水庫除險加固工程設計若干問題的探討

李有華

摘要： 近幾年來，國家對除險加固工程的投資不斷加大，許多存在安全隱患的水庫都得到了修繕，除險加固工程的設計方案和施工工藝不斷成熟。本文就土石壩除險加固工程防洪標準的確定、除險加固措施以及大壩監(jiān)測系統(tǒng)的完善等問題進行探討。

Abstract： In recent years， the state has continuously increased investment in risk removal and reinforcement projects and many reservoirs with potential safety hazards have been renovated. Design plans and construction techniques of risk removal and reinforcement projects have matured. In this paper， the determination of flood control standards for risk removal and reinforcement projects of earthwork rockfill dam， risk removal and reinforcement projects measures and the improvement of dam monitoring system are discussed.

關(guān)鍵詞： 除險加固；調(diào)洪演算；工程措施；監(jiān)測系統(tǒng)

Key words： risk removal and reinforcement；flood regulation calculation；engineering measures；monitoring system

中圖分類號：TV62 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）05-0063-02

0 引言

水利工程屬于國家的基礎建設設施，是國家的經(jīng)濟命脈，由于歷史原因，許多水庫均為上世紀六七十年代群眾運動后產(chǎn)生的“三邊工程”，之后歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，多數(shù)中小型水庫陸續(xù)出現(xiàn)不同程度的漏水現(xiàn)象，漏水點多分布在壩基、壩肩和壩體上，水庫放水洞和溢洪道常年失修，為了避免蓄水后漏水，水庫基本上常年不蓄水，如果不對其進行加固使之照此發(fā)展下去，不久的將來必然會成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展道路上的“絆腳石”。最近幾年，上級管理部門開始關(guān)注到這個問題，國家也逐步加大對水利工程的投資，一部分中小型水庫得以修繕和加固。為使今后的除險加固工程的設計工作得到不斷的完善，就設計中的一些常見問題作進一步分析。

1 水庫的調(diào)洪演算

在中小型水庫運行管理過程中，對水庫進行調(diào)洪演算是重點內(nèi)容。管理人員可通過求解水量平衡方程近似積分式和泄流能力曲線聯(lián)立方程式來實現(xiàn)水庫調(diào)洪。在具體操作中，不同地區(qū)的水文地質(zhì)狀況都存在差異，許多地區(qū)都是根據(jù)當?shù)氐乃膶崪y數(shù)據(jù)逐步完成調(diào)洪演算，然后圍繞當?shù)氐淖匀坏乩硖卣骶幹瞥霰┯?、洪水曲線和經(jīng)驗公式。雖然水庫的調(diào)洪驗算的計算方法和公式很多，但對于很多除險加固工程的調(diào)洪驗算都采用如下方法進行。

第一步：通過公式Htp=Kp·Ht對水庫設計頻率24h的暴雨雨量進行求解。其中，“Htp”表示“不同歷時任一頻率的暴雨量”；“Kp”表示“模比系數(shù)；“Ht”表示“多年平均最大t時段暴雨量”。

第二步：通過經(jīng)驗公式W=0.1R·F對洪水總量進行求解。其中，“W”代表“洪水總量（萬m3）；“R”代表“洪水徑流深（mm）；“F”代表“流域面積（km2）。

由水庫的蓄水量～水位曲線圖查得最大洪水總量對應的庫水位，從而確定泄水建筑物高程。然后通過下列公式分別求解洪峰流量、洪水歷時，繪制出洪水過程線。

最后，通過Д.И.高切林公式計算水庫最大出流量：

式中：qm-經(jīng)調(diào)節(jié)后水庫最大出庫流量，m3/s；

V-水庫溢洪道底板以上至設計最高水位的滯洪庫容，萬m3。

結(jié)合以上計算過程，通過放水洞和溢洪道基本上能實現(xiàn)對水庫的有效調(diào)控，使水庫順利的度過汛期。

2 水庫除險加固工程措施

2.1 壩面工程處理措施

對于土壩來說，壩面工程的處理首先是對壩體進行穩(wěn)定復核，現(xiàn)在很多壩體在進行壩坡穩(wěn)定復核時都不能滿足壩體穩(wěn)定要求，其原因就是壩體排水不暢，導致浸潤線抬高；或者由于壩體碾壓質(zhì)量差，壩體的某部分形成滲漏通道使壩體發(fā)生滲透破壞而影響壩體的穩(wěn)定等。總而言之，壩體的滲漏直接影響壩體的穩(wěn)定，只要把滲漏問題解決，一般的壩體都可以滿足穩(wěn)定要求。

一些壩體如果由于設計的坡度過陡或者筑壩材料的物理力學指標達不到設計要求，就不是僅僅解決滲漏問題了，遇到這樣的情況，一般處理的辦法就是對壩體進行培厚處理或者在壩腳處增設壓重平臺。對壩體進行培厚處理一般是不可取的，因為對壩體培厚必須要對新老壩體的接觸面進行處理，一般處理的方法都是刨毛、灑水、鋪筑、碾壓，但無論如何處理，接觸面都是一個相對薄弱的滑動面，這對壩體的穩(wěn)定是相當不利的；對于一些增培厚度不是太厚的地方，還必須考慮施工的可能性，這也是一個很大的制約因素。但增設壓重平臺以上的問題都可避免，所以在滿足壩體穩(wěn)定的前提下，一般都宜采用該方案。

