水利大壩除險(xiǎn)加固的設(shè)計(jì)與施工

吳 劍

(貴陽市水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽 550001)

1 大壩的基本情況

目前大部分水利大壩隨著流水的不斷拍打和侵蝕，大壩的石壁上已經(jīng)出現(xiàn)了裂縫，壩堤的高低程度參差不齊，諸多這樣的問題直接成為了大壩的安全隱患，如何對大壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固，成了迫在眉睫的問題。

2 水利建筑中存在的缺陷

經(jīng)過長期的運(yùn)作，大壩多多少少也出現(xiàn)了質(zhì)量上的缺陷，這直接影響了水利系統(tǒng)的正常運(yùn)營。

2.1 沒有滿足壩體的規(guī)范要求

主壩的殼體和墻心的填筑壓實(shí)度沒有達(dá)標(biāo)，在過去，對水庫的大壩進(jìn)行過實(shí)地勘察，通過實(shí)體建筑勘察，了解壩體的填筑情況。期間，通過鉆孔，探井和物探類似的主要方式，進(jìn)行測試，得到結(jié)論是大壩的平均的壓實(shí)度為0.86，壩殼為0.91，很顯然，這兩個(gè)指數(shù)都沒有達(dá)到要求的平均水平。另外，壩體土的均勻性很差，有的地方還有塌方的跡象，這對水利工程的安全形成一大隱患[1]。

2.2 壩基和壩肩

構(gòu)成壩基和壩肩的巖石在隨著時(shí)間的推移會(huì)受到一定程度上的腐蝕，對于產(chǎn)生的沙土泥渣要進(jìn)行及時(shí)的清理，不然會(huì)有透水的現(xiàn)象，極大地破壞了大壩的安全性。

3 大壩除險(xiǎn)加固的設(shè)計(jì)方案

3.1 壩頂和壩坡的設(shè)計(jì)

水庫大壩的壩頂應(yīng)該有排水系統(tǒng)，因此壩頂?shù)呐潘O(shè)計(jì)可以讓壩頂?shù)钠露葍A斜約20°，并且在大壩下游鋪設(shè)路緣石，與排水溝相連。

大壩壩身的坡度應(yīng)當(dāng)與壩高、壩型、壩基和力學(xué)相結(jié)合進(jìn)行定奪。同時(shí)還要依據(jù)壩身的載荷量科學(xué)的計(jì)算壩坡的滲流和穩(wěn)定性，最后評定大壩是否符合穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)。

大壩上游的護(hù)坡可以根據(jù)實(shí)際情況建設(shè)1個(gè)戧臺(tái)，依據(jù)安全穩(wěn)定，節(jié)約資源，便于施工的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，打造成預(yù)制混凝土塊，預(yù)制干砌石的護(hù)坡形式。

要注意的是，預(yù)制干砌石護(hù)坡要留有足夠多的排水口和縱橫縫，護(hù)坡底部要設(shè)有基座[2]。壩坡厚度要依據(jù)反濾和雨水風(fēng)浪沖擊拍打的要求設(shè)定。如圖1所示。

3.2 主壩采取的加固措施

在風(fēng)化的巖層里鉆孔是很困難的，水壩的壩基在5～20 m時(shí)，可以采取帷幕灌漿的方式進(jìn)行灌漿。防滲施工時(shí)必須保證墻心質(zhì)量，一點(diǎn)也不能遭到破壞。主壩進(jìn)行加固，首先要修筑全長為360 m塑性混凝土防滲墻[3]。如圖2所示。

圖1 預(yù)制干砌石護(hù)坡示意圖

圖2 帷幕灌漿防滲施工方法示意圖

3.2.1 防滲墻設(shè)計(jì)

塑性混凝土是建構(gòu)防滲墻的主要材料，所以在施工時(shí)，采用膨潤土漿液固定墻壁，采用兩鉆法進(jìn)行穿鑿，再用混凝土泵送澆注。首先，在施工過程中先用沖擊鉆鉆主孔。

3.2.2 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

壩基如果出現(xiàn)風(fēng)化巖，采取帷幕灌漿的處理方法，帷幕灌漿與混凝土連成一體，防滲墻內(nèi)的鋼管通過預(yù)埋產(chǎn)生，導(dǎo)致鋼管底部產(chǎn)生了風(fēng)化巖，這時(shí)最恰當(dāng)?shù)奶幚矸绞骄褪怯冕∧还酀{的方法。

