水利水電工程中的大壩加固設(shè)計技術(shù)分析

朱杰飛

廣州市白云區(qū)人和攔河壩管理所 廣東 廣州 510000

在對水利水電工程項目的大壩結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，需要對當?shù)氐刭|(zhì)狀況與地形條件等因素進行綜合分析，確保其與當?shù)貙嶋H情況相符合。通過合理優(yōu)化與完善大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以進一步保證大壩施工的安全性，并使施工工期得到縮短，有效降低施工成本。因此，相關(guān)施工企業(yè)需要對水利水電工程大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計特點進行掌握，合理采取施工方式，并監(jiān)測大壩結(jié)構(gòu)的運行情況，使大壩運行的安全性和穩(wěn)定性得到有效提高。

1 水利大壩工程的基礎(chǔ)處理特點

1.1 容易受到多方面因素影響

由于水利水電工程的大壩施工環(huán)境十分特殊和復(fù)雜，因此在具體施工中會受到許多因素所帶來的影響，無法有效控制各項參數(shù)。對此，相關(guān)施工企業(yè)需要在實際施工中嚴格把關(guān)各項工作內(nèi)容，并科學(xué)處理與設(shè)計基礎(chǔ)工程，使大壩的安全系數(shù)得到提高。一旦無法保證基礎(chǔ)工程的設(shè)計與處理合理性，則會使水利水電工程運行風險有所增大，無法有效防御自然災(zāi)害，進而引發(fā)相關(guān)安全事故[1]。

1.2 需要做好前期的勘察工作

在水利大壩工程的實際投入使用過程當中，往往會受到環(huán)境因素所帶來的影響，無法保障基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)質(zhì)量，同時還會影響到上部結(jié)構(gòu)指標。為了有效控制此現(xiàn)象，需要對工程的基礎(chǔ)施工質(zhì)量進行保證。在具體施工中，需要有效勘查施工區(qū)域地質(zhì)情況，并對水文以及地質(zhì)等條件進行掌握，有效開展相關(guān)試驗，在確認無問題后方可落實后續(xù)施工作業(yè)。

1.3 質(zhì)量評估存在一定的困難

在水利水電工程當中，大壩工程是一項隱蔽工程，在施工結(jié)束后質(zhì)量驗收工作的難度相對較大。因此需要通過檢驗工程運行效果，對工程的建設(shè)質(zhì)量達標情況進行了解。但在工程運行期間出現(xiàn)質(zhì)量問題，無法有效開展返修工作，不僅會造成資源浪費，而且還會嚴重影響大壩建設(shè)質(zhì)量。對此，相關(guān)施工企業(yè)需要在施工中有效控制各項環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，保證科學(xué)合理的開展各項工作，從而使基礎(chǔ)工程的施工質(zhì)量得到保證[2]。

2 水利水電工程大壩的現(xiàn)狀

我國地域面積遼闊，大部分地區(qū)都處于季風區(qū)，有著降水分布不均勻的特點。我國的旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率較高，對我國社會經(jīng)濟發(fā)展、人民的日常生活造成了非常多不便。我國的水利工程有著較長時間的應(yīng)用歷史，隨著近年來我國水利水電工程技術(shù)的發(fā)展，我國的水利水電工程的數(shù)量與規(guī)模相較以往有了大幅度的增加與擴大，人們對于水利水電工程的要求也變得越來越高。隨著我國水利水電工程使用年限的增加，有一部分大壩出現(xiàn)了性能下滑問題，大壩出現(xiàn)了滲漏、塌陷等問題。必須對正在投入使用的大壩進行進一步的返修，對大壩存在的安全隱患加以控制。還有一部分大壩因為修建的時間比較早，采用的施工材料和施工技術(shù)都比較單一和落后，在長期使用的過程中，穩(wěn)定性變得越來越低。對于水利水電工程的正常運作有著較大的影響。除此之外，有部分水利水電工程在設(shè)計的時候就存在著方案不合理問題，在長期使用的過程中也得不到重視，裂縫、坍塌現(xiàn)象時有發(fā)生。隨著近年來我國城市化進程的加快，人們越來越重視生態(tài)環(huán)境的保護。水利水電工程作為保護生態(tài)環(huán)境、調(diào)節(jié)生態(tài)平衡、避免水土流失的重要措施，發(fā)揮著重要的作用。如果大壩在使用過程存在風險，將對我國社會經(jīng)濟的發(fā)展、居民的日常生活產(chǎn)生消極影響，嚴重者甚至會威脅到我國居民的生命安全與財產(chǎn)安全。在新時期，我國的水利水電工程面臨全新的挑戰(zhàn)與機遇，國家對于水利水電工程的資金投入也在不斷增加，原來越多新技術(shù)、新工程的應(yīng)用與建設(shè)，推進了我國水利水電工程的發(fā)展。我國的水利水電工程現(xiàn)階段雖然已經(jīng)處于世界前茅水平，但是仍需要重視大壩加固技術(shù)，針對現(xiàn)階段水利水電工程大壩中存在的問題采取相應(yīng)的加固措施，確保我國居民的生命安全與財產(chǎn)安全。

