水庫運行現狀及除險加固措施

楊立兵，毛光海，劉楊濤

（1.云南省水利水電工程有限公司，昆明 650000；2.蒙自市水利勘測設計隊，云南 蒙自 661100）

1 引言

現階段，水利事業不斷發展，水庫建設工藝日漸成熟，給水庫的安全運營提供了技術保障。但我國的水庫數量龐大，一些早期修筑的水庫在多年的運行中，成為病險水庫，再加上運行管理方面所存在的不足，增大了水庫的運行風險，給水庫周圍人們的生產生活安全帶來了巨大的挑戰。伴隨著每年防洪任務的艱巨性，我國每年都在水庫運行管理和除險加固方面投入了巨大的資金，各個水庫都要根據自身的運行情況，來選擇最為恰當的除險加固方式。

2 工程概況

螞蚱沖水庫地處蒙自市芷村鎮，壩址位于南溪河上游北溪河支流的白詩河上，水庫與芷村鎮相距11 km，徑流面積22.45 km2，設計總庫容4.345×106m3，設計灌溉面積達1 302.67 m2，是區域內重要的水利工程，承擔著重要的灌溉、防洪等任務。根據該水庫工程的建設特點，包含了樞紐工程和輸水工程2 個組成部分，前者由攔河壩、導流隧洞、溢洪道、輸水涵管所構成，而后者則包含了輸水隧洞和輸水明渠。

2.1 地質概況

根據該水庫的地域特點，地處扭動構造體系中，位于鳴鷲“S”形構造帶與北西向構造體系組合型交接地帶，在北東和北西方向上存在有較多的斷裂和褶皺分布，因為存在切割和擠壓作用的影響，區域地塊的完整性不足。

2.2 地形地貌

在對該水庫加以清基處理以后，發現其河谷為不規則寬闊的谷底，且呈現“V”形，根據相應的測量結果，谷底寬度為26 m，底板高程保持在1 659.95～1 663.34 m，河谷口寬136.2 m，標高為1 414.38～1 714.73 m，高差在53 m 左右。河谷兩岸在當下開挖成了槽狀，基本表現出完整性和平直性。

3 水庫運行現狀

3.1 大壩工程存在問題

在該水庫工程中，大壩是其中的關鍵構成部分，在長時間的運行過程中，因為遭遇水力侵蝕，導致大壩的結構安全性和穩定性難以保持。此水庫工程中，大壩上游為塊石護坡，長時間的運行中，存在著嚴重的風力侵蝕，再加上水位變動和風浪淘刷的影響，導致此處的塊石護坡呈現出凹凸不平的狀態，在正常蓄水位以上，存在有塊石翻起、墊層掏空的情形，增大了壩體結構的安全風險。在大壩下游為碎石護坡，在長時間的運行過程中，同樣受到了風化和水力侵蝕的影響，導致護坡存在著明顯的缺失情況，在裸露壩坡處的水土流失嚴重[1]。一旦水庫運行時庫區水位超出了正常標準，在壩體左壩端后壩坡坡腳位置處，存在著滲漏水問題。下游排水體的破壞嚴重，難以保持大壩的正常使用。

3.2 溢洪道工程存在問題

此水庫工程在建成投入使用以后，在當下的條件下，溢洪道也出現了問題，具體表現在以下方面：（1）溢洪洞出口消力池在多年的運行過程中，在邊墻和底板等部位存在著或大或小的裂縫，且這些部位的表面混凝土存在著局部脫落，無法與當下的防洪抗沖要求相一致，增大了水庫運行風險。（2）此水庫工程的尾水渠為土渠，多年的運行中，此處的淤積問題嚴重，渠道沒有定期清理，致使渠道中不僅淤積了大量的泥沙，還雜草叢生，邊坡部位存在坍塌，難以在雨季發揮渠道的泄洪作用[2]。（3）溢洪道右側的墻體出現了開裂現象，原有墻面上的砂漿抹面存在著一定的剝蝕現象。

