水利水電工程中的大壩加固設計技術分析

朱杰飛

廣州市白云區人和攔河壩管理所 廣東 廣州 510000

在對水利水電工程項目的大壩結構進行設計時，需要對當地地質狀況與地形條件等因素進行綜合分析，確保其與當地實際情況相符合。通過合理優化與完善大壩結構設計，可以進一步保證大壩施工的安全性，并使施工工期得到縮短，有效降低施工成本。因此，相關施工企業需要對水利水電工程大壩結構設計特點進行掌握，合理采取施工方式，并監測大壩結構的運行情況，使大壩運行的安全性和穩定性得到有效提高。

1 水利大壩工程的基礎處理特點

1.1 容易受到多方面因素影響

由于水利水電工程的大壩施工環境十分特殊和復雜，因此在具體施工中會受到許多因素所帶來的影響，無法有效控制各項參數。對此，相關施工企業需要在實際施工中嚴格把關各項工作內容，并科學處理與設計基礎工程，使大壩的安全系數得到提高。一旦無法保證基礎工程的設計與處理合理性，則會使水利水電工程運行風險有所增大，無法有效防御自然災害，進而引發相關安全事故[1]。

1.2 需要做好前期的勘察工作

在水利大壩工程的實際投入使用過程當中，往往會受到環境因素所帶來的影響，無法保障基礎結構質量，同時還會影響到上部結構指標。為了有效控制此現象，需要對工程的基礎施工質量進行保證。在具體施工中，需要有效勘查施工區域地質情況，并對水文以及地質等條件進行掌握，有效開展相關試驗，在確認無問題后方可落實后續施工作業。

1.3 質量評估存在一定的困難

在水利水電工程當中，大壩工程是一項隱蔽工程，在施工結束后質量驗收工作的難度相對較大。因此需要通過檢驗工程運行效果，對工程的建設質量達標情況進行了解。但在工程運行期間出現質量問題，無法有效開展返修工作，不僅會造成資源浪費，而且還會嚴重影響大壩建設質量。對此，相關施工企業需要在施工中有效控制各項環節的施工質量，保證科學合理的開展各項工作，從而使基礎工程的施工質量得到保證[2]。

2 水利水電工程大壩的現狀

我國地域面積遼闊，大部分地區都處于季風區，有著降水分布不均勻的特點。我國的旱澇災害發生頻率較高，對我國社會經濟發展、人民的日常生活造成了非常多不便。我國的水利工程有著較長時間的應用歷史，隨著近年來我國水利水電工程技術的發展，我國的水利水電工程的數量與規模相較以往有了大幅度的增加與擴大，人們對于水利水電工程的要求也變得越來越高。隨著我國水利水電工程使用年限的增加，有一部分大壩出現了性能下滑問題，大壩出現了滲漏、塌陷等問題。必須對正在投入使用的大壩進行進一步的返修，對大壩存在的安全隱患加以控制。還有一部分大壩因為修建的時間比較早，采用的施工材料和施工技術都比較單一和落后，在長期使用的過程中，穩定性變得越來越低。對于水利水電工程的正常運作有著較大的影響。除此之外，有部分水利水電工程在設計的時候就存在著方案不合理問題，在長期使用的過程中也得不到重視，裂縫、坍塌現象時有發生。隨著近年來我國城市化進程的加快，人們越來越重視生態環境的保護。水利水電工程作為保護生態環境、調節生態平衡、避免水土流失的重要措施，發揮著重要的作用。如果大壩在使用過程存在風險，將對我國社會經濟的發展、居民的日常生活產生消極影響，嚴重者甚至會威脅到我國居民的生命安全與財產安全。在新時期，我國的水利水電工程面臨全新的挑戰與機遇，國家對于水利水電工程的資金投入也在不斷增加，原來越多新技術、新工程的應用與建設，推進了我國水利水電工程的發展。我國的水利水電工程現階段雖然已經處于世界前茅水平，但是仍需要重視大壩加固技術，針對現階段水利水電工程大壩中存在的問題采取相應的加固措施，確保我國居民的生命安全與財產安全。

3 水利水電工程中大壩容易出現的問題

3.1 大壩滲漏

對于水庫大壩而言，蓄水防洪是其具有的一項重要功能，但在實際應用水庫大壩時可以發現，由于一些水庫大壩是在特定時間設計，在統計和計算庫區洪水量時存在紕漏，大壩具有的防洪能力無法滿足實際情況，因此與大壩預防使用標準不符。與此同時，部分地區的水庫由于在工程施工階段存在技術限制，因此在水壩防滲設計方面不夠合理，相關施工作業開展也不夠到位，出現了漏水、滲水等問題，對水庫的蓄水防洪能力產生了嚴重影響，也威脅到了當地居民的正常生產和生活。