在防滲墻中間預(yù)埋管徑為10 cm的鋼管，間距與鑿孔的孔距一樣均為2 cm，用定位安裝架固定預(yù)埋的鋼管，主要是在鑿孔，清孔之后，混凝土澆筑之前進(jìn)行即可。

直徑為20 mm的定位架由鋼管連接而成，垂直方向距離定位架10 m。

鋼管完成之后，開始對混凝土進(jìn)行澆注，強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計(jì)的80%采用鉆孔灌漿。

3.3 灌溉發(fā)電隧洞的建筑加固設(shè)計(jì)

外界環(huán)境的影響，導(dǎo)致洞壁巖石剝落的跡象，如果沒有被及時(shí)清理，就會(huì)擴(kuò)大剝落的程度，所以清理時(shí)要觀察實(shí)際情況，注意周圍是否也被波及到的范圍。

外界微生物不斷地腐蝕，導(dǎo)致鋼筋外露，破壞了水利工程的穩(wěn)固性，千里之體潰于蟻穴。做好鋼筋的防護(hù)措施，避免腐蝕，另外，可以用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，穩(wěn)固洞口。

3.3.1 環(huán)氧砂漿建筑設(shè)計(jì)

最能體現(xiàn)工程的穩(wěn)固性，主要在環(huán)氧砂漿和混凝土以及鋼筋外露的地方，清理壩基底部混凝土鋼筋外露的地方，及混凝土表面的乳皮，露出新的糙濾面，但不能讓糙濾面受到污染，以達(dá)到防止鋼筋受到腐蝕。

施工的時(shí)候，修補(bǔ)部位進(jìn)行鑿毛處理，用鋼刷在鋼筋外露的地方反復(fù)刷，處理掉外露部位的污染物及銹跡。用棉紗泡過丙酮擦拭基面，到丙酮揮發(fā)掉，混凝土變白之后，再涂刷基液。

3.3.2 環(huán)氧玻璃絲布建筑設(shè)計(jì)

清理已經(jīng)被腐蝕生銹的鋼板并進(jìn)行鑿毛，按照環(huán)氧砂漿施工工藝在鋼板上面涂刷一層10 mm的環(huán)氧砂漿，并在環(huán)氧砂漿上面黏結(jié)0.25 mm厚的環(huán)氧玻璃絲布，使用前先用肥皂液進(jìn)行脫蠟處理，粘貼≥1 mm厚度的四層環(huán)氧玻璃絲布。

3.4 壩體培厚施工

壩體培厚施工包括基礎(chǔ)開挖、堆石料填筑、風(fēng)化料填筑和壩體反濾過濾料填筑等。

3.4.1 基礎(chǔ)開挖

采用挖掘機(jī)進(jìn)行基礎(chǔ)開挖，必要時(shí)輔以人工清理，采用流水作業(yè)，開挖自上而下一次性完成。

通常施工工序是撒開挖線、清理場地、開挖、推土機(jī)集中、裝運(yùn)和棄土平整。

開挖時(shí)應(yīng)當(dāng)采用挖一段回填一段的方法，防止壩體產(chǎn)生新的滑動(dòng)。

3.4.2 堆石料填筑

堆石料的填筑呈現(xiàn)為堆石料解小、石料運(yùn)輸、灑水、鋪料、推平、碾壓、質(zhì)檢與驗(yàn)收。

堆石料鋪筑一般采用進(jìn)占法，先使用推土機(jī)推平，然后人工找平。

為了保證碾壓施工的質(zhì)量，在碾壓前應(yīng)當(dāng)適量灑水，進(jìn)行振動(dòng)平碾碾壓，當(dāng)空隙率和壓實(shí)干容重滿足施工要求后再進(jìn)行下一層填筑施工，施工時(shí)要嚴(yán)格控制鋪筑厚度、壓實(shí)質(zhì)量。

3.4.3 風(fēng)化料填筑

風(fēng)化料的一般填筑程序?yàn)轱L(fēng)化料開挖、運(yùn)輸、灑水、鋪料、推平、質(zhì)檢、下一層填筑。

3.4.4 壩體反濾過渡料填筑

反濾料填筑一般采用砂、碎石的混合料。為了確保反濾料能夠和壩殼料平起填筑，在施工時(shí)應(yīng)當(dāng)先填反濾料。

鋪筑施工時(shí)應(yīng)當(dāng)注意:反濾過渡料的含泥量、材質(zhì)級(jí)配、有效寬度厚度、鋪筑位置等均要符合設(shè)計(jì)要求，在施工過程中避免混入其他料物和雜物，反濾層內(nèi)不得設(shè)置縱縫，反濾料的填筑層次不得發(fā)生錯(cuò)位，有效寬度不可以隨意減小。