3.3 輸水洞工程存在問題

此水庫中的輸水工程，輸水洞也在長時間的運行中，由于建設時的技術限制和后期的運行管理影響，存在以下幾方面的問題：在輸水洞進口段擋墻處，因為，此處的山體滑坡頻繁出現，導致擋墻破損嚴重；輸水洞進口段的底板也受到各種因素的影響而出現了明顯的損壞；閘門處存在滲漏水情況。

4 水庫除險加固措施

4.1 加強大壩防洪能力

針對水庫運行中防洪能力降低的情況，為實現水庫的除險加固，在開展水庫結構優化的過程中，應結合其現有的問題，進行適當的加固方案設計。比如，專業人員可針對水庫運行現狀展開詳細的分析，從多個角度對水庫開展評估和論證，根據論證結果，可采取增加壩高的方式。

總之，水庫的除險加固措施確定方面，應根據各種技術性、經濟性等的評估結果，來進行水庫安全風險的識別，經由除險加固來提升水庫的防洪能力。水庫中往往包含了多個構成部分，在開展除險加固的過程中，需結合每個結構部分所存在的險情，采取正確且有效的加固方式。

4.2 輸水洞除險加固

水庫運行的過程中，輸水洞也可能會面臨一定的險情。針對這一情況，為實現除險加固的目標，在開展輸水洞的除險加固工作時，應根據水庫輸水洞的具體情況，來采取有效的方式。水庫輸水洞中往往存在很多的階梯臥管布設，在長時間的水庫運行下，可能會出現漿砌石裂縫、水流沖刷底板、凍融破壞等各種問題，為減小輸水洞險情，專業人員可將現場既有的砌石及時清除干凈，隨后經由二次砌筑的方式來加以處理[3]。如果水庫所處現場的地質地形條件相對理想，可通過新打隧洞取代放水涵管或頂管施工，采用虹吸管的方式。

當下的水庫工程處理中，對于許多的山塘水庫，在放水涵管的更換方面，往往會通過大肆開挖的方式來處理，這種更換方式下，為達到良好的施工效果，應避免在更換時出現基礎不均勻沉降，且要確保回填壓實的全面性。當涵管安裝定位工作全面結束以后，兩側應做好土方回填工作。在這一處理環節，與涵管相接近的位置上，可能會引起土方壓實不足，導致壓實的密實度不達標，引起壩體的橫向裂縫。為消除這一問題，可在涵管安裝定位工作全面結束以后，在兩側利用混凝土填充并做好振搗處理。

4.3 提升大壩結構穩定性

很多水庫上下游壩坡位置處，其坡體相對陡峭，而壩頂部寬度卻相對較小，增大了大壩的安全風險。針對大壩的這種結構特點，在開展水庫除險加固的過程中，應對大壩進行相應的結構優化。為使得上下游壩坡更為穩定，專業部門要將壩頂表面上的雜物完全清理干凈，并將洞頂洞穴加以反復夯實，結合水庫的結構特點和防洪等級要求，適當將壩頂部位加以拓寬[4]。其次，需對迎水坡加以整修，使得背水坡厚度相對大一些。

壩體滲漏對于壩基穩定性的影響巨大，因此，要從根本上提升壩體結構的穩定性，相關施工人員在大壩的除險加固處理中，應進行相應的防滲漏施工。針對壩基和壩肩的防滲漏施工，可采用帷幕灌漿或者固結灌漿的方式。

4.3.1 帷幕灌漿

從水庫工程的大壩除險加固處理中，帷幕灌漿布置如下：攔河壩帷幕線全長270 m，為折線布置，里程為0+000.086～0+227.14，布設在壩軸線上游0.5 m 的位置處。此水庫中的帷幕灌漿布設的是單排孔，各個孔之間保持1.5 m 的距離。