2.2 開挖高邊坡的處理

在工程的除險加固的中，由于溢洪道的擴建、隧洞的新建或施工道路的開挖等，經(jīng)常會遇到高邊坡處理問題。高邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復雜，其中包括許多引起滑坡的要素。在滑坡災害防治過程中，水利工程技術(shù)人員總結(jié)了許多又實用價值的處理措施和經(jīng)驗，結(jié)合已有的知識再經(jīng)過科技攻關(guān)，最終形成了一套比較完整的水電高邊坡工程勘測、設計及施工技術(shù)經(jīng)驗。①抗滑樁是治理滑坡的有效工具。在治理滑坡的過程中必然會用到抗滑樁，如果滑動面傾角較緩，抗滑樁的應用效果會更好。②沉井是一種混凝土框架結(jié)構(gòu)，在施工中通常是分段下沉，它在滑坡治理中相當于擋土墻，對滑坡治理比較實用。③混凝土框架護坡體系結(jié)構(gòu)輕、用料省、施工操作簡單便捷、適用面廣且排水方便，能夠為滑坡體表層的坡體提供支撐，能夠防止地表水對坡體進行滲透，同時避免坡體風化，通過保護坡體的整體性來減緩坡體下滑趨勢。框架護坡能夠和其它措施結(jié)合使用。④滑坡治理過程中通常會用到混凝土擋墻。 它可以改變局部坡體的受力平衡，從而有效阻止滑坡體出現(xiàn)更嚴重的變形。⑤通過預應力錨索加固邊坡的整治方法目前也比較常用。這種工法既不會破壞巖體，也不會對坡體造成較大的干擾，并且工藝方法簡單靈活，能夠確保坡體主動受力，同時能大大提高坡面巖體的抗壓強度。⑥在巖性較好的部位可采用錨桿和噴混凝土保護坡面。在有條件的情況下，減載和壓坡應是優(yōu)先考慮的滑坡處理措施。endprint

高邊坡處理的方法很多，采用什么樣的處理方式，應根據(jù)工程的實際情況，合理選用，做到方案可行、投資節(jié)約、處理效果明顯。

2.3 壩體、壩基防滲處理

目前大多數(shù)出現(xiàn)工程問題的水庫大壩，其原因多半在于壩基、壩體和繞壩滲漏以及因滲漏引起壩體浸潤線抬高進而導致壩坡失去穩(wěn)定性的問題。在工程設計中，應該重點解決這個問題，打造一道科學合理的防滲體系，為大壩的穩(wěn)定運行提供安全保障。

現(xiàn)階段，針對大壩滲漏問題的整治原則是“上堵下排”。“上堵”包括垂直防滲和水平防滲。其中垂直防滲主要包括砼防滲墻、沖抓套井粘土心墻、帷幕灌漿、壩體灌漿、粘土鋪蓋、土工膜防滲、射水造孔砼墻、高壓噴射砼墻、塑性砼防滲墻等工藝；水平防滲工藝主要包括水下拋土和粘土鋪蓋?！跋屡拧眲t是通過修復排水棱體、在背水坡腳布置導滲溝、壩后壓蓋、減壓井等措施來實現(xiàn)滑坡治理目標。

就筆者所在研究院所設計的一些土壩防滲工程而言，針對當前出現(xiàn)的工程問題，應該選擇上游粘土斜墻、沖抓套井回填粘土心墻、復合土工膜面板、壩中塑性砼墻等防滲措施，然后通過帷幕灌漿法加固壩基，防止其滲水?；诠さ氐乃牡刭|(zhì)狀況、施工要求以及工程施工的難易程度，結(jié)合工程預算目標，優(yōu)先選擇投資更小的沖抓套井回填粘土心墻加固方案，這種防滲體更適應變形。但從一些建成工程處理情況看，處理后并沒有達到預期的防滲效果，并且安全性沒有保障，沒有與壩基帷幕灌漿部分順利銜接。而壩中部位所采用的塑性砼墻防滲工藝不僅很好地規(guī)避了以上問題，而且防滲體對壩體變形的適應性更強，工程投資相差不超過3%。因此，對于土壩的防滲處理宜優(yōu)先考慮塑性砼防滲墻方案。

3 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)完善

大壩安全監(jiān)測是評估設計和施工質(zhì)量的參考依據(jù)，它對于確保工程安全運行而言至關(guān)重要。目前一部分水庫大壩的監(jiān)測設施只有人工觀測的測壓管，有的測壓管存在淤塞問題，無法保證觀測精度符合設計要求，并且后期整理難度大，進度慢；更多的水庫大壩只有水位觀測，并且過程中沒有對降水情況、滲流情況進行有效的觀測，所需的連續(xù)庫水位及降雨觀測數(shù)據(jù)不全，以致于不得不在綜合分析環(huán)節(jié)直接去掉對滯后效應、降雨因子的干擾作用的分析，有的側(cè)壓管存在明顯的滯后效應和降雨干擾作用，其擬合精度最終無法達到工程要求，因此所反映的工程運行情況并不客觀。

一般設計中按水利部頒發(fā)的《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》進行，主要是進行滲流觀測，必備的觀測設施裝配齊全，以自動化實時監(jiān)測為主，人工監(jiān)測復核為輔。主要監(jiān)測項目包括：壩體變形觀測、壩體滲流壓力監(jiān)測、壩基滲流壓力監(jiān)測、繞壩滲流監(jiān)測、庫水位和下游水位監(jiān)測、壩區(qū)雨量監(jiān)測等項目。

4 結(jié)語

病險水庫除險加固工程實施后，能夠確保水庫安全渡汛，正常蓄水，發(fā)揮其應有的防洪社會效益和經(jīng)濟效益，大大保證了水庫下游廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全，對于發(fā)展農(nóng)村水利和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有積極的意義。

參考文獻：

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