北票市小型水庫加固設計方案的優(yōu)選研究

王 興

(遼寧省北票市水利規(guī)劃勘測設計院，遼寧 朝陽 122100)

小型水庫作為組成供水體系和防洪保安體系的重要部分，對推動國民經(jīng)濟發(fā)展、保障國家糧食安全以及區(qū)域防洪排澇等發(fā)揮著巨大作用，確保小型水庫安全運行與安全度汛，直接關(guān)系著人畜飲水安全、農(nóng)業(yè)灌溉和下游沿河群眾財產(chǎn)安全[1-3]。近年來，極端天氣頻率的增加及全球氣溫的升高，在很大程度上增加了局部地區(qū)發(fā)生暴雨的概率，確保小型水庫安全逐漸成為社會關(guān)注的熱點。對于境內(nèi)的小型病險水庫，北票市水務局批準實施了一系列的除險加固改造工程，整治范圍涉及周家營、王法溝、蒙古營等12座小型水庫，通過輸水洞加固、壩體加固、進口八字形處理、建設溢流堰與邊墻、挖深拓寬溢洪道等，基本消除了水庫的安全隱患，對提高水庫安全保障水平、完善工程管理設施和水利設施發(fā)揮著巨大作用。然而，在選擇加固設計方案上還存在許多的不足，對于實施過程中出現(xiàn)的問題還要給予足夠的重視和關(guān)注。

1 小型水庫的除險加固

1.1 病險問題分析

北票市現(xiàn)有的小型水庫大多修建于六、七十年代，受當時的歷史條件限制，大多數(shù)水庫屬于典型的“三邊”工程，建設初期行業(yè)標準、設計規(guī)范不健全，水文地質(zhì)勘探資料較少，施工和設計力量薄弱，方案審查把關(guān)不認真；水庫建設以群眾大會戰(zhàn)為主要施工方式，技術(shù)手段有限且施工設備簡陋，多數(shù)壩基處理不徹底甚至沒有處理，無法保證設計標準和壩體填筑質(zhì)量，大部分水庫都或多或少的存在一定安全隱患；由于固定投資渠道的缺乏，后期維修養(yǎng)護水庫工程設施時受到限制，水庫帶病運行、老化失修的現(xiàn)象普遍存在；因缺乏專業(yè)管理人員、管護水平低，無法及時有效的了掌握水庫的真實運行狀況，水庫病險問題未能有效處理，對下游防洪安全以及區(qū)域發(fā)展產(chǎn)生安全隱患。雖然應急除險過少數(shù)的水庫大壩，但并未從根本上解決實際問題，無法充分發(fā)揮水庫工程的功能效應[4，5]。

根據(jù)工程原設計、校核標準以及大壩安全鑒定成果，壩體壩基滲流不穩(wěn)定、防洪能力不達標、金屬結(jié)構(gòu)與機電設備老化、結(jié)構(gòu)安全不過關(guān)等為小型病險水庫常見的問題。依據(jù)北票市小型水庫加固整治專項規(guī)劃，有7座水庫已無法正常使用其金屬結(jié)構(gòu)，僅有1座水庫可以正常運行其金屬結(jié)構(gòu)，另有4座根本沒有配置閘門等結(jié)構(gòu)設備，病險程度統(tǒng)計如圖1。

圖1 北票市小型病險水庫統(tǒng)計結(jié)果

1.2 除險加固技術(shù)

滲流不穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)不安全、防洪不達標等問題作為水庫加固整治的為核心，并考慮每座水庫的實際情況，結(jié)合其存在的安全隱患選擇適應的除險加固措施。

解決滲流不穩(wěn)定問題。依據(jù)小型水庫加固工程初設報告，北票市主要選用3種方案解決其滲流不安全問題，即壩體、壩基和壩肩防滲加固。其中，比較常用的防滲處理措施有劈裂灌漿、混凝土防滲墻、壩基帷幕灌漿、壩體充填灌漿等，通過實施有效的防滲處理技術(shù)，從根本上解決滲流不安全問題。

解決結(jié)構(gòu)不安全問題。結(jié)合水庫加固工程設計報告，北票市主要利用4種方案解決結(jié)構(gòu)的不安全問題，即大壩培厚、加固改造溢洪道、改造泄洪洞、臥管加固改造。為更好的保證大壩安全，可以采取削坡減緩壩坡、培厚減緩壩坡的方法，其中培厚減緩壩坡時要利用比原壩坡大的透水性材料，并加固整治上下游壩坡，而混凝土板、堆石及干砌石護坡等多用于上游護坡，而簡化型式的護坡一般用于下游。采用科學的加固改造技術(shù)，有效解決了水庫結(jié)構(gòu)不安全的問題[6]。

解決防洪不達標問題?？紤]病險水庫加固設計報告，北票市選擇6種方案解決防洪不達標的問題，即加高大壩、新建溢洪道、新建泄洪洞、擴建溢洪道、加高防浪墻、完建溢洪道。根據(jù)工程實際情況，選擇合適的技術(shù)措施顯著提升了水庫的防洪標準[7]。

1.3 施工中的問題

安全風險大。水庫加固設計方案選用的工程措施具有較大的施工風險，如拆除重建壩體中間泄洪閘、修復土壩壩體中的涵洞、增加壩前高排架控制措施以及拆除重建壩體上部結(jié)構(gòu)等方案，施工過程中以上措施存在較大的風險性，為確保施工安全還要采取有效的防護措施。

