淺析常見的水庫除險加固技術(shù)設(shè)計措施

邱飛

【摘 要】文章簡單介紹了小型水庫存在一些問題，提出解決問題的措施，并總結(jié)常見的工程質(zhì)量問題，提出相應(yīng)的對策。

【關(guān)鍵詞】小型水庫；除險加固設(shè)計；加固措施；工程管理

【中圖分類號】TV697.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）04-0164-02

1 主壩加固設(shè)計

1.1 加固前存在的問題

大部分大壩為水力沖填壩，填土壓實度低，干密度低，透水性較強，存在滲流破壞隱患。下游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全不滿足規(guī)范要求，大壩內(nèi)坡護坡質(zhì)量差，內(nèi)坡因滲漏出現(xiàn)小范圍塌坑，不能安全運行，工程水工水文安全監(jiān)測設(shè)施不完善，水庫不能蓄水到正常高水位，工程施工質(zhì)量差，內(nèi)坡護坡質(zhì)量差，大壩存在白蟻危害。下游坡局部變形塌陷，草皮護坡嚴重破壞，已失去護坡作用，坡比較陡。坡腳沒有排水棱體。

1.2 加固措施

一般需進行防滲加固，堵塞壩體中的滲漏通道，降低壩體的滲潤線，消除反濾體以上的溢出點，減少壩基滲透流量。本次設(shè)計根據(jù)大壩的實際情況，加固設(shè)計方案是在壩頂灌漿防滲，壩基以下采用帷幕灌漿，壩體采用充填灌漿，并根據(jù)設(shè)計后的頂寬情況進行填筑、夯實平整、鋪筑砂石反濾層，在反濾層上鋪設(shè)厚度為10 cm的六角塊C20砼預(yù)制塊護坡，用M7.5的水泥砂漿勾縫。根據(jù)實際情況在大壩上、下游的左、右壩肩分別布置0.25 m×0.22 m（寬×高）的水泥磚砌石，并用1∶2水泥砂漿抹面和打底排水溝。清除壩下游坡表層的夾石亂土，整平、壓實原壩坡。壩坡的坡比根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導則》（SL 189—96）計算確定，并根據(jù)設(shè)計后的頂寬情況進行填筑、夯實平整、鋪設(shè)草皮護坡。在原壩頂處設(shè)計馬道，馬道內(nèi)側(cè)修建水泥磚砌石并用1∶2水泥砂漿抹面、打底排水溝，排水溝兩端和坡面兩側(cè)的排水溝相連。下游坡原沒有排水棱體，根據(jù)計算滲流調(diào)試結(jié)果和《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導則》（SL 189—96）的規(guī)定，可在下游坡腳修建排水棱體。清除下游壩坡雜草，重新種植馬尼拉草皮護坡。草皮護坡采用人工鋪設(shè)。土壩段的砼、馬尼拉草皮護坡和公路的硬化等工程建設(shè)，減少了水土流失，降低了空氣中的粉塵對環(huán)境的影響。開挖土石方裸露的土石層表面及時種植馬尼拉草皮護坡，防止水土流失。草皮護坡施工工藝流程：選購草皮、坡面整理、有機腐殖土鋪設(shè)、種植草皮、養(yǎng)護、檢查、補種、質(zhì)量檢查與驗收。要求選購馬尼拉草皮，先將購買的草皮樣本送監(jiān)理工程師和設(shè)計人員確認符合要求后方可大量購買。草皮種植前，先對已經(jīng)驗收合格的草皮帶坡基面進行整理，要求坡面平整，無坑凹。鋪設(shè)在草皮帶坡面上的有機腐殖土（種植土）要符合設(shè)計要求，嚴格采用優(yōu)質(zhì)塘泥土摻10%的細砂，有機腐殖土的拌制在現(xiàn)場進行，要求摻量準確，拌和均勻，濕潤松散。腐殖土擬進行人工鋪設(shè)，要求均勻、平整，并適當壓實，避免水流沖刷。對壩上集積雨水的地方，要及時排水，及時疏通大壩周圍的排水溝，清除壩坡的雜草、小樹，管護好大壩的護坡草皮，發(fā)現(xiàn)塌陷、裂縫、泥土松動、鼠害、蟻害等現(xiàn)象及時匯報處理。壩體填土壓實密度差，填土的透水性較強，存在滲流破壞隱患。因此需進行防滲加固，堵塞壩體中的滲漏通道，降低壩體的滲潤線，消除反濾體以上的溢出點，減少壩基滲透流量。一般設(shè)計人員會根據(jù)工程的實際情況，提出2個加固設(shè)計方案：方案一是在壩頂灌漿防滲，壩基以下采用帷幕灌漿，壩體采用充填灌漿，即主壩壩體防滲擬采用充填灌漿處理，壩基采用固結(jié)灌漿和帷幕灌漿處理，上游排沿壩頂軸線偏上游0.75 m布置，灌漿孔布置為雙排，最終孔距為1.0 m。帷幕灌漿孔底高程深入至巖石下限至單位吸水率≤5 Lu線以下1.0 m。灌漿檢查孔不少于總進尺的10%。灌漿28 d后檢查試驗的滲透系數(shù)要求K≤1×10-5 cm/s。固結(jié)灌漿孔、排距均為3 m，鉆孔深入壩基以下8 m。方案二是在壩前設(shè)置混凝土截水槽，壩內(nèi)坡正常水位以下鋪設(shè)土工膜與壩前截水槽相接防滲，截水槽下采用帷幕灌漿防滲。