3 水利水電工程中大壩容易出現(xiàn)的問題

3.1 大壩滲漏

對于水庫大壩而言，蓄水防洪是其具有的一項重要功能，但在實際應(yīng)用水庫大壩時可以發(fā)現(xiàn)，由于一些水庫大壩是在特定時間設(shè)計，在統(tǒng)計和計算庫區(qū)洪水量時存在紕漏，大壩具有的防洪能力無法滿足實際情況，因此與大壩預(yù)防使用標準不符。與此同時，部分地區(qū)的水庫由于在工程施工階段存在技術(shù)限制，因此在水壩防滲設(shè)計方面不夠合理，相關(guān)施工作業(yè)開展也不夠到位，出現(xiàn)了漏水、滲水等問題，對水庫的蓄水防洪能力產(chǎn)生了嚴重影響，也威脅到了當?shù)鼐用竦恼Ｉa(chǎn)和生活。

3.2 大壩主體

根據(jù)水利部門測算可以知道，大壩主體問題是水利工程當中的一類常見問題，具體包括以下幾個方面。首先，大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計不符合現(xiàn)行標準。通過實際勘察可以發(fā)現(xiàn)，一些大壩主體的坡度設(shè)計不夠合理，未對壩體的透水性進行充分考慮，一旦年降水量較大，將會超過壩體承受的壓力極限，進而嚴重影響大壩主體。其次，在修建大壩時由于受到科技水平方面的限制，因此主要采用人工作業(yè)形式，無法有效保證填土質(zhì)量，大壩的垂直密度不符合預(yù)期標準，碾壓工作也不夠到位，導(dǎo)致大壩主體中間有軟弱層存在。在此情況下，大壩長期受到雨水影響，嚴重損害了壩體的個別位置，無法有效保證壩體根基的穩(wěn)固性。當情況嚴重時，會由于地面下沉等原因而導(dǎo)致壩體開裂和塌方，進而對當?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)安全造成嚴重威脅[3]。

3.3 引水涵與溢洪道

對于大壩而言，引水涵與溢洪道也是問題高發(fā)部位。其中，引發(fā)引水涵問題的主要原因有兩個，一是引水涵的施工材料與現(xiàn)行施工標準存在差異，引水涵的施工材料強度已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段水利水電工程發(fā)展的需求；二是大壩工作人員在日常工作中沒有定期對引水涵進行檢查，導(dǎo)致引水涵在實際使用的過程中出現(xiàn)了滲水與漏水的現(xiàn)象。如果引水涵出現(xiàn)問題不加以重視并予以處理，那么漏水部分便會不斷累積，大壩主體的安全受到影響。而引發(fā)溢洪道問題的主要原因則更多地是設(shè)計方面的問題，如果溢洪道的設(shè)計不夠合理，那么大壩的泄洪能力就無法滿足相關(guān)規(guī)范標準的要求，導(dǎo)致在關(guān)鍵時期溢洪道難以發(fā)揮其作用，對我國人民的生命安全與財產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴重的影響。

3.4 壩體結(jié)構(gòu)與標準數(shù)據(jù)差異較大

壩體結(jié)構(gòu)是確保水利水電工程大壩穩(wěn)定運行的重要因素，而在水利水電工程大壩長期使用的過程中，很多大壩的壩體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)已經(jīng)脫離了標準數(shù)據(jù)。例如承重墻體、殼體部分的夯實度低等，都是壩體結(jié)構(gòu)常見的問題。以往修建大壩時，會使用機械鉆孔、人工作業(yè)等方式進行施工，這就導(dǎo)致了施工的過程中與圖紙標準會存在一定的差異，在長期使用的過程中，壩體的水平密度與強度都會出現(xiàn)問題。尤其是大壩墻體的壩土分布，如果壩土分布不均的話，就會導(dǎo)致壩體受損，引發(fā)塌方。

