談?wù)劜‰U水庫除險加固土石壩設(shè)計問題

周太鵬

摘 要：水庫是重要的基礎(chǔ)水利設(shè)施，在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉、水力發(fā)電、防洪抗旱和生活用水等方面不可替代的作用。當(dāng)前，水庫病害問題逐年凸顯，嚴(yán)重威脅著水庫運行質(zhì)量和安全。水庫除險加固工作刻不容緩。該文介紹了水庫土石壩常見的病害種類，分析了土石壩除險加固施工的設(shè)計要點，討論了土石壩除險加固施工的主要措施。

關(guān)鍵詞：病險水庫 ?土石壩 ?除險加固

中圖分類號：TV698 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0098-01

如今，水庫安全質(zhì)量問題已經(jīng)成為阻礙我國水庫正常運行，威脅周邊人民生命財產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定的重要隱患。水庫安全工作的重要性日益凸顯，特別是土石壩的出險加固工作已經(jīng)成為現(xiàn)階段我國水利工作者們主要研究課題和重點任務(wù)。

1 常見的土石壩病險問題

土石壩工作環(huán)境相對復(fù)雜，產(chǎn)生的質(zhì)量安全問題也各有特點。歸納起來大體有以下幾個方面。

（1）中小型水庫的壩體本身就比較單薄，而中小型水庫上窄下寬的壩體結(jié)構(gòu)更使得壩頂寬度窄小，同時在壩坡的施工方面也存在著偏陡現(xiàn)象。

（2）當(dāng)初修建水庫時，由于技術(shù)水平的局限性，對土質(zhì)重要作用認(rèn)識不足，致使在筑壩填方中選擇額土質(zhì)不符合實際要求。時至今日，土石壩土體疏松、散落的問題已經(jīng)成為一種較為普遍的現(xiàn)象。土質(zhì)疏松，透水性加大，導(dǎo)致壩體滲透現(xiàn)象乃至繞壩滲透現(xiàn)象的出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅著壩體安全。一些水位較高的水庫，壩體背水坡面經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)牛皮漲、管涌和流土等現(xiàn)象。

（3）目前很多水庫土石壩的迎水坡面由干砌石護坡筑成，背水坡面則是由草坡護坡筑成，受當(dāng)初施工工藝水平所限，護坡施工質(zhì)量普遍不高，甚至有的根本沒有采取護坡措施，再加上長期管理維護的缺失，致使上述壩體迎水坡面破損嚴(yán)重。

（4）溢洪道過于簡單。溢洪道起著排水減壓的重要作用，水庫安全的保險閥。由于當(dāng)初對其認(rèn)識不夠，絕大多數(shù)水庫的溢洪道設(shè)置非常簡單，一般采用土溢洪道、半土溢洪道等方式，根本無法滿足實際使用需要。另外，由于上述簡易溢洪道抗沖刷能力和泄洪能力不足，容易引發(fā)水土流失、漿石等問題，甚至有的水庫溢洪道野草叢生，嚴(yán)重影響了溢洪道正常功能的發(fā)揮。

2 土石壩加固工程設(shè)計

2.1 地質(zhì)指標(biāo)分析

石材和土料是修建土石壩主要施工材料，性質(zhì)好壞直接關(guān)系著土石壩建成投入使用后的質(zhì)量水平。要保障工程質(zhì)量，必須對施工過程中涉及到的石材和土料進行嚴(yán)格的性能管控。要按照技術(shù)規(guī)范對石材和土料進行理化分析。不同土層、不同土質(zhì)都要取樣分析，杜絕以偏概全，發(fā)現(xiàn)問題要及時處置。

2.2 材料設(shè)計

土石壩工程材料設(shè)計，就是綜合考慮設(shè)計要求和土料的性能指標(biāo)，對土料予以科學(xué)合理地使用安全，從而充分發(fā)揮材料的性能，保障工程質(zhì)量。由于材料性能和用法的不同，設(shè)計分析也要采取不同的設(shè)計指標(biāo)和設(shè)計方法。特別是要對嚴(yán)格管控土料的密度，以提高土質(zhì)的抗剪強度和抗拉裂能力。

2.3 除險加固設(shè)計

土石壩除險加固設(shè)計是一門綜合性學(xué)科，設(shè)計過程中需要應(yīng)用的知識和涉及的問題范圍極廣。其中，壩坡質(zhì)量、穩(wěn)定性、滲透性、護坡設(shè)計等是土石壩設(shè)計工作的重點。要保障這些項目設(shè)計目標(biāo)的圓滿實現(xiàn)，必須進行深入細(xì)致的土質(zhì)勘察工作，并做到施工全過程中土質(zhì)質(zhì)量的嚴(yán)格管控，保障土質(zhì)質(zhì)量符合要求。