壩頂灌漿防滲方案的優(yōu)缺點：？譹？訛既不需降低水位，也不需圍堰即可施工。？譺？訛可以在壩體內(nèi)形成鉛直而連續(xù)的防滲墻，堵住漏水通道，提高壩體的防滲能力，同時通過漿、土互壓和濕陷，使壩體、壩基內(nèi)部應(yīng)力重新分布，提高壩體、壩基變形穩(wěn)定性。？譻？訛灌漿防滲的施工技術(shù)要求比較高，而且整個施工過程都必須對大壩的穩(wěn)定進行嚴密的監(jiān)測。？譼？訛從施工質(zhì)量來說，灌漿防滲的施工都是在壩體內(nèi)進行，質(zhì)量控制技術(shù)要求高。？譽？訛灌漿防滲的壽命長。？譾？訛工程投資較大。

土工膜防滲方案的優(yōu)缺點：？譹？訛土工膜與壩基截水槽的施工質(zhì)量容易保證。？譺？訛土工膜防滲與壩基截水槽結(jié)合的方案除了能滿足防滲要求外，上游壩腳的防滲截水槽還能起到支持上游壩身、增加穩(wěn)定性的作用。？譻？訛采用土工膜防滲與壩基截水槽結(jié)合的方案，施工程序較多，但施工不當也容易引起土工膜穿孔等質(zhì)量問題，混凝土壓頂與灌漿帷幕、土工膜的連接處也容易產(chǎn)生質(zhì)量問題。？譼？訛施工工序多，并且受季節(jié)限制，只能在枯水期施工，且需要圍堰抽水才能施工。？譽？訛建筑工程投資少，但土工膜防滲的實際壽命只有10年左右。

1.3 常見的工程質(zhì)量問題及對策

現(xiàn)場施工條件簡易，未采取振搗棒振搗混凝土，而是簡單地利用鐵鏟拍打混凝土，容易造成骨料分離，外觀質(zhì)量差，達不到成型效果。六角塊分縫沒有嚴格按照設(shè)計圖紙施工，有時候甚至預(yù)留了“假縫”，六角塊中間的PVC排水管沒有起到排水的作用，而是管口朝上，這樣起不到疏散六角塊混凝土板背后的積水的作用，排水棱體表面為了美觀利用砂漿抹面，沒有起到觀測滲水的作用。

