海南水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案優(yōu)化措施

王培壽，惠帥先

（海南世佳工程勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，海南?？?70226）

海南水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案優(yōu)化措施

王培壽，惠帥先

（海南世佳工程勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，海南?？?70226）

在水利工程建設(shè)項(xiàng)目中，水庫的除險(xiǎn)加固是其中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。做好水庫的除險(xiǎn)加固工作對確保人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全有著重要意義。海南省由于具有特殊的地理位置與氣候條件，對水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化也就顯得尤為重要。本文對如何優(yōu)化海南水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討，為今后水庫除險(xiǎn)加固工作提供技術(shù)支撐。

海南；水庫；除險(xiǎn)加固；設(shè)計(jì)方案；優(yōu)化措施

海南省降水量較大，全年無論是降雨地點(diǎn)還是降雨時(shí)間都不均勻，海南省內(nèi)河流都存在著長度短、坡度陡的特點(diǎn)，加之蓄水工程較少，經(jīng)常會致使洪水來的迅速、退的迅速，這既不能保障用水，又無法有效控制用水，不但無法有效利用雨水資源，而且容易發(fā)生洪澇災(zāi)害，水庫建設(shè)不但能最大限度的實(shí)現(xiàn)水資源利用［1］，而且能有效降低洪災(zāi)、旱災(zāi)的發(fā)生從而保障居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)國家2013年“全國病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固專項(xiàng)規(guī)劃”的要求，海南省也對島內(nèi)多座病險(xiǎn)水庫進(jìn)行全面檢測加固，以最大程度提高水資源利用率并降低自然災(zāi)害帶來的破壞性。

1 水庫病險(xiǎn)問題

海南省大部分水庫都是20世紀(jì)建成，大部分都是土壩，由于受到當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件及技術(shù)條件的制約，大壩的清基工作完成的不徹底（如圖1所示），壩體也未能使用進(jìn)退法碾壓而是多使用平碾或者是羊角碾等人工予以夯實(shí)處理（如圖2所示），壓實(shí)度根本無法滿足相關(guān)規(guī)范要求。就當(dāng)前實(shí)際情況來看，這一類的水庫一般都存在著防洪標(biāo)準(zhǔn)低，壩體、壩基出現(xiàn)滲漏，庫區(qū)嚴(yán)重淤積，未設(shè)置壩腳排水系統(tǒng)或者存在滑坡現(xiàn)象等問題。就水庫的溢洪道來說，也大多為臨時(shí)溢洪道，有些雖然已經(jīng)建立了永久性的溢洪道，但相關(guān)管理部門只是做了應(yīng)急加固，并沒有完善相關(guān)的水力計(jì)算，即使建設(shè)也依然無法達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求；設(shè)計(jì)的泄洪量小，一旦遇到特大洪水，水庫最高水位會接近壩頂，直接影響到大壩的安全運(yùn)行。

圖1 大壩清基工作示意圖

圖2 壩體夯實(shí)示意圖

2 現(xiàn)場勘察

由于歷史遺留因素，海南省大部分病險(xiǎn)水庫建庫等相關(guān)資料已經(jīng)不甚完全，而制定相應(yīng)的加固優(yōu)化措施，就必須要對水庫的安全鑒定及核查建議等相關(guān)資料予以復(fù)核［2］。在對大壩是否出現(xiàn)滲漏問題勘察的過程中，需要將重點(diǎn)放在兩壩肩上，檢查是否存在著繞漏問題，同時(shí)對發(fā)現(xiàn)的滲漏問題進(jìn)行判斷，是屬于正常滲漏還是非正常滲漏［3］。正常滲漏是指滲水問題發(fā)生在排水體上，且滲漏水經(jīng)由排水體排出，水呈清澈狀且滲漏量與水庫設(shè)計(jì)允許范圍相符；非正常滲漏則是指滲漏量遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)的允許值，或者表現(xiàn)為接觸流土、接觸沖刷、管涌等。

（1）溢洪道存在的病險(xiǎn)。多為臨時(shí)溢洪道［4］，另外就是溢洪道堵塞問題。對溢洪道進(jìn)口的堵塞、兩岸山體是否即將出現(xiàn)或已經(jīng)出現(xiàn)滑坡問題進(jìn)行勘察；檢查進(jìn)口段淤積是否已經(jīng)影響水流通過，是否發(fā)生墻壁傾斜的問題；溢洪道陡坡段混凝土厚度以及鋼筋保護(hù)層厚度是否符合要求，有無出現(xiàn)掉渣現(xiàn)象；同時(shí)對過流能力與防洪要求是否相符予以復(fù)核。另外，如若溢洪道與壩體過于相近，對其出水口是否可能會沖刷壩體壩腳或者已經(jīng)出現(xiàn)沖刷壩體壩腳予以勘察。

（2）涵管存在的病險(xiǎn)問題。由于實(shí)地勘察過程中，大部分水庫水位很高，不能直接對涵管進(jìn)口處勘察，只能從涵管出口表面大體把握涵管情況，或者通過向水庫管理員詢問相關(guān)信息，對涵管直徑、滲漏水是否呈銹色以及接觸點(diǎn)滲漏等問題予以綜合勘察；同時(shí)，由于涵管年久失修、各種自然因素及人為因素，造成管體的破壞，最終出現(xiàn)裂縫、磨損，有些已經(jīng)到了報(bào)廢年限，存在較大的更新問題。

