淺析常見的水庫除險加固技術設計措施

邱飛

【摘 要】文章簡單介紹了小型水庫存在一些問題，提出解決問題的措施，并總結常見的工程質量問題，提出相應的對策。

【關鍵詞】小型水庫；除險加固設計；加固措施；工程管理

【中圖分類號】TV697.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）04-0164-02

1 主壩加固設計

1.1 加固前存在的問題

大部分大壩為水力沖填壩，填土壓實度低，干密度低，透水性較強，存在滲流破壞隱患。下游壩坡的抗滑穩定安全不滿足規范要求，大壩內坡護坡質量差，內坡因滲漏出現小范圍塌坑，不能安全運行，工程水工水文安全監測設施不完善，水庫不能蓄水到正常高水位，工程施工質量差，內坡護坡質量差，大壩存在白蟻危害。下游坡局部變形塌陷，草皮護坡嚴重破壞，已失去護坡作用，坡比較陡。坡腳沒有排水棱體。

1.2 加固措施

一般需進行防滲加固，堵塞壩體中的滲漏通道，降低壩體的滲潤線，消除反濾體以上的溢出點，減少壩基滲透流量。本次設計根據大壩的實際情況，加固設計方案是在壩頂灌漿防滲，壩基以下采用帷幕灌漿，壩體采用充填灌漿，并根據設計后的頂寬情況進行填筑、夯實平整、鋪筑砂石反濾層，在反濾層上鋪設厚度為10 cm的六角塊C20砼預制塊護坡，用M7.5的水泥砂漿勾縫。根據實際情況在大壩上、下游的左、右壩肩分別布置0.25 m×0.22 m（寬×高）的水泥磚砌石，并用1∶2水泥砂漿抹面和打底排水溝。清除壩下游坡表層的夾石亂土，整平、壓實原壩坡。壩坡的坡比根據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL 189—96）計算確定，并根據設計后的頂寬情況進行填筑、夯實平整、鋪設草皮護坡。在原壩頂處設計馬道，馬道內側修建水泥磚砌石并用1∶2水泥砂漿抹面、打底排水溝，排水溝兩端和坡面兩側的排水溝相連。下游坡原沒有排水棱體，根據計算滲流調試結果和《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL 189—96）的規定，可在下游坡腳修建排水棱體。清除下游壩坡雜草，重新種植馬尼拉草皮護坡。草皮護坡采用人工鋪設。土壩段的砼、馬尼拉草皮護坡和公路的硬化等工程建設，減少了水土流失，降低了空氣中的粉塵對環境的影響。開挖土石方裸露的土石層表面及時種植馬尼拉草皮護坡，防止水土流失。草皮護坡施工工藝流程：選購草皮、坡面整理、有機腐殖土鋪設、種植草皮、養護、檢查、補種、質量檢查與驗收。要求選購馬尼拉草皮，先將購買的草皮樣本送監理工程師和設計人員確認符合要求后方可大量購買。草皮種植前，先對已經驗收合格的草皮帶坡基面進行整理，要求坡面平整，無坑凹。鋪設在草皮帶坡面上的有機腐殖土（種植土）要符合設計要求，嚴格采用優質塘泥土摻10%的細砂，有機腐殖土的拌制在現場進行，要求摻量準確，拌和均勻，濕潤松散。腐殖土擬進行人工鋪設，要求均勻、平整，并適當壓實，避免水流沖刷。對壩上集積雨水的地方，要及時排水，及時疏通大壩周圍的排水溝，清除壩坡的雜草、小樹，管護好大壩的護坡草皮，發現塌陷、裂縫、泥土松動、鼠害、蟻害等現象及時匯報處理。壩體填土壓實密度差，填土的透水性較強，存在滲流破壞隱患。因此需進行防滲加固，堵塞壩體中的滲漏通道，降低壩體的滲潤線，消除反濾體以上的溢出點，減少壩基滲透流量。一般設計人員會根據工程的實際情況，提出2個加固設計方案：方案一是在壩頂灌漿防滲，壩基以下采用帷幕灌漿，壩體采用充填灌漿，即主壩壩體防滲擬采用充填灌漿處理，壩基采用固結灌漿和帷幕灌漿處理，上游排沿壩頂軸線偏上游0.75 m布置，灌漿孔布置為雙排，最終孔距為1.0 m。帷幕灌漿孔底高程深入至巖石下限至單位吸水率≤5 Lu線以下1.0 m。灌漿檢查孔不少于總進尺的10%。灌漿28 d后檢查試驗的滲透系數要求K≤1×10-5 cm/s。固結灌漿孔、排距均為3 m，鉆孔深入壩基以下8 m。方案二是在壩前設置混凝土截水槽，壩內坡正常水位以下鋪設土工膜與壩前截水槽相接防滲，截水槽下采用帷幕灌漿防滲。