3.2 大壩主體

根據水利部門測算可以知道，大壩主體問題是水利工程當中的一類常見問題，具體包括以下幾個方面。首先，大壩結構設計不符合現行標準。通過實際勘察可以發現，一些大壩主體的坡度設計不夠合理，未對壩體的透水性進行充分考慮，一旦年降水量較大，將會超過壩體承受的壓力極限，進而嚴重影響大壩主體。其次，在修建大壩時由于受到科技水平方面的限制，因此主要采用人工作業形式，無法有效保證填土質量，大壩的垂直密度不符合預期標準，碾壓工作也不夠到位，導致大壩主體中間有軟弱層存在。在此情況下，大壩長期受到雨水影響，嚴重損害了壩體的個別位置，無法有效保證壩體根基的穩固性。當情況嚴重時，會由于地面下沉等原因而導致壩體開裂和塌方，進而對當地居民的生命財產安全造成嚴重威脅[3]。

3.3 引水涵與溢洪道

對于大壩而言，引水涵與溢洪道也是問題高發部位。其中，引發引水涵問題的主要原因有兩個，一是引水涵的施工材料與現行施工標準存在差異，引水涵的施工材料強度已經無法滿足現階段水利水電工程發展的需求；二是大壩工作人員在日常工作中沒有定期對引水涵進行檢查，導致引水涵在實際使用的過程中出現了滲水與漏水的現象。如果引水涵出現問題不加以重視并予以處理，那么漏水部分便會不斷累積，大壩主體的安全受到影響。而引發溢洪道問題的主要原因則更多地是設計方面的問題，如果溢洪道的設計不夠合理，那么大壩的泄洪能力就無法滿足相關規范標準的要求，導致在關鍵時期溢洪道難以發揮其作用，對我國人民的生命安全與財產安全產生嚴重的影響。

3.4 壩體結構與標準數據差異較大

壩體結構是確保水利水電工程大壩穩定運行的重要因素，而在水利水電工程大壩長期使用的過程中，很多大壩的壩體結構數據已經脫離了標準數據。例如承重墻體、殼體部分的夯實度低等，都是壩體結構常見的問題。以往修建大壩時，會使用機械鉆孔、人工作業等方式進行施工，這就導致了施工的過程中與圖紙標準會存在一定的差異，在長期使用的過程中，壩體的水平密度與強度都會出現問題。尤其是大壩墻體的壩土分布，如果壩土分布不均的話，就會導致壩體受損，引發塌方。

3.5 大壩基礎位置位移

在大壩壩體基礎位置的加固上，施工部門通常會使用方石進行加固。但是在大壩長期投入使用的過程中，水流會對方石進行侵襲與腐蝕，這就導致了方石出現了水平位移現象，加固作用被大幅削弱。在大壩加固的過程中，如果有沙土殘留，也會引發壩體透水現象，進而影響到大壩的整體質量。位移問題是影響大壩穩定性的主要問題，在水土壓力作用下，如果大壩在建設過程中基礎加固設計存在問題，則發生位移的可能性較大，直接影響大壩整體的安全。因此，對大壩基礎進行加固設計是預防壩體位移、提升大壩穩定性的關鍵，在實際設計中，需充分考慮影響大壩位移的各類因素，對大壩各部位進行加固設計，實現大壩整體穩定性的提升。

4 水利水電工程大壩加固設計技術應用

進行水利水電工程大壩加固設計，目的是提升大壩整體施工質量，保證大壩在實際使用中穩固，減少滲漏、位移等不良事件的發生。水利水電工程中，大壩作為重要建筑，在涵養、調節水源等方面發揮著重要作用。雨季，水庫、大壩具有排水、泄洪的作用，對凈流量能夠隨季節進行調整，雨季蓄水、旱季泄水，保證了下游工農業的用水需求。大壩建設具有周期長的特點，諸多施工環節都對大壩整體建設質量有影響，所以通過大壩加固設計，對大壩可能出現的病害進行預防，是保證大壩整體建設質量提升的關鍵。在加固設計中，需從大壩施工中不同部位、不同結構方面進行加固設計，具體如下：