3 土石壩除險加固措施

3.1 基本數(shù)據(jù)及洪水標(biāo)準(zhǔn)的整理與設(shè)置

由于建成時間久遠(yuǎn)，且管理狀況多數(shù)不善，許多水庫存在基礎(chǔ)性能指標(biāo)缺失，或洪水標(biāo)準(zhǔn)偏低的問題。查清、補齊，建立一套完整的水庫基本參數(shù)是實施除險加固工程的基礎(chǔ)前提。設(shè)計人員要對水庫及其周邊地區(qū)進行詳細(xì)、深入、全面的調(diào)查研究。收集、整理地質(zhì)水文資料，核實、校驗、補充、修正各項水庫參數(shù)指標(biāo)，并按照現(xiàn)行洪水標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，按照當(dāng)?shù)刈钚潞樗嬎惴椒◤?fù)核洪水和調(diào)洪演算，依據(jù)壩坡穩(wěn)定性要求，確定壩頂高程、壩坡坡比及溢洪道、輸水涵的有關(guān)邊界尺寸。

3.2 壩基、壩體滲漏的處理

要堅持“上截下排，以截為主，截排結(jié)合”的原則，根據(jù)病害發(fā)生的具體情況，靈活機動的采取有效措施解決壩基和壩體滲漏問題。其中，解決壩基滲漏的截水措施有粘土截水墻、粘土防滲鋪蓋、土工膜防滲等，排水措施有排水井、反濾排水體、反濾蓋重、反濾排水體和蓋重結(jié)合等。解決壩體滲漏的截水措施有粘土斜墻、壩體充填灌漿或劈裂灌漿等。迎水坡偏陡、庫水位易于放空的土壩可通過鋪設(shè)防滲土工膜進行截滲。而充填式灌漿或劈裂灌漿等措施一般適用于局部洞隙或因填土土質(zhì)差、填土松散而引起滲漏的壩體。

3.3 澆壩滲漏的處理

可解決澆壩滲漏問題，可分為上下兩個部分分別施工，即“上堵”和“下排”。所謂“上堵”，就是采用采用粘土鋪蓋迎水坡壩頭、在壩頭山體與壩體間設(shè)截水墻、壩頭壩體灌漿等方法進行截水截滲法處理?！跋屡拧本褪羌訌娕潘O(shè)施，在下游岸坡澆壩滲流的出口段安置反濾層或反濾溝，進行排水反濾。對于壩后坡培厚加固壩體的設(shè)計，應(yīng)該在原壩下游壩端與山體交接處實施排水反濁暗溝工程，方便滲水排出。

3.4 穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是水庫大壩的重要安全指標(biāo)。過去修建的許多中小型水壩，由于壩體過于單薄，壩坡穩(wěn)定性無法滿足安全需要。對于這種情況，應(yīng)全面理清壩體力學(xué)參數(shù)，重新進行滲流和穩(wěn)定分析計算，實施全面的壩體加固方案設(shè)計。通常情況下采取壩后坡培厚加固方案。針對前坡和后坡穩(wěn)定系數(shù)都過低的情況，要對前坡實施削坡處理，對后坡實施培厚處理。對于只有前坡穩(wěn)定系數(shù)過低的情況，可在強化前坡護坡的基礎(chǔ)上對上半坡進行削坡處理，同時加厚下半坡的反濾料和塊石，以此增強邊坡穩(wěn)定性。

3.5 放水涵管存在問題的處理

防水涵管存在的質(zhì)量安全問題主要有兩種：一是進水口空蝕問題。它主要是由于設(shè)計時沒有對水流邊界進行科學(xué)合理的安排，造成突變陡落引起的，此外，結(jié)構(gòu)表面粗糙和通氣不足也是造成空蝕問題的重要因素。對于這種問題，要采取針對性的措施加以改善。二是管身滲漏、開裂等問題。對于這個問題，如果開裂程度不大，通過灌漿或者管道用鋼管過玻璃鋼補強的方法可以較好地解決。如果開裂情況嚴(yán)重，則需更換整個涵管。

4 結(jié)語

我國擁有數(shù)量龐大的水庫設(shè)施，在經(jīng)濟建設(shè)和人民生活中發(fā)揮著重要作用。由于建成日久，很大比例的水庫具有不同程度的病害問題。積極妥善解決水庫病害，是保障國民經(jīng)濟健康發(fā)展的重要措施。隨著科技水平的不斷提高，水庫除險加固技術(shù)日趨完善。隨著新技術(shù)、新材料和新工藝在水庫除險加固施工中的推廣應(yīng)用，工程質(zhì)量、施工周期、安全性和經(jīng)濟效益各方面都取得很大提高。作為水利工作者，要充分認(rèn)識到水庫病害的危險和出現(xiàn)加工施工的重要作用，做好前期調(diào)研，根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況制定科學(xué)合理、切實可行的加固除險施工方案，從而為水庫的長久平穩(wěn)高效運行提供堅實保障，進而促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。

參考文獻

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