實施難度高。病險水庫加固整治工程采用風險較大的工程措施，在實際中無法實現(xiàn)，如利用沉井方案修建淤泥下的進水塔、拆除重建淤泥下的進水塔等。

過于強調(diào)泄洪能力。依據(jù)水庫加固整治工程管理辦法，原則上小型水庫加固設計方案不考慮加壩措施。由于未能充分理解其內(nèi)涵、作用，大部分設計和管理人員就錯誤的認為不考慮加固方案，而對于防洪能力大達標的水庫其最佳選擇就是加寬加深溢洪道。根據(jù)方案設計時洪水計算結(jié)果普遍偏大的實際情況，由此導致溢洪道存在較大的下切寬度，雖然加固整治工程大大提高了水庫的防洪能力，但實際蓄水能力、興利庫容明顯減少。

忽視征地、補償協(xié)調(diào)工作。水庫確權(quán)界定滯后的現(xiàn)象普遍存在于北漂地區(qū)，大多數(shù)小型水庫的管理工作由集成鄉(xiāng)鎮(zhèn)負責，受多種因素限制其工作相對更差。有的地方直接把不過水的土質(zhì)溢洪道、不常淹沒的庫區(qū)給村民發(fā)放林地征、土地證、宅基地證等，由于不考慮征地補償費用在除險加固投資中的比例，方案批復后無法開展后期的協(xié)調(diào)工作，這給加固整治工程的實施帶來了極為不利的影響[8]。

2 設計方案的優(yōu)選

2.1 保證水庫安全

結(jié)合水庫除險加固工程管理辦法，解決對水庫安全運行方面產(chǎn)生直接影響的問題為病險水庫加固整治的重點內(nèi)容。例如，對于發(fā)生滲漏的水庫，若屬于壩體、壩基等能夠顯著影響工程結(jié)構(gòu)安全的滲透問題，必須采取合適的防滲措施；若屬于不發(fā)生滲透破壞而僅僅出現(xiàn)水庫蓄不住水的滲透問題，對此可不予處理。由于實行定補政策批建小型水庫加固整治項目，所以投資規(guī)模受到一定的制約，為充分利用有限的資金必須優(yōu)先解決重點問題，故無法全面解決鑒定出的所有病險問題。另外，提高管理水平也是保證水庫安全運行的重要方法，如新建防汛搶險道路、新增水文與大壩監(jiān)測設施、增設水庫通訊設備及管理房等，對水庫的日常管理安排專門的管理人員。

2.2 考慮水庫蓄水能力

根據(jù)北票市水資源緊缺的實際情況，應考慮水庫蓄水能力科學設計水庫加固整治方案。工程上，加大水庫泄流能力以及提高其防洪達標能力的常用方式有下切、拓寬溢洪道，對于該問題也可采取增設壩頂防浪墻、適當加高壩頂?shù)拇胧?，這就要求充分論證方案的可行性。特別是加高拱壩、砌石重力壩等工程量很小的項目，從經(jīng)濟可行性的角度就是加高壩頂；對基本達到規(guī)范要求防洪能力的土壩，可供選擇的方案有改變水庫運行調(diào)度方式、加高防浪墻等。過于強調(diào)加大水庫洪流能力和防洪能力達標，實質(zhì)上降低了水庫蓄水能力，所以這種方案并不可取[9]。

2.3 工程措施可行性

水庫加固設計方案必須結(jié)合工程實際，許多工程措施理論上可行而實際上確行不通。例如，為使泄流能力達到要求需要外拓溢洪道寬度，雖然批復的設計方案也在水庫管理范圍，但由于征地協(xié)商行不通而不得不變更的現(xiàn)象較為常見；運用沉井方案修建水庫淤泥下進水塔，盡管方案可行且已批準，因存在原漿砌石翼墻、地基軟硬不均等因素而無法施工，最終方案也必須更改；因當?shù)厝罕娮獾讲坏貌环艞墡靺^(qū)防滲土工膜鋪設方案。

2.4 技術(shù)方案安全性

水庫加固設計方案必須考慮施工安全性，如土壩壩體中涵洞修復時無法保證施工人員安全，對此必須給予更改；壩前增設放水鋼管控制閘室需要修建40 m高的爬架，由于存在較大的來水風險性不得不變更；由于未全面了解水下情況，設計的原放水涵臥管進口修復不得不變更為涵臥管封堵方案等。

此外，多年蓄水運行的水庫一旦放空，若要再蓄水則無法實現(xiàn)，所以放空水庫的施工方案在加固設計工程中一般不考慮。例如，由于采取放空改造的施工方案，原本碧波蕩漾、游船如織的小型水庫多年再也沒能蓄上水；改造以前穩(wěn)定蓄水的水庫，因放空水庫新建泄洪洞再也未能蓄上水。

3 結(jié)語

較新建工程水庫加固整治存在明顯的差異性、特殊性，應考慮蓄水運用、水庫病險、周邊施工環(huán)境等因素科學選擇加固設計方案，從經(jīng)濟合理性、施工可行性、實施安全性、技術(shù)優(yōu)越性的角度全面分析，方可優(yōu)選出最佳的方案以及最大化水庫加固工程效益。通過分析北票市近年來的水庫加固工程案例，結(jié)合加固工程實際效果，對選擇方案設計時存在的不足進行總結(jié)分析，并提出工程實施時要解決的問題，對類似工程加固設計以及效果評價具有一定的借鑒指導價值。