對策：采用柴油機發(fā)電，給現(xiàn)場供電，加強混凝土的振搗，采用油毛氈對折后嵌入分縫之中，或者采用瀝青砂漿灌注，將縫隙填滿，排水管安裝需要管口傾斜朝下，以利于排水，排水棱體采用石塊自然堆砌，以利于觀測大壩坡腳滲水情況。

2 溢洪道加固設(shè)計

2.1 加固前存在的問題

溢洪道外觀尺寸不完整，未做消力池。泄槽底板砼老化、開裂，側(cè)墻表面砂漿質(zhì)量差，局部脫落。溢洪道泄槽段太彎曲，水流條件惡劣，邊墻不夠高，兩側(cè)土質(zhì)邊坡較陡，容易坍塌。出水渠位于壩腳，積水、滲漏浸潤壩腳，影響大壩安全。底板厚度不滿足規(guī)范要求，沒有消力池和海漫段，溢洪道底板未進行襯護，水庫溢洪時將沖刷該段陡坡，危及溢洪道安全，溢洪道底板無襯砌，邊墻已損壞，溢洪道泄槽內(nèi)雜草叢生，溢洪道出口沒有消能設(shè)施。排洪道寬度和高度不夠，溢洪道出口有塌方堵塞，影響下游泄洪。

2.2 加固措施

根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》（SL 253—2000）規(guī)定，溢洪道邊墻沿基面的抗滑穩(wěn)定可按抗剪強度公式進行計算。

式中：Kc為按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；規(guī)范要求正常工況（基本組合）Kc≥[Kc]=1.1；校核工況（特殊組合）抗滑安全系數(shù)Kc≥[Kc]=1.05；f為邊墻與基礎(chǔ)接觸面的抗剪滑摩擦系數(shù)，f=0.35；ΣW為作用于邊墻上的全部荷載對計算滑動面的法向分量；ΣP為作用于邊墻上的全部荷載對計算滑動面的切向分量。

設(shè)計保留明渠凈寬，設(shè)計溢洪道進口為喇叭口式進口，控制段為寬頂堰。拆除原邊墻砌體，重新用M7.5漿砌石重力擋土墻護坡；保留原有渠底高程，開挖并平整溢洪道；對出口塌方進行處理，并修建消力池；增加跨溢洪道交通橋。設(shè)計跨溢洪道交通橋為1跨現(xiàn)澆鋼筋砼梁板橋，兩邊設(shè)置護欄，兩邊墩為C25毛石砼橋臺、設(shè)計荷載汽-5。欄桿采用C20鋼筋砼，橋面鋪裝層采用C25防水砼澆筑，橋臺頂上為C25鋼筋砼橋帽。

2.3 常見的工程質(zhì)量問題及對策

溢洪道底板混凝土厚度不足，分縫不夠，溢洪道擋土墻未設(shè)置排水管，排水管管后未設(shè)置反濾包，容易造成堵塞，起不到排水的作用。

對策：加強現(xiàn)場測量，采取鉆芯取樣，控制底板混凝土厚度，按照設(shè)計圖紙注意預(yù)留分縫位置，在擋土墻上采取梅花樁形狀布置排水管，并用卵石、碎石、細沙等用土工布包裹好，做為排水管管后的反濾包，防止排水管被淤泥堵塞。

3 輸水隧洞加固設(shè)計

3.1 加固前存在的問題

輸水涵管內(nèi)壁砼嚴重老化，露石，砂漿脫落，多處裂縫漏水，漿砌石的襯砌砂漿老化，滲漏嚴重，輸水建筑物的金屬結(jié)構(gòu)不能安全使用，輸水涵管砼和漿砌石襯砌老化，出現(xiàn)裂縫漏水。輸水涵管內(nèi)壁砼嚴重老化，露石，護襯的漿砌石砂漿也老化、風化，滲漏嚴重。

