中小型水庫的除險加固設(shè)計研究

周浩天

【摘 要】本文介紹了中小型水庫的概況和一般存在的工程問題，介紹了中小型水庫加固設(shè)計中易遇到的問題，并對加固設(shè)計中應(yīng)注意的關(guān)鍵和一般加固方案進行了探討。

【關(guān)鍵詞】中小型水庫；加固；設(shè)計；非工程措施

Design Danger small reservoir reinforcement

Zhou Hao-tian

(Wujiaqu NongLiuShi Survey and Design Research Ltd Wujiaqu Xinjiang 831300)

【Abstract】This paper describes an overview of the small and medium sized reservoirs and engineering problems exist in general, about the issues that small reservoir reinforcement design easily met, and reinforcement design should pay attention to the key and the general strengthening program were discussed.

【Key words】Small reservoirs;Reinforcement;Design;Non-engineering measures

1. 我國中小型水庫現(xiàn)狀

目前，我國已建成水庫共有8萬多座，水庫總庫容近5000億立方米。由于這些水庫大部分修建于50年代到70年代，限于當時的歷史條件和由于水庫設(shè)計、施工、運行管理中存在的問題，部分水庫達不到國家規(guī)定的防洪標準，而且隨著水庫運行時間延長，水庫設(shè)施和各種設(shè)備不斷老化，有些水庫工程存在較嚴重的質(zhì)量問題，水庫不能正常運行，“汛期不敢蓄水，汛后無水可蓄”，國家投巨資興建的水庫不得不低水位運行，達不到調(diào)蓄水資源的目的，嚴重影響水庫工程效益的發(fā)揮。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，全國存在病險問題的水庫所損失的防洪庫容高達55億立方米、興利庫容約120億立方米。水庫的病險問題也給水庫下游城鄉(xiāng)人民群眾生命財產(chǎn)的安全構(gòu)成威脅，一些城市和縣城由于地處水庫下游，猶如“頭頂一盆水”，如果水庫險情得不到及時處理，后果將是十分嚴重的。

2. 存在問題

由于大多數(shù)水庫建于20 世紀50年代后期至70 年代初期，在此期間修建的中小型水庫多屬“三無”或“三邊”工程。因此，中小型水庫存在很多問題：

2.1 病險率高，病害嚴重。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)有中小型病險庫三百多座，占中小型水庫總數(shù)的40％左右。防洪標準低、大壩滲漏、裂縫和壩坡滑塌、溢洪道泄洪標準不夠、放水建筑物不能發(fā)揮正常功能等問題普遍存在。僅小型水庫中，全省就有114 座小（一）型水庫和208 座?。ǘ┬退畮斓姆篮闃藴蔬_不到部頒除險加固非常運用標準。

2.2缺乏大壩安全觀測、水情測報和防汛搶險設(shè)施，工程盲目運行，極易失事。

2.3 管理工作薄弱，特別是鄉(xiāng)村管理的小型水庫，日常管理和養(yǎng)護工作無人負責，安全管理責任無法落實。

3. 中小型水庫病險原因分析及對策

3.1 壩基滲漏。很多病險庫都存在壩基滲漏問題，究其原因有很多，但大多數(shù)病險水庫是因為水庫在上世紀50 至70 年代建成，屬于“三邊”工程，對壩基沒有很好的按技術(shù)要求進行處理，不是清基不到位導(dǎo)致壩基壩體接觸面成為滲水薄弱環(huán)節(jié)，就是截水槽的開挖深度不夠，留下了滲水通道，或者壩體填筑標準不夠，壓實度根本滿足不了設(shè)計要求，給壩體穩(wěn)定埋下安全隱患。有些水庫的壩基滲漏是因為壩基位于覆蓋層上，而覆蓋層的滲透系數(shù)大，允許滲透比降較低，原設(shè)計的壩基截水槽或者其它處理措施的深度沒有達到相對不透水層或者截水懸掛帷幕的深度不夠，不能有效的阻止?jié)B漏或延長滲徑，甚至就根本沒有進行壩基處理。針對這些情況，可結(jié)合覆蓋層的深淺、庫區(qū)情況、附近粘土料源實際進行垂直截滲或者水平鋪蓋。如果覆蓋層很厚，而附近又有豐富的粘土料源，施工沒有太大困難，則采取水平鋪蓋是比較適宜的；相反，如果附近沒有粘土料源，覆蓋層又較薄，采取垂直防滲的優(yōu)越性就比較明顯。在垂直截滲墻的方案選擇中，還應(yīng)根據(jù)覆蓋層的顆粒級配情況，施工場地情況，結(jié)合經(jīng)濟指標分析進行選擇。如覆蓋層為砂卵石，厚度超過30m，選擇混凝土截滲墻比較穩(wěn)妥；如果為粉細砂，厚度又較小，則采用高噴灌漿即可。

3.2 壩體滲漏。壩體滲漏多由于壩體填筑材料或者填筑標準不符合要求，密實度不夠，滲透系數(shù)偏大。針對類似這種情況，采取如下三種措施比較適宜：

3.2.1 首先應(yīng)對壩體進行必要的充填灌漿，增加壩體的密實度，然后在壩體上游坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜，要注意處理好土工膜與壩基的結(jié)合部位。

3.2.2 采用劈裂灌漿，劈裂灌漿利用了壩體填筑的自然應(yīng)力狀態(tài)，是一種既節(jié)約又效果良好的措施。對于壩體填筑標準不符合要求的，可以劈裂兩排，不但可以在兩排之間形成很好的防滲層，而且因為其灌漿壓力較大，還可以在兩排灌漿孔以外的一定范圍內(nèi)，對壩體起到較好的加固作用。另外，還可以將壩基一定深度地劈開，對壩體和壩基的結(jié)合面也起到很好的防滲作用。

