關(guān)于某中小型水庫的土石壩除險加固設(shè)計方案分析

【摘要】本文在分析論述過程中，主要結(jié)合我國某中小型水庫土石壩中存在的具體險情以及除險加固原則、結(jié)構(gòu)總體布設(shè)方式和具體整改措施等進(jìn)行了全面論述，以此確保水利工程長期安全運行，旨在為該中小型水庫灌溉以及養(yǎng)殖和防洪等綜合效效益的充分發(fā)揮奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】中小型水庫；土石壩；除險加固；設(shè)計方案

前言

該水利工程大約建設(shè)于20世紀(jì)50年代，水庫集水實際面積為43km2，總庫容為1565萬m3，設(shè)計灌溉面積為5.5萬畝。該小型水庫土石壩的主要功能是灌溉，同時集養(yǎng)殖與防洪為一體。該中型水庫樞紐工程主要結(jié)構(gòu)分為大壩以及溢洪道和輸水涵管三個部分，其中大壩結(jié)構(gòu)為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，大壩長與高分別為668m與18m。壩頂實際寬度在3.5-6m之間；其中，在大壩的右岸有兩道溢洪道，均通過開敞式無閘門系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)控制。該水庫輸水涵管的管位主要位于該土石壩大壩樁號K0+526的部位，并采用管徑與管長分別為1.5m與85m的現(xiàn)澆鋼筋砼圓形涵管進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)布置。

1、工程項目現(xiàn)存險情分析

該水庫由于建設(shè)時間較早，因此在施工中受到資金以及技術(shù)限制，通過人工筑土技術(shù)進(jìn)行施工，從而導(dǎo)致大壩施工填筑質(zhì)量較差，而且壩體的壩基碾壓強(qiáng)度不夠。經(jīng)過長時間運行，因后期管理維護(hù)不到位，因此使該水庫大壩中存在諸多不足之處。具體而言，主要存在如下幾方面的問題：

①經(jīng)初步設(shè)計洪水復(fù)核計算，現(xiàn)有大壩高程未能達(dá)到水庫防洪安全設(shè)計參數(shù)要求，而且大壩在長時間超負(fù)荷運行下，壩體基本結(jié)構(gòu)已經(jīng)嚴(yán)重變形。經(jīng)過測量得知，該土石壩的最窄部位實際寬度與大壩平均寬度分別為3.4m與5m，而且大壩的上游壩坡部位會遭受風(fēng)浪嚴(yán)重侵蝕。在該大壩迎水面高程約1084.1～1092.6m的部位與1094～1099m的部位，分別通過網(wǎng)格梁干砌卵石與現(xiàn)澆混凝土板結(jié)構(gòu)護(hù)坡。卵石護(hù)坡結(jié)構(gòu)及以下高程壩面全部遭受風(fēng)浪侵蝕，總面積為3200m2，而且通過觀測發(fā)現(xiàn)，在該土石壩的兩側(cè)位置均無任何結(jié)構(gòu)安全防護(hù)措施，因此在風(fēng)浪的沖刷下已成浪坎。

②在該土石壩的混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)中，分布著縫寬在0.4～3mm之間的17條結(jié)構(gòu)裂縫，且混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度達(dá)8.2mm，因此諸多結(jié)構(gòu)性缺陷導(dǎo)致壩體滲漏嚴(yán)重。

③除此之外，該土石壩壩體存在大面積浸散現(xiàn)象，因此大壩的壩基結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失穩(wěn)，且本文在分析過程中經(jīng)過測算發(fā)現(xiàn)，該土石壩的相關(guān)設(shè)計安全系數(shù)與等級均不能滿足既定的結(jié)構(gòu)安全運行要求。

2、中小型水庫的土石壩除險加固設(shè)計方案

2.1中小型水庫的土石壩除險加固設(shè)計原則

在對該土石壩總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計之前，本工程主要按照以下結(jié)構(gòu)布設(shè)原則進(jìn)行設(shè)計。首先，保證壩頂高程與壩體結(jié)構(gòu)不變；其次，采用其它泄洪方式提升該土石壩的泄洪能力；再者，保持原水庫的防洪、灌溉與養(yǎng)殖功能與服務(wù)對象不變；另外，在整個水庫大壩的除險加固過程中，本著社會效益優(yōu)先、兼顧經(jīng)濟(jì)效益的處理原則科學(xué)確定施工方案；除此之外，在施工過程中，要堅持就地取材、不破壞生態(tài)環(huán)境的原則進(jìn)行作業(yè)。