3.5 大壩基礎(chǔ)位置位移

在大壩壩體基礎(chǔ)位置的加固上，施工部門通常會使用方石進行加固。但是在大壩長期投入使用的過程中，水流會對方石進行侵襲與腐蝕，這就導(dǎo)致了方石出現(xiàn)了水平位移現(xiàn)象，加固作用被大幅削弱。在大壩加固的過程中，如果有沙土殘留，也會引發(fā)壩體透水現(xiàn)象，進而影響到大壩的整體質(zhì)量。位移問題是影響大壩穩(wěn)定性的主要問題，在水土壓力作用下，如果大壩在建設(shè)過程中基礎(chǔ)加固設(shè)計存在問題，則發(fā)生位移的可能性較大，直接影響大壩整體的安全。因此，對大壩基礎(chǔ)進行加固設(shè)計是預(yù)防壩體位移、提升大壩穩(wěn)定性的關(guān)鍵，在實際設(shè)計中，需充分考慮影響大壩位移的各類因素，對大壩各部位進行加固設(shè)計，實現(xiàn)大壩整體穩(wěn)定性的提升。

4 水利水電工程大壩加固設(shè)計技術(shù)應(yīng)用

進行水利水電工程大壩加固設(shè)計，目的是提升大壩整體施工質(zhì)量，保證大壩在實際使用中穩(wěn)固，減少滲漏、位移等不良事件的發(fā)生。水利水電工程中，大壩作為重要建筑，在涵養(yǎng)、調(diào)節(jié)水源等方面發(fā)揮著重要作用。雨季，水庫、大壩具有排水、泄洪的作用，對凈流量能夠隨季節(jié)進行調(diào)整，雨季蓄水、旱季泄水，保證了下游工農(nóng)業(yè)的用水需求。大壩建設(shè)具有周期長的特點，諸多施工環(huán)節(jié)都對大壩整體建設(shè)質(zhì)量有影響，所以通過大壩加固設(shè)計，對大壩可能出現(xiàn)的病害進行預(yù)防，是保證大壩整體建設(shè)質(zhì)量提升的關(guān)鍵。在加固設(shè)計中，需從大壩施工中不同部位、不同結(jié)構(gòu)方面進行加固設(shè)計，具體如下：

4.1 壩頂、壩坡加固設(shè)計

通常來說，在水庫大壩的加固設(shè)計過程當中，首先需要合理設(shè)計壩頂壩坡。在實際應(yīng)用水庫時，壩頂需要對部分排水任務(wù)進行承擔，因此需要確保具有良好的排水效果。在設(shè)計工作當中，需要有效保障壩頂路面設(shè)計的有效性與合理性。在路面設(shè)計施工時，需要確保壩頂路面的傾斜度，通常應(yīng)向下游方向合理傾斜，這樣一來可以使壩坡的橫向排水溝與排水口有效連接。與此同時，還需要在下游位置對路沿石進行鋪設(shè)，從而使壩頂?shù)呐潘δ艿玫皆鰪?。除了要設(shè)計壩頂路面以外，相關(guān)設(shè)計人員還應(yīng)對壩頂高程設(shè)計方案進行合理制定，精確合理的計算壩頂高程，確保壩頂高度與寬度能夠符合相關(guān)安全標準。水庫大壩的邊坡比需要結(jié)合壩高、壩基、壩型以及壩體等水壩基本情況，并運用物理學(xué)原理來進行精確計算。對于爆破的抗法以及滲流穩(wěn)定性，需要結(jié)合壩體所承受的重力壓力來進行計算。通過保證水泵的基本物理參數(shù)，可以更好地發(fā)揮出大壩具有的排水功能，為大壩除險加固打下堅實基礎(chǔ)。