（3）啟閉設(shè)施方面存在的病險(xiǎn)問題。在勘察過程中，由于啟閉設(shè)備老化，致使啟閉機(jī)已經(jīng)無法正常運(yùn)行，操作過程中險(xiǎn)象環(huán)生，存在極大的安全隱患；尤其是泄洪洞工作閘門啟閉機(jī)在啟閉過程中鋼絲繩突然斷裂導(dǎo)致閘門墜落的事故，更是會使閘門嚴(yán)重變形。

3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案優(yōu)化要點(diǎn)分析

3.1 地質(zhì)勘察

對水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固的一個(gè)重要依據(jù)就是地質(zhì)勘察工作，它也是水庫加固初步設(shè)計(jì)的一個(gè)核心組成部分。由于病險(xiǎn)水庫已經(jīng)長時(shí)間持續(xù)運(yùn)行，而且年久失修，大部分的壩基、壩體等部位已經(jīng)存在滲漏、塌陷等一系列問題，而地質(zhì)勘察資料結(jié)果的精準(zhǔn)度直接決定著水庫防滲加固方案的優(yōu)化［5］。在地質(zhì)勘探過程中，需要著重注意對滲漏部分以及滲漏范圍的探查，提前做好滲漏量的估算，并對滲漏性質(zhì)予以判斷，分析是否存在著更大的滲漏可能性；同時(shí)，結(jié)合整個(gè)大壩的外觀、發(fā)生滲漏情況以及機(jī)械設(shè)備入場等方面選擇最佳的水庫防滲加固方案。

3.2 水文計(jì)算復(fù)核

由于海南省水庫大都未長期監(jiān)測，實(shí)測流量資料較為缺乏，設(shè)計(jì)暴雨就是依據(jù)水文的綜合圖集結(jié)果或暴雨查看手冊等，通過瞬時(shí)單位線與經(jīng)驗(yàn)單位線方法對設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行推算。設(shè)計(jì)洪水也多以“海南地區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算”為參考依據(jù)，以水庫實(shí)際地理位置為基礎(chǔ)，將水庫的特征參數(shù)諸如坡降、變差系數(shù)、庫容或河長等輸入到軟件中，對軟件計(jì)算的最終結(jié)果予以復(fù)核，檢查是否合理，如若復(fù)核所得到的最終計(jì)算結(jié)果偏差比較大，也就說明某一項(xiàng)參數(shù)選擇有誤或成果不合理［6］。例如將海南省陵水縣明后水庫作為選取對象，將其各個(gè)參數(shù)輸入至軟件中，該軟件對單位滯時(shí)線m1的默認(rèn)值為2.56，將此參數(shù)與各項(xiàng)參數(shù)一同計(jì)算，所得結(jié)果洪峰流量過大，該流域值與洪模值之間存在著相當(dāng)大的偏差。而如若以水文手冊為依據(jù)，選取該手冊中設(shè)定的單位滯時(shí)線m1值，為0.98，以此來代替軟件默認(rèn)值2.56，再次與所有值一同參與計(jì)算，結(jié)果則表明該水庫無論是洪模值還是洪峰流量都比較合理。由此證明，不能僅僅將軟件技術(shù)所得結(jié)果作為水庫實(shí)際唯一的設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 加固方案的設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.3.1 大壩加固方案的設(shè)計(jì)優(yōu)化

（1）大壩防滲加固優(yōu)化方案。當(dāng)前大壩防滲加固方案主要有劈裂灌漿、沖抓套井、砼防滲墻及高壓噴射灌漿等。沖抓套井可再造土質(zhì)防滲墻，主要應(yīng)用在局部堵漏中，在形成防滲體后，由于其與壩體沉降不同步，容易發(fā)生裂縫，影響防滲效果，因此應(yīng)用不普遍；劈裂灌漿則是在壩中線劈開壩體，于縫隙中灌注漿液，以此形成防滲幕墻，雖然其造價(jià)較低，但形成的防滲幕墻較薄，局限了防滲效果；高壓噴射灌漿則是采用水泥漿與壩體材料混合，凝固后形成防滲體，具有較好的防滲效果；砼防滲墻則是通過置換法，在壩體形成一道砼防滲墻，其成槽工藝較多，各種成墻深度均有相應(yīng)的成槽工藝，在國內(nèi)也得到廣泛應(yīng)用。

同時(shí)，堅(jiān)持上堵、下排的防滲原則［7］。首先，就上堵原則來說，重點(diǎn)是做好水平與垂直的防滲，垂直防滲方面主要包括帷幕灌漿、深層攪拌樁、混凝土防滲墻等方面，水平防滲則主要以黏土鋪蓋為主。這些都要以水庫實(shí)際出現(xiàn)的病險(xiǎn)作為依據(jù)，選擇相應(yīng)合適的防滲方法。實(shí)踐證明，以此對水庫進(jìn)行加固，能夠有效避免壩腳發(fā)生滲漏。其次，就下排原則來說，是指在背水坡壩腳處進(jìn)行反濾體或減壓井的設(shè)置，根據(jù)不同的滲漏情況選擇相應(yīng)的i、w、或y型導(dǎo)滲溝形式。