壩頂灌漿防滲方案的優缺點：？譹？訛既不需降低水位，也不需圍堰即可施工。？譺？訛可以在壩體內形成鉛直而連續的防滲墻，堵住漏水通道，提高壩體的防滲能力，同時通過漿、土互壓和濕陷，使壩體、壩基內部應力重新分布，提高壩體、壩基變形穩定性。？譻？訛灌漿防滲的施工技術要求比較高，而且整個施工過程都必須對大壩的穩定進行嚴密的監測。？譼？訛從施工質量來說，灌漿防滲的施工都是在壩體內進行，質量控制技術要求高。？譽？訛灌漿防滲的壽命長。？譾？訛工程投資較大。

土工膜防滲方案的優缺點：？譹？訛土工膜與壩基截水槽的施工質量容易保證。？譺？訛土工膜防滲與壩基截水槽結合的方案除了能滿足防滲要求外，上游壩腳的防滲截水槽還能起到支持上游壩身、增加穩定性的作用。？譻？訛采用土工膜防滲與壩基截水槽結合的方案，施工程序較多，但施工不當也容易引起土工膜穿孔等質量問題，混凝土壓頂與灌漿帷幕、土工膜的連接處也容易產生質量問題。？譼？訛施工工序多，并且受季節限制，只能在枯水期施工，且需要圍堰抽水才能施工。？譽？訛建筑工程投資少，但土工膜防滲的實際壽命只有10年左右。

1.3 常見的工程質量問題及對策

現場施工條件簡易，未采取振搗棒振搗混凝土，而是簡單地利用鐵鏟拍打混凝土，容易造成骨料分離，外觀質量差，達不到成型效果。六角塊分縫沒有嚴格按照設計圖紙施工，有時候甚至預留了“假縫”，六角塊中間的PVC排水管沒有起到排水的作用，而是管口朝上，這樣起不到疏散六角塊混凝土板背后的積水的作用，排水棱體表面為了美觀利用砂漿抹面，沒有起到觀測滲水的作用。

對策：采用柴油機發電，給現場供電，加強混凝土的振搗，采用油毛氈對折后嵌入分縫之中，或者采用瀝青砂漿灌注，將縫隙填滿，排水管安裝需要管口傾斜朝下，以利于排水，排水棱體采用石塊自然堆砌，以利于觀測大壩坡腳滲水情況。

2 溢洪道加固設計

2.1 加固前存在的問題

溢洪道外觀尺寸不完整，未做消力池。泄槽底板砼老化、開裂，側墻表面砂漿質量差，局部脫落。溢洪道泄槽段太彎曲，水流條件惡劣，邊墻不夠高，兩側土質邊坡較陡，容易坍塌。出水渠位于壩腳，積水、滲漏浸潤壩腳，影響大壩安全。底板厚度不滿足規范要求，沒有消力池和海漫段，溢洪道底板未進行襯護，水庫溢洪時將沖刷該段陡坡，危及溢洪道安全，溢洪道底板無襯砌，邊墻已損壞，溢洪道泄槽內雜草叢生，溢洪道出口沒有消能設施。排洪道寬度和高度不夠，溢洪道出口有塌方堵塞，影響下游泄洪。

2.2 加固措施

根據《溢洪道設計規范》（SL 253—2000）規定，溢洪道邊墻沿基面的抗滑穩定可按抗剪強度公式進行計算。

式中：Kc為按抗剪強度計算的抗滑穩定安全系數；規范要求正常工況（基本組合）Kc≥[Kc]=1.1；校核工況（特殊組合）抗滑安全系數Kc≥[Kc]=1.05；f為邊墻與基礎接觸面的抗剪滑摩擦系數，f=0.35；ΣW為作用于邊墻上的全部荷載對計算滑動面的法向分量；ΣP為作用于邊墻上的全部荷載對計算滑動面的切向分量。

設計保留明渠凈寬，設計溢洪道進口為喇叭口式進口，控制段為寬頂堰。拆除原邊墻砌體，重新用M7.5漿砌石重力擋土墻護坡；保留原有渠底高程，開挖并平整溢洪道；對出口塌方進行處理，并修建消力池；增加跨溢洪道交通橋。設計跨溢洪道交通橋為1跨現澆鋼筋砼梁板橋，兩邊設置護欄，兩邊墩為C25毛石砼橋臺、設計荷載汽-5。欄桿采用C20鋼筋砼，橋面鋪裝層采用C25防水砼澆筑，橋臺頂上為C25鋼筋砼橋帽。