3.2.3 根據(jù)工程的具體情況，采取在上游壩坡貼防滲斜墻、鋪設(shè)復(fù)合土工膜、加大壩體斷面等措施。例如黃陵鄭家河水庫的壩體加固就采用了臨水側(cè)鋪設(shè)復(fù)合土工膜的措施，效果良好。

3.3 壩體穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。

（1）常見的原因有上游壩體滲透系數(shù)太小而坡比較陡，浸潤線偏高，壩體斷面偏陡等。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，壩體穩(wěn)定應(yīng)對正常運行期的上下游壩坡、水位驟降的上游壩坡、一定蓄水位與地震組合的上下游壩坡、施工期上下游壩坡進行抗滑穩(wěn)定驗算。

（2）如果上游壩體滲透系數(shù)太小而坡比較陡，使得在水位驟降工況下，上游壩體內(nèi)的水不能及時排出壩體，增大了土體重量（此時一般為飽和容重），由于含水量大而減小了凝聚力和內(nèi)摩擦角，從而造成上游坡失穩(wěn)，處理措施一般是減緩壩坡。

（3）如果浸潤線偏高，說明壩下游坡腳的排水不暢，壩體各層之間的滲透性不完全符合逐漸增大的原則，處理措施主要是增加壩體內(nèi)部排水和壩坡腳排水體，一般采用棱體排水。當然也可放緩壩坡，但往往不經(jīng)濟。例如洋縣的沙河水庫加固工程，因下游坡腳褥墊式排水出口被魚池堵死，導(dǎo)致下游坡腳排水不

暢，通過在魚池與壩腳之間開挖導(dǎo)滲溝，增加排水棱體，使褥墊式排水口外露，徹底疏通了排水通道，除險加固以后，運行良好。

（4）壩體斷面偏陡一般采取的措施是加培斷面，如果工程實際情況允許，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟指標分析，也可在上游加培。需要注意，在這種情況下應(yīng)復(fù)核施工期壩坡穩(wěn)定。例如陜北的姬灘水庫，壩前淤積經(jīng)過多年沉積，具有較好的密實性、均勻性，在施工前進行了導(dǎo)流排水、拉溝晾曬等措施處理，成功的在壩前進行了加培，降低了工程造價。除險加固后，水庫運行良好。

3.4 溢洪道布置不合理、泄洪標準不夠。

（1）多數(shù)病險水庫的溢洪道設(shè)計平面布置不盡合理，這種情況多出現(xiàn)在巖石基礎(chǔ)上，由于多為人工開挖，所以經(jīng)常按照巖體的堅硬程度變化，隨意性較大，很少能按設(shè)計線路完成施工。尤其是控制段的體型，即不是WES 堰，也不是直坎寬頂堰（駝峰堰非常少見），梯形的斷面型式居多，這與當時的施工水平也有很大關(guān)系，造成泄洪時流量系數(shù)不夠，從而泄洪能力不足。

（2）常見的問題還有縱剖面設(shè)計、消能設(shè)施設(shè)計不合理，空蝕破壞嚴重，經(jīng)常是泄一次洪就被破壞一次，坡與坡的銜接、泄槽與消力池的銜接非常的不合理，又沒有補氣措施，所以經(jīng)?？瘴g破壞。

（3）溢洪道的泄槽底板下的排水措施很薄弱，有的根本沒有排水系統(tǒng)，從而泄洪時造成失穩(wěn)破壞。

（4）針對以上情況，應(yīng)該根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》（SL252- 2000）， 結(jié)合工程實際情況，對平面布置、控制段、泄槽、排水、消能設(shè)施等進行系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)合水庫調(diào)洪，認真復(fù)核泄量，使其滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。例如某水庫除險加固，通過在底板和側(cè)墻上增設(shè)排水孔，消力池底板下增設(shè)排水廊道等一整套排水系統(tǒng)，很好地解決了溢洪道的排水問題。截至目前，運行良好。

3.5 放水設(shè)施老化失修，不滿足原設(shè)計要求。這種情況多出現(xiàn)于陜北病險水庫，原工程絕大多數(shù)為放水臥管，年久失修，淤積嚴重，不能滿足放水要求，一般應(yīng)廢棄原放水臥管，另建放水塔。但要充分考慮水庫淤積發(fā)展對放水的影響。一般放水塔采用分層取水的形式。

3.6 其他常見病害。

（1）其它常見的病害還有：上游壩坡無護坡、下游壩坡無排水或者排水系統(tǒng)不完整、壩頂寬度不足、壩頂高度不夠、背水坡腳無反濾、無監(jiān)測設(shè)施等等，針對這些問題，應(yīng)該根據(jù)工程等級，嚴格按照《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274- 2001）進行完善設(shè)計，這里不再累贅。

（2）應(yīng)該說明的是，不論什么病害，均應(yīng)認真分析原因，結(jié)合工程實際，進行詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較后合理選擇方案，不能盲目或者主觀的采取措施，避免采取的措施不力，造成投資浪費。

（3）除上述工程措施外，還應(yīng)強調(diào)的是，應(yīng)加強對監(jiān)測資料的整理和分析，為工程的安全運行提供科學(xué)依據(jù)；加強非工程措施的投入和管理，對施工質(zhì)量的管理和工程運行的維護管理，落實安全責任。

4. 結(jié)語

綜上所述，做好中小型水庫除險加固工作對促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，保障社會穩(wěn)定意義重大。而要做好除險加固設(shè)計，首先要認真分析病害及其原因，然后才能對癥下藥，采取適宜的措施進行加固，達到既能使水庫正常運行，又能減少工程造價的目的。同時，應(yīng)重視非工程措施的落實，這樣才能保證加固后的長期正常運行。

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