4.2 放水洞和溢洪道加固設(shè)計

現(xiàn)如今，許多水庫由于受到多種因素的綜合作用，進而出現(xiàn)了相應(yīng)的安全問題，這需要相關(guān)施工企業(yè)有效開展除險加固工作，而其中溢洪道和放水洞的加固設(shè)計與施工十分重要。因此，相關(guān)施工企業(yè)需要根據(jù)水庫大壩的具體情況，嚴格按照合理、節(jié)約、安全以及可靠等原則，對放水洞進行除險加固設(shè)計。在具體設(shè)計過程當中，需要有效加固和修補相關(guān)的隱患部位，除了要加固混凝土矩形涵洞以外，還需要全面修補和加固洞身，對環(huán)氧砂漿、防水涂料以及高強砂漿等進行涂抹。這樣一來，不僅能夠有效修補涵洞縫隙缺陷，而且還可以加固放水洞。除此之外，為了充分保證泄洪的通暢性以及大壩安全性，需要結(jié)合大壩實際情況對溢洪道進行加固，嚴格按照相關(guān)標準對尾水渠端、控制端以及線槽段等進行設(shè)計與施工，使大壩的性能保持穩(wěn)定，發(fā)揮出大壩具有的功能。

4.3 截滲、反濾與排水加固的設(shè)計

大壩穩(wěn)定性與水流控制具有密切聯(lián)系。在大壩除險加固過程當中，需要高度重視水流量的控制。具體來說，相關(guān)施工企業(yè)需要充分進行實地考察，明確壩體與壩基的地質(zhì)情況，并結(jié)合實驗分析和精確測算，對大壩的實際承載水量和抗腐能力進行明確。與此同時，還應(yīng)對水流進行合理控制，確保滿足相關(guān)的安全標準。在處理抗?jié)B問題時，需要結(jié)合相關(guān)實驗進行分析與測算，對安全可靠的抗?jié)B材料進行選擇。通常來說，需要對高壓懸噴混凝土墻進行有效應(yīng)用，從而使壩基滲漏現(xiàn)象得到有效截斷[4]。進行壩體排水及反濾加固設(shè)計時，可以將過濾層、反濾層設(shè)計在壩下埋管的末端滲流部位，對滲流問題進行處理。除此以外，將排水管加入滲流出逸部分，通過貼坡排水法的應(yīng)用，也能實現(xiàn)加固的目的。

4.4 優(yōu)化大壩頂端位置與坡度的規(guī)劃設(shè)計

在大壩修筑的過程中，施工單位會預(yù)留壩體排水設(shè)備，通常在設(shè)計大壩頂端排水環(huán)節(jié)時，將坡度通常設(shè)置成20°，并且會在大壩壩體的底部設(shè)置路緣石，將大壩底部與排水溝渠有效連接。

在設(shè)計壩體坡度時，通常會根據(jù)壩體的體積、壩體的占地面積、壩體的高度、壩體的規(guī)模、水流的流速進行規(guī)劃。坡度值的設(shè)計要根據(jù)大壩的承重水平進行設(shè)計，要確保大壩修筑完工后，再進行性能測試，要確保規(guī)劃與標準得到滿足后才能投入使用。在壩體的上游應(yīng)設(shè)立相應(yīng)的保護坡，提升壩體的穩(wěn)定性。盡可能以一個較低的施工強度提升壩體的性能，減少建筑材料的消耗。在壩體建筑材料的選擇上，通常會選擇抗沖刷性與耐磨性比較強的混凝土。保護坡堆砌時，要提前預(yù)留號排水孔，并在保護坡底部安裝好相應(yīng)的壩體基座。

4.5 加固主壩的具體措施

在防滲墻預(yù)埋鋼管時，鋼管底部非常容易產(chǎn)生風化巖，因此在加固壩體設(shè)計過程中，工作人員應(yīng)該意識到，風化巖層的鉆孔難度是非常大的，可以采用帷幕灌漿的方式開展灌漿工作，將混凝土與帷幕灌漿相連即可。在防滲墻的設(shè)計上，應(yīng)選用塑性混凝土作為防滲墻的主要材料，膨潤土漿液將墻壁加以固定，利用兩鉆法進行穿鑿，最后用混凝土泵送澆筑即可。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，水利水電事業(yè)也進入到全新發(fā)展時期當中。在水庫大壩的日常運行過程當中，為了使大壩具有的重要作用得到充分發(fā)揮，也為了使人們的生命財產(chǎn)安全得到保障，需要對水庫大壩有效采取除險加固措施，使大壩運行期間的安全性和穩(wěn)定性得到有效提升。通過有效開展大壩除險加固工作，一方面可以促進我國水利事業(yè)的快速發(fā)展，另一方面還能夠提升社會經(jīng)濟建設(shè)水平。因此，相關(guān)施工企業(yè)需要科學(xué)合理的開展大壩加固設(shè)計工作，從而有效消除水患，促進水利水電工程行業(yè)的健康發(fā)展。