3.2 加固措施

一般均為新建輸水隧洞，常見的為無壓隧洞，而且圍巖巖石較破碎，因此本次設(shè)計荷載組合采用圍巖壓力+襯砌自重的形式。本次計算取隧洞進出口處斷面為計算斷面，以1 m為計算長度。按松動介質(zhì)平衡理論計算圍巖壓力。根據(jù)《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》（SL 279—2002），Ⅴ類圍巖、無壓的洞段采用結(jié)構(gòu)力學法計算，本次設(shè)計采用查表法計算襯砌結(jié)構(gòu)。水力要素計算按各渠段設(shè)計流量、最大流量（加大20%）、最小流量3種情況計算，洞身水力計算采用等速流公式計算：Q=ωV。

3.3 常見的工程質(zhì)量問題及對策

一般常見的工程質(zhì)量問題出現(xiàn)在洞身的接縫處，此處一般容易漏水，洞身一旦發(fā)生滲漏，則山體的自然滲水容易通過滲漏通道下滲至隧洞內(nèi)，大量的滲水帶走山體淤泥，長期堆積在隧洞內(nèi)，容易導致隧洞堵塞，影響正常運行。

對策：加強洞身接縫處的防水、止水措施，加強混凝土振搗，避免欠振、漏振，保證混凝土澆筑質(zhì)量，運行管理過程中要注意巡檢，發(fā)現(xiàn)有滲漏情況立即采取灌漿止水的措施，保證隧洞正常運行。

4 防汛搶險進庫公路、管理房設(shè)計

4.1 加固前存在的問題

防汛搶險進庫公路坑坑洼洼，雨天路滑無法通車，壩首無管理房，水庫工程管理條件落后，交通與通信設(shè)施不能滿足防汛搶險要求，大壩安全監(jiān)測及管理設(shè)施差，大壩運行管理綜合評為“差”，水庫無水文測報，現(xiàn)場未配備滲漏觀測設(shè)施及觀測儀器，觀測工作不能按規(guī)范執(zhí)行，缺乏安全監(jiān)測成果資料。

4.2 加固措施

修建防汛公路，以滿足防汛搶險要求。設(shè)置大壩沉陷、位移及滲漏等安全監(jiān)測設(shè)施，建立自記雨量計及自記水位計。配套交通及管理設(shè)施。

由于小型水庫原沒有管理值班房和相應(yīng)的管理設(shè)施、設(shè)備，所以一般建議新建管理用房面積為20～40 m2，采用磚混結(jié)構(gòu)，其中包括廚房、休息室、值班室。房址選在右壩肩的山腳。配套相應(yīng)的辦公設(shè)施和設(shè)備。管理房用電從下游的村莊接。

4.3 常見的工程質(zhì)量問題及對策

泥結(jié)石路面厚度不足，管理房后期無人管理，管理房門窗容易被人為破壞。

對策：加強施工管理，控制泥結(jié)石路面厚度，保證防汛道路暢通無阻。管理房加裝鋁合金防盜網(wǎng)，內(nèi)穿12 mm螺紋鋼筋，防止人為破壞門窗，同時派駐水庫管理人員，長期駐扎水庫管理房，加強水庫巡檢，保證水庫正常運行。

5 結(jié)語

通過這些水庫防滲加固措施，大壩達到了防滲標準，在水庫的運行過程中起到了至關(guān)重要的作用。水庫發(fā)揮了防洪、灌溉、養(yǎng)殖、旅游等作用，效果良好，獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

參 考 文 獻

[1]SL 252—2000，水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].

[2]DL 5021—93，水利水電工程初步設(shè)計報告編制規(guī)程[S].

[3]SL274—2001，碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S].

[4]SL 189—96，小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導則[S].

[5] SL/T 191—96，水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[6]SL 253—2000，溢洪道設(shè)計規(guī)范[S].

[7]SL 279—2002，水工隧洞設(shè)計規(guī)范[S].

[責任編輯：陳澤琦]