為保障帷幕灌漿可以在該水庫除險加固中發揮其應有的作用，在施工方案確定時，應由建設單位、設計單位等在大壩的特定區域內進行帷幕灌漿試驗，結合此壩體的結構性質和分布特點，選取了3 個試驗區，在3 個試驗區內總共布設了15 個灌漿試驗孔和9 個檢查孔，灌漿段和非灌漿段長度分別為655.1 m、163.9 m。設計單位經由對灌漿試驗結果的全面分析，確定了對應的帷幕灌漿技術參數，其防滲透水率q≤10 Lu。

正式的灌漿施工作業實施之前，由專業人員負責對每個灌漿孔的孔口高程加以精準測量，在全部的準備工作結束后方可進入正式的施工環節。每個帷幕灌漿孔的布設過程中，都應該嚴格按照前期所設計圖紙來開展，灌漿材料選用P·O42.5級普通硅酸鹽水泥。為使帷幕灌漿可以有效實現對壩體的加固，灌漿遵循從上到下的順序，選用孔口封閉循環灌漿法[5]。鉆孔環節要借助于合金鉆頭來保障鉆孔效率，當鉆孔深度達到了設計深度后，由建設、監理、設計和施工單位來負責進行相應的驗收。針對此壩體結構的特殊性，遵循分序加密的原則，依次開展Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區的灌漿作業，在灌漿之前開展簡易壓水，且保持壓水壓力為該段注漿壓力的80%，檢查孔的壓水工作中，總體上采用5 點法壓水，注意對壓水壓力的科學控制。在特定的設計壓力下，灌漿段的注漿壓力要控制在最大設計壓力下，不超過1 L/min，持續灌注60 min。

4.3.2 固結灌漿

在利用固結灌漿法開展大壩加固的過程中，首先應進行固結灌漿的布置：固結灌共2 排，在0+019.39～0+148.39 壩軸線的上游和下游兩側分別進行灌漿孔的布置，孔深深入基巖的深度為5 m，總共布設有88 個灌漿孔，而檢查孔的數量是總孔數的5%。灌漿工作開始之前，專業的施工人員要對每個孔的孔口高程開展測量，在全部的前期準備工作結束后，進入正式的灌漿施工環節。此水庫工程中的固結灌漿試驗區處于0+082.39～0+094.39（一試區）、0+106.39～0+118.39（二試區），每個試區內的固結灌漿試驗孔都包含了上下游2 排，每一個布設的孔數都為5 個，總共有20 個試驗孔。固結灌漿法與帷幕灌漿法相類似，但在開展固結灌漿質量檢查時，卻采用的是單點壓水試驗法。

4.4 消能設施的布置

消能設施的安裝對于水庫的除險加固也有一定的作用。當水庫受到巨大的水流沖擊，一些結構面臨著沖毀的風險，而消能設施的安裝可以使得水流對水庫的沖擊能量得以減小，進而來降低對水庫造成的結構安全風險。水庫溢洪道很多都為土渠，且在早期的水庫建設中，在溢洪道的下游地區都沒有進行消能設施的安裝。針對溢洪道所存在的險情，可結合當地的地形條件，進行渠道的開挖，但一些水庫的渠底縱向坡度相對較大。在開展除險加固時，一般可進行拓寬挖深加固，但這種方式下可能需重新進行泄洪段縱向坡度的設計，不僅存在較大的工程量，且會造成周邊土地的過度占用。為克服加固中的這種難題，可直接對溢洪道進行對應的加固設計，從以下方面來加固：溢洪道泄洪段底板橫向增設多道消力坎；溢洪道末端進行消力池與海曼的布置。

5 結語

在我國，各種規模的水庫承擔著艱巨的防洪、灌溉任務。很多水庫在多年的運行過程中，因為管理制度的缺失，建設時的技術條件限制，無法保持最佳的運行狀態，出現了各種險情，危害了周邊人們的生命財產安全。因此，針對各種病險水庫，需要結合水庫的運行現狀，制訂水庫的除險加固方案，加強各種先進技術和材料的應用，提高水庫的建設質量和安全性能。