2.2中小型水庫的土石壩除險加固防洪設(shè)計

本工程按照水利水電工程50年一遇的防洪技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，洪水流量與洪水水位分別設(shè)計為254.84m3/s與1099.03m；與此同時，此工程按照1000年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計校核，校核設(shè)計的洪水流量與洪水水位分別為434.15m3/s與1100.05m，其中該水庫的死水位與正常水位分別設(shè)計為1087.90m與1098.10m。

2.3中小型水庫的土石壩除險加固壩頂高程設(shè)計

由于該土石壩的設(shè)計高程不足，因此現(xiàn)需對其進(jìn)行加高處理。在水庫大壩的迎水面利用混凝土進(jìn)行護(hù)坡加固處理；為了更好地滿足該水庫的防洪需要，現(xiàn)新建一道長為668m，高為2m的防浪墻，防浪墻墻頂高程為1103.10m的。在原壩頂高程1102.10m的壩高基礎(chǔ)上，使防浪墻高出壩面約1m的距離。在設(shè)置防浪墻結(jié)構(gòu)時，采用強(qiáng)度等級為 C25的“L”型鋼筋混凝土進(jìn)行處理[2]。

2.4中小型水庫的土石壩迎水面壩坡加固設(shè)計

在對迎水面壩坡進(jìn)行加固時，采用混凝土結(jié)構(gòu)護(hù)坡加固方案，將原有混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)拆除，并通過現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行護(hù)坡。混凝土實際標(biāo)號與土板尺寸分別為C20與3m×2m，橫向與縱向伸縮縫分別以直縫形式布置，縫寬保持在1.5cm左右，護(hù)坡齒墻通過尺寸為0.8m×0.6m的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

2.5中小型水庫的土石壩壩體加固設(shè)計

本次除險過程中，需將壩頂加寬5m，使水庫大壩的背水面與迎水面壩坡比分別保持在1：2.8、1：2.5與1：3.5、1：3左右，然后在此基礎(chǔ)上，對壩坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行培厚以及修整處理。利用草皮對背水面壩坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理；與此同時，需采用C25預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)沿壩坡輪廓線設(shè)置一斷面尺寸為0.3m×0.3m的排水明溝。

2.6中小型水庫的土石壩壩體防滲加固設(shè)計

因大壩壩體滲漏現(xiàn)象十分嚴(yán)重，因此在具體處理過程中，需采用高壓旋噴灌漿技術(shù)與深層攪拌樁技術(shù)進(jìn)行防滲加固設(shè)計。具體處理過程中，通過單排布孔形式進(jìn)行設(shè)計，全壩段對其進(jìn)行深層攪拌處理[3]。對于防滲土層超過15m的部位，利用高壓旋噴灌漿技術(shù)進(jìn)行防滲處理。深層攪拌布置單排孔，孔距與孔徑分別設(shè)計為0.35m與0.5m。同時單排布置高壓旋噴灌漿孔，使孔距與孔徑分別保持在 0.95m與1.5m左右。

結(jié)束語：

綜上所述，我國大多數(shù)地區(qū)的中小型水庫建設(shè)時間較早，而且工程項目殘損及老化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，特別是一些經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對落后的地區(qū)，土石壩工程大多存在諸多險情。因此，本文針對具體的險情進(jìn)行科學(xué)分析，從而希望相關(guān)項目管理方能夠徹底進(jìn)行除險加固。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔華存.淺談馬龍縣小型水庫土石壩除險加固設(shè)計[J].中國西部科技，2013，v.12；No.290 09：64+73.

[2]劉克.小型土石壩排水體除險加固方案研究[J].河南水利與南水北調(diào)，2015，No.286 16：52-54.

[3]羅東翔，王冬.土石壩除險加固方案比選研究[J].陜西水利，2014，No.186 01：105-106.

作者簡介：趙新偉，1984.1，男，漢族，新疆烏魯木齊，中級工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：水利工程設(shè)計