3.5 截滲、返濾、排水加固設(shè)計(jì)

大壩的壩體應(yīng)該控制滲流量，使之處在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，以達(dá)到水庫滲流量穩(wěn)定的要求。壩基和壩坡與防滲體連接必須符合抗?jié)B的要求，通?？梢圆捎酶邏盒龂娀炷翂炷两貪B墻板、在上游壩腳處設(shè)置截水槽等方法進(jìn)行壩基截滲。壩基截滲設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與壩體截滲設(shè)計(jì)相結(jié)合，選用較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

壩體的返濾和排水加固可以通過在壩體基部預(yù)埋鋼管的末端滲流部位設(shè)置過渡層或反濾層，處理滲流溢出。

根據(jù)施工方法和材料用途，確定反濾層的厚度。在滲流溢出的部位設(shè)置排水管，可以通過貼坡排水法，綜合采用壩頂、壩體、壩坡截水、集水、排水措施。

3.6 溢洪道加固設(shè)計(jì)

3.6.1 進(jìn)水段

溢洪道進(jìn)水渠段總長28.0 m，寬47.6 m，兩側(cè)采用直立式導(dǎo)墻。前段18 m導(dǎo)流設(shè)置為下潛式;后段接控制段導(dǎo)墻長10 m，頂部高程71.6 m;兩側(cè)導(dǎo)墻均采用C20埋石混凝土，導(dǎo)墻頂寬0.8 m，墻背坡比為1∶0.5。進(jìn)水渠底板為現(xiàn)澆C20鋼筋混凝土，底板高程為65.1 m，厚0.5 m。底板設(shè)有縱橫縫。

3.6.2 控制段

溢洪道控制段長35.0 m，寬47.6 m，溢流堰堰型為寬頂堰，寬頂堰坎高1.0 m，斜坡式進(jìn)口，堰頂高程66.1 m。

兩側(cè)邊墻為C 20埋石混凝土重力式擋墻，頂高程71.6 m，頂寬0.8 m，墻背坡比1∶0.5，導(dǎo)墻迎水面層布鋼筋網(wǎng)。

堰底板為現(xiàn)澆C 20混凝土鋼筋混凝土，厚1.0 m。底設(shè)置有縱橫縫及縱橫排設(shè)施。

3.6.3 泄水段

泄槽段采用矩形斷面，長100.00 m，寬47.6 m，縱坡i=0.196，泄槽邊墻為C20埋石混凝土重力式擋墻，頂寬 0.8 m，墻背坡比為1∶0.5。

泄槽中段邊墻高3.5 m，邊墻上端接控制段邊墻，下端接消力池邊墻，底板為現(xiàn)澆C20鋼筋混凝土，厚1.0 m。

底板設(shè)有縱橫縫及縱橫排設(shè)施。

3.6.4 消力池

消能防沖設(shè)施型式為底流消能，經(jīng)水力計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)狀、地質(zhì)條件確定消力池長41 m，深度3.8 m。底板為現(xiàn)澆C20鋼筋混凝土，底板面高程46.5 m，厚1.2 m，迎水面層布鋼筋網(wǎng)。

底板縱橫分縫和設(shè)排水設(shè)施。消力池兩側(cè)墻擋墻采用C20埋石混凝土衡重式擋土墻，墻頂高55.7 m，頂寬 1.8 m，臺(tái)寬 1.8 m，底寬 4.3 m，底部采用樁基礎(chǔ)。消力池尾坎頂寬4.0 m，底寬4.0 m，高3.8 m。

4 結(jié)語

通過文章簡短的介紹，初步了解了水壩的除險(xiǎn)加固的措施，了解了水利工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固會(huì)給當(dāng)?shù)睾蜕鐣?huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，加固除險(xiǎn)除了能完善水利系統(tǒng)，同時(shí)也能提高水利工程整體的防洪系統(tǒng)，保障了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

在施工管理中，要做到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，對癥下藥，嚴(yán)格把握材料的選取和施工過程，確保每個(gè)環(huán)節(jié)都沒不必要的錯(cuò)誤，讓水壩發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)作用。

[1]伯永年.中國堤壩防滲加固新技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社，2001:7－8.

[2]牛運(yùn)光.病險(xiǎn)水庫加固實(shí)例[M].北京:中國水利水電出版社，2002:2－4.

[3]華靜，楊華舒，念紅芬.病險(xiǎn)土石壩防滲治理措施探析[J].云南水力發(fā)電，2005，21(04):21 －23.