2.3 常見的工程質量問題及對策

溢洪道底板混凝土厚度不足，分縫不夠，溢洪道擋土墻未設置排水管，排水管管后未設置反濾包，容易造成堵塞，起不到排水的作用。

對策：加強現場測量，采取鉆芯取樣，控制底板混凝土厚度，按照設計圖紙注意預留分縫位置，在擋土墻上采取梅花樁形狀布置排水管，并用卵石、碎石、細沙等用土工布包裹好，做為排水管管后的反濾包，防止排水管被淤泥堵塞。

3 輸水隧洞加固設計

3.1 加固前存在的問題

輸水涵管內壁砼嚴重老化，露石，砂漿脫落，多處裂縫漏水，漿砌石的襯砌砂漿老化，滲漏嚴重，輸水建筑物的金屬結構不能安全使用，輸水涵管砼和漿砌石襯砌老化，出現裂縫漏水。輸水涵管內壁砼嚴重老化，露石，護襯的漿砌石砂漿也老化、風化，滲漏嚴重。

3.2 加固措施

一般均為新建輸水隧洞，常見的為無壓隧洞，而且圍巖巖石較破碎，因此本次設計荷載組合采用圍巖壓力+襯砌自重的形式。本次計算取隧洞進出口處斷面為計算斷面，以1 m為計算長度。按松動介質平衡理論計算圍巖壓力。根據《水工隧洞設計規范》（SL 279—2002），Ⅴ類圍巖、無壓的洞段采用結構力學法計算，本次設計采用查表法計算襯砌結構。水力要素計算按各渠段設計流量、最大流量（加大20%）、最小流量3種情況計算，洞身水力計算采用等速流公式計算：Q=ωV。

3.3 常見的工程質量問題及對策

一般常見的工程質量問題出現在洞身的接縫處，此處一般容易漏水，洞身一旦發生滲漏，則山體的自然滲水容易通過滲漏通道下滲至隧洞內，大量的滲水帶走山體淤泥，長期堆積在隧洞內，容易導致隧洞堵塞，影響正常運行。

對策：加強洞身接縫處的防水、止水措施，加強混凝土振搗，避免欠振、漏振，保證混凝土澆筑質量，運行管理過程中要注意巡檢，發現有滲漏情況立即采取灌漿止水的措施，保證隧洞正常運行。

4 防汛搶險進庫公路、管理房設計

4.1 加固前存在的問題

防汛搶險進庫公路坑坑洼洼，雨天路滑無法通車，壩首無管理房，水庫工程管理條件落后，交通與通信設施不能滿足防汛搶險要求，大壩安全監測及管理設施差，大壩運行管理綜合評為“差”，水庫無水文測報，現場未配備滲漏觀測設施及觀測儀器，觀測工作不能按規范執行，缺乏安全監測成果資料。

4.2 加固措施

修建防汛公路，以滿足防汛搶險要求。設置大壩沉陷、位移及滲漏等安全監測設施，建立自記雨量計及自記水位計。配套交通及管理設施。

由于小型水庫原沒有管理值班房和相應的管理設施、設備，所以一般建議新建管理用房面積為20～40 m2，采用磚混結構，其中包括廚房、休息室、值班室。房址選在右壩肩的山腳。配套相應的辦公設施和設備。管理房用電從下游的村莊接。

4.3 常見的工程質量問題及對策

泥結石路面厚度不足，管理房后期無人管理，管理房門窗容易被人為破壞。

對策：加強施工管理，控制泥結石路面厚度，保證防汛道路暢通無阻。管理房加裝鋁合金防盜網，內穿12 mm螺紋鋼筋，防止人為破壞門窗，同時派駐水庫管理人員，長期駐扎水庫管理房，加強水庫巡檢，保證水庫正常運行。

5 結語

通過這些水庫防滲加固措施，大壩達到了防滲標準，在水庫的運行過程中起到了至關重要的作用。水庫發揮了防洪、灌溉、養殖、旅游等作用，效果良好，獲得了較好的社會效益和經濟效益。

參 考 文 獻

[1]SL 252—2000，水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].

[2]DL 5021—93，水利水電工程初步設計報告編制規程[S].

[3]SL274—2001，碾壓式土石壩設計規范[S].

[4]SL 189—96，小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則[S].

[5] SL/T 191—96，水工鋼筋混凝土結構設計規范[S].

[6]SL 253—2000，溢洪道設計規范[S].

[7]SL 279—2002，水工隧洞設計規范[S].

[責任編輯：陳澤琦]