歷史遺留因素，海南省大部分病險水庫建庫等相關資料已經不甚完全，而制定相應的加固優化措施，就必須要對水庫的安全鑒定及核查建議等相關資料予以復核［2］。在對大壩是否出現滲漏問題勘察的過程中，需要將重點放在兩壩肩上，檢查是否存在著繞漏問題，同時對發現的滲漏問題進行判斷，是屬于正常滲漏還是非正常滲漏［3］。正常滲漏是指滲水問題發生在排水體上，且滲漏水經由排水體排出，水呈清澈狀且滲漏量與水庫設計允許范圍相符；非正常滲漏則是指滲漏量遠超出設計的允許值，或者表現為接觸流土、接觸沖刷、管涌等。

（1）溢洪道存在的病險。多為臨時溢洪道［4］，另外就是溢洪道堵塞問題。對溢洪道進口的堵塞、兩岸山體是否即將出現或已經出現滑坡問題進行勘察；檢查進口段淤積是否已經影響水流通過，是否發生墻壁傾斜的問題；溢洪道陡坡段混凝土厚度以及鋼筋保護層厚度是否符合要求，有無出現掉渣現象；同時對過流能力與防洪要求是否相符予以復核。另外，如若溢洪道與壩體過于相近，對其出水口是否可能會沖刷壩體壩腳或者已經出現沖刷壩體壩腳予以勘察。

（2）涵管存在的病險問題。由于實地勘察過程中，大部分水庫水位很高，不能直接對涵管進口處勘察，只能從涵管出口表面大體把握涵管情況，或者通過向水庫管理員詢問相關信息，對涵管直徑、滲漏水是否呈銹色以及接觸點滲漏等問題予以綜合勘察；同時，由于涵管年久失修、各種自然因素及人為因素，造成管體的破壞，最終出現裂縫、磨損，有些已經到了報廢年限，存在較大的更新問題。

（3）啟閉設施方面存在的病險問題。在勘察過程中，由于啟閉設備老化，致使啟閉機已經無法正常運行，操作過程中險象環生，存在極大的安全隱患；尤其是泄洪洞工作閘門啟閉機在啟閉過程中鋼絲繩突然斷裂導致閘門墜落的事故，更是會使閘門嚴重變形。

3 除險加固設計方案優化要點分析

3.1 地質勘察

對水庫進行除險加固的一個重要依據就是地質勘察工作，它也是水庫加固初步設計的一個核心組成部分。由于病險水庫已經長時間持續運行，而且年久失修，大部分的壩基、壩體等部位已經存在滲漏、塌陷等一系列問題，而地質勘察資料結果的精準度直接決定著水庫防滲加固方案的優化［5］。在地質勘探過程中，需要著重注意對滲漏部分以及滲漏范圍的探查，提前做好滲漏量的估算，并對滲漏性質予以判斷，分析是否存在著更大的滲漏可能性；同時，結合整個大壩的外觀、發生滲漏情況以及機械設備入場等方面選擇最佳的水庫防滲加固方案。

3.2 水文計算復核

由于海南省水庫大都未長期監測，實測流量資料較為缺乏，設計暴雨就是依據水文的綜合圖集結果或暴雨查看手冊等，通過瞬時單位線與經驗單位線方法對設計洪水進行推算。設計洪水也多以“海南地區設計洪水計算”為參考依據，以水庫實際地理位置為基礎，將水庫的特征參數諸如坡降、變差系數、庫容或河長等輸入到軟件中，對軟件計算的最終結果予以復核，檢查是否合理，如若復核所得到的最終計算結果偏差比較大，也就說明某一項參數選擇有誤或成果不合理［6］。例如將海南省陵水縣明后水庫作為選取對象，將其各個參數輸入至軟件中，該軟件對單位滯時線m1的默認值為2.56，將此參數與各項參數一同計算，所得結果洪峰流量過大，該流域值與洪模值之間存在著相當大的偏差。而如若以水文手冊為依據，選取該手冊中設定的單位滯時線m1值，為0.98，以此來代替軟件默認值2.56，再次與所有值一同參與計算，結果則表明該水庫無論是洪模值還是洪峰流量都比較合理。由此證明，不能僅僅將軟件技術所得結果作為水庫實際唯一的設計參照標準。

3.3 加固方案的設計優化

3.3.1 大壩加固方案的設計優化

（1）大壩防滲加固優化方案。當前大壩防滲加固方案主要有劈裂灌漿、沖抓套井、砼防滲墻及高壓噴射灌漿等。沖抓套井可再造土質防滲墻，主要應用在局部堵漏中，在形成防滲體后，由于其與壩體沉降不同步，容易發生裂縫，影響防滲效果，因此應用不普遍；劈裂灌漿則是在壩中線劈開壩體，于縫隙中灌注漿液，以此形成防滲幕墻，雖然其造價較低，但形成的防滲幕墻較薄，局限了防滲效果；高壓噴射灌漿則是采用水泥漿與壩體材料混合，凝固后形成防滲體，具有較好的防滲效果；砼防滲墻則是通過置換法，在壩體形成一道砼防滲墻，其成槽工藝較多，各種成墻深度均有相應的成槽工藝，在國內也得到廣泛應用。