（2）壩坡護(hù)坡優(yōu)化方案。壩坡護(hù)坡設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案形式較多，其中像草皮護(hù)坡就是最常見的一種護(hù)坡形式，同時(shí)也極具經(jīng)濟(jì)性，不僅可以取得較好的護(hù)坡效果，而且可以美化環(huán)境；填補(bǔ)翻修措施則較適合用于由于施工質(zhì)量差而造成的局部脫落、滑動、塌陷等破壞處；加厚反濾墊層則是專門針對反濾墊層厚度不夠而發(fā)生的護(hù)坡破壞；對于風(fēng)浪較大、吹程較遠(yuǎn)且常發(fā)生破壞的護(hù)坡壩段，則可以采用漿砌石或者現(xiàn)澆混凝土的方式加固處理。

（3）坡腳優(yōu)化方案。坡腳加固方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)在諸多方案中主要選擇2種方式，即貼坡排水與棱體排水，貼坡排水具有構(gòu)造簡單、便于維修且節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)則在于無法降低浸潤線，容易受到冰凍的限制而失效，一般主要用于浸潤線較低且工程下游無水的中等高度壩中；棱體排水則可以降低浸潤線，避免壩坡的滲透及凍脹變形，保護(hù)下游壩腳不受到水的沖刷，常用于河床多水部分的下游壩腳處。

3.3.2 涵管加固方案的設(shè)計(jì)優(yōu)化

水庫的涵管加固通常使用新建涵管或內(nèi)襯鋼管。若選擇原涵管內(nèi)襯鋼管，則要注意對土壩與涵管外壁相接部分的灌漿，以及在出口部分粘貼坡反濾體；如果選擇新建涵管，則要注意由于土壩斷面為梯形對涵管施加的負(fù)荷是不均勻的，所以在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要將沉陷縫的因素也考慮入內(nèi)，一旦涉及到斷面的開挖，必須極大限度的控制臺階數(shù)量，同時(shí)保證老土體與新土體的完美結(jié)合；另外，若施工條件允許，也可直接挖除舊涵管，在壩肩新建輸水隧洞。

3.3.3 壩頂?shù)募庸淘O(shè)計(jì)方案優(yōu)化

壩頂加固設(shè)計(jì)除了需要考慮路面結(jié)構(gòu)組成、整體施工情況之外，還需要將壩頂路面的排水情況考慮在內(nèi)，下游需要設(shè)置與壩坡橫向排水溝相接的排水口，使整個(gè)壩頂向下游傾斜保持2%～3%左右。并依據(jù)對壩頂高程的實(shí)際測量結(jié)果，如果設(shè)計(jì)壩頂高程與實(shí)際現(xiàn)狀不符，寬度與設(shè)計(jì)規(guī)范要求不符，則可以通過削低壩頂?shù)姆椒▉斫鉀Q（見表1）。

表1 2種小型水庫壩頂設(shè)計(jì)寬度參照

3.3.4 溢洪道加固方案的設(shè)計(jì)優(yōu)化

對水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化應(yīng)遵循確保水庫正常蓄水的基本原則。對溢洪道進(jìn)行改建或擴(kuò)建時(shí)，應(yīng)該與實(shí)地的地質(zhì)條件相結(jié)合，包括溢洪道的寬度、長度以及位置等，避免大范圍的壩體擴(kuò)挖，亦要避免對山體已發(fā)生滑坡處的擴(kuò)挖。為防治壩腳受到水流沖刷或回流淘刷，應(yīng)確保壩腳與下泄水流存在一些距離，采取相應(yīng)的措施予以防護(hù)；就常用溢洪道堰型來看，對駝峰堰與實(shí)用堰進(jìn)行比較，由于駝峰堰的流量系數(shù)值要高于實(shí)用堰，且泄流能力大，為滿足安全泄洪要求，將堰型選定為駝峰堰。

4 結(jié)語

就水庫除險(xiǎn)加固時(shí)面臨的可參考資料少、設(shè)計(jì)力量不足等一系列問題，在對水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，必須依據(jù)實(shí)際的工作大綱，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容，并嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)原則，選擇相適應(yīng)的加固方案，使水庫病險(xiǎn)加固工程能夠順利、安全實(shí)施，起到應(yīng)有的除險(xiǎn)加固效果。

［1］孫洪民.碾壓土石壩水庫除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘探方法的探究［J］.水利水電技術(shù)，2014，45（4）：127-129.

［2］嚴(yán)祖文，魏迎奇，張國棟，等.病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固現(xiàn)狀分析及對策［J］.水利水電技術(shù)，2010，41（10）：76-79.

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［6］曾繁運(yùn).淺談塑性混凝土防滲墻在水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用［J］.科技信息，2012，25（33）：825，789.

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1672-2469（2015）12-0103-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.036

王培壽（1983年—），男，工程師。