4.1 壩頂、壩坡加固設計

通常來說，在水庫大壩的加固設計過程當中，首先需要合理設計壩頂壩坡。在實際應用水庫時，壩頂需要對部分排水任務進行承擔，因此需要確保具有良好的排水效果。在設計工作當中，需要有效保障壩頂路面設計的有效性與合理性。在路面設計施工時，需要確保壩頂路面的傾斜度，通常應向下游方向合理傾斜，這樣一來可以使壩坡的橫向排水溝與排水口有效連接。與此同時，還需要在下游位置對路沿石進行鋪設，從而使壩頂的排水功能得到增強。除了要設計壩頂路面以外，相關設計人員還應對壩頂高程設計方案進行合理制定，精確合理的計算壩頂高程，確保壩頂高度與寬度能夠符合相關安全標準。水庫大壩的邊坡比需要結合壩高、壩基、壩型以及壩體等水壩基本情況，并運用物理學原理來進行精確計算。對于爆破的抗法以及滲流穩定性，需要結合壩體所承受的重力壓力來進行計算。通過保證水泵的基本物理參數，可以更好地發揮出大壩具有的排水功能，為大壩除險加固打下堅實基礎。

4.2 放水洞和溢洪道加固設計

現如今，許多水庫由于受到多種因素的綜合作用，進而出現了相應的安全問題，這需要相關施工企業有效開展除險加固工作，而其中溢洪道和放水洞的加固設計與施工十分重要。因此，相關施工企業需要根據水庫大壩的具體情況，嚴格按照合理、節約、安全以及可靠等原則，對放水洞進行除險加固設計。在具體設計過程當中，需要有效加固和修補相關的隱患部位，除了要加固混凝土矩形涵洞以外，還需要全面修補和加固洞身，對環氧砂漿、防水涂料以及高強砂漿等進行涂抹。這樣一來，不僅能夠有效修補涵洞縫隙缺陷，而且還可以加固放水洞。除此之外，為了充分保證泄洪的通暢性以及大壩安全性，需要結合大壩實際情況對溢洪道進行加固，嚴格按照相關標準對尾水渠端、控制端以及線槽段等進行設計與施工，使大壩的性能保持穩定，發揮出大壩具有的功能。

4.3 截滲、反濾與排水加固的設計

大壩穩定性與水流控制具有密切聯系。在大壩除險加固過程當中，需要高度重視水流量的控制。具體來說，相關施工企業需要充分進行實地考察，明確壩體與壩基的地質情況，并結合實驗分析和精確測算，對大壩的實際承載水量和抗腐能力進行明確。與此同時，還應對水流進行合理控制，確保滿足相關的安全標準。在處理抗滲問題時，需要結合相關實驗進行分析與測算，對安全可靠的抗滲材料進行選擇。通常來說，需要對高壓懸噴混凝土墻進行有效應用，從而使壩基滲漏現象得到有效截斷[4]。進行壩體排水及反濾加固設計時，可以將過濾層、反濾層設計在壩下埋管的末端滲流部位，對滲流問題進行處理。除此以外，將排水管加入滲流出逸部分，通過貼坡排水法的應用，也能實現加固的目的。

4.4 優化大壩頂端位置與坡度的規劃設計

在大壩修筑的過程中，施工單位會預留壩體排水設備，通常在設計大壩頂端排水環節時，將坡度通常設置成20°，并且會在大壩壩體的底部設置路緣石，將大壩底部與排水溝渠有效連接。

在設計壩體坡度時，通常會根據壩體的體積、壩體的占地面積、壩體的高度、壩體的規模、水流的流速進行規劃。坡度值的設計要根據大壩的承重水平進行設計，要確保大壩修筑完工后，再進行性能測試，要確保規劃與標準得到滿足后才能投入使用。在壩體的上游應設立相應的保護坡，提升壩體的穩定性。盡可能以一個較低的施工強度提升壩體的性能，減少建筑材料的消耗。在壩體建筑材料的選擇上，通常會選擇抗沖刷性與耐磨性比較強的混凝土。保護坡堆砌時，要提前預留號排水孔，并在保護坡底部安裝好相應的壩體基座。

4.5 加固主壩的具體措施

在防滲墻預埋鋼管時，鋼管底部非常容易產生風化巖，因此在加固壩體設計過程中，工作人員應該意識到，風化巖層的鉆孔難度是非常大的，可以采用帷幕灌漿的方式開展灌漿工作，將混凝土與帷幕灌漿相連即可。在防滲墻的設計上，應選用塑性混凝土作為防滲墻的主要材料，膨潤土漿液將墻壁加以固定，利用兩鉆法進行穿鑿，最后用混凝土泵送澆筑即可。

5 結束語

綜上所述，隨著我國經濟的快速發展，水利水電事業也進入到全新發展時期當中。在水庫大壩的日常運行過程當中，為了使大壩具有的重要作用得到充分發揮，也為了使人們的生命財產安全得到保障，需要對水庫大壩有效采取除險加固措施，使大壩運行期間的安全性和穩定性得到有效提升。通過有效開展大壩除險加固工作，一方面可以促進我國水利事業的快速發展，另一方面還能夠提升社會經濟建設水平。因此，相關施工企業需要科學合理的開展大壩加固設計工作，從而有效消除水患，促進水利水電工程行業的健康發展。