同時，堅持上堵、下排的防滲原則［7］。首先，就上堵原則來說，重點是做好水平與垂直的防滲，垂直防滲方面主要包括帷幕灌漿、深層攪拌樁、混凝土防滲墻等方面，水平防滲則主要以黏土鋪蓋為主。這些都要以水庫實際出現的病險作為依據，選擇相應合適的防滲方法。實踐證明，以此對水庫進行加固，能夠有效避免壩腳發生滲漏。其次，就下排原則來說，是指在背水坡壩腳處進行反濾體或減壓井的設置，根據不同的滲漏情況選擇相應的i、w、或y型導滲溝形式。

（2）壩坡護坡優化方案。壩坡護坡設計的優化方案形式較多，其中像草皮護坡就是最常見的一種護坡形式，同時也極具經濟性，不僅可以取得較好的護坡效果，而且可以美化環境；填補翻修措施則較適合用于由于施工質量差而造成的局部脫落、滑動、塌陷等破壞處；加厚反濾墊層則是專門針對反濾墊層厚度不夠而發生的護坡破壞；對于風浪較大、吹程較遠且常發生破壞的護坡壩段，則可以采用漿砌石或者現澆混凝土的方式加固處理。

（3）坡腳優化方案。坡腳加固方案的優化設計在諸多方案中主要選擇2種方式，即貼坡排水與棱體排水，貼坡排水具有構造簡單、便于維修且節省材料等優點，其缺點則在于無法降低浸潤線，容易受到冰凍的限制而失效，一般主要用于浸潤線較低且工程下游無水的中等高度壩中；棱體排水則可以降低浸潤線，避免壩坡的滲透及凍脹變形，保護下游壩腳不受到水的沖刷，常用于河床多水部分的下游壩腳處。

3.3.2 涵管加固方案的設計優化

水庫的涵管加固通常使用新建涵管或內襯鋼管。若選擇原涵管內襯鋼管，則要注意對土壩與涵管外壁相接部分的灌漿，以及在出口部分粘貼坡反濾體；如果選擇新建涵管，則要注意由于土壩斷面為梯形對涵管施加的負荷是不均勻的，所以在優化設計時需要將沉陷縫的因素也考慮入內，一旦涉及到斷面的開挖，必須極大限度的控制臺階數量，同時保證老土體與新土體的完美結合；另外，若施工條件允許，也可直接挖除舊涵管，在壩肩新建輸水隧洞。

3.3.3 壩頂的加固設計方案優化

壩頂加固設計除了需要考慮路面結構組成、整體施工情況之外，還需要將壩頂路面的排水情況考慮在內，下游需要設置與壩坡橫向排水溝相接的排水口，使整個壩頂向下游傾斜保持2%～3%左右。并依據對壩頂高程的實際測量結果，如果設計壩頂高程與實際現狀不符，寬度與設計規范要求不符，則可以通過削低壩頂的方法來解決（見表1）。

表1 2種小型水庫壩頂設計寬度參照

3.3.4 溢洪道加固方案的設計優化

對水庫除險加固設計方案的優化應遵循確保水庫正常蓄水的基本原則。對溢洪道進行改建或擴建時，應該與實地的地質條件相結合，包括溢洪道的寬度、長度以及位置等，避免大范圍的壩體擴挖，亦要避免對山體已發生滑坡處的擴挖。為防治壩腳受到水流沖刷或回流淘刷，應確保壩腳與下泄水流存在一些距離，采取相應的措施予以防護；就常用溢洪道堰型來看，對駝峰堰與實用堰進行比較，由于駝峰堰的流量系數值要高于實用堰，且泄流能力大，為滿足安全泄洪要求，將堰型選定為駝峰堰。

4 結語

就水庫除險加固時面臨的可參考資料少、設計力量不足等一系列問題，在對水庫除險加固設計方案進行優化時，必須依據實際的工作大綱，明確設計內容，并嚴格依據設計原則，選擇相適應的加固方案，使水庫病險加固工程能夠順利、安全實施，起到應有的除險加固效果。

［1］孫洪民.碾壓土石壩水庫除險加固工程地質勘探方法的探究［J］.水利水電技術，2014，45（4）：127-129.

［2］嚴祖文，魏迎奇，張國棟，等.病險水庫除險加固現狀分析及對策［J］.水利水電技術，2010，41（10）：76-79.

［3］保雪飛，盧昆生，向金寶，等.大壩防滲技術在某水庫除險加固工程中的應用［J］.中國水利，2012，11（6）：40-41，46.

［4］馬曉東.水庫除險加固中帷幕灌漿技術的應用探討［J］.中國水運（下半月），2011，11（10）：182-183.

［5］馬健，武營軍，丁曄，等.液壓抓斗造塑性砼防滲墻在梅鋪水庫除險加固中的應用［J］.探礦工程-巖土鉆掘工程，2010，37（8）：64-66，69.

［6］曾繁運.淺談塑性混凝土防滲墻在水庫除險加固中的應用［J］.科技信息，2012，25（33）：825，789.

［7］劉永堂.土工膜與灌漿在水庫除險加固中防滲的優缺點［J］.低碳世界，2014，23（14）：122-123.

TV698.2+3

B

1672-2469（2015）12-0103-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.036

王培壽（1983年—），男，工程師。