中小型土石壩水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)分析

宋陽

（重慶陸洋工程設(shè)計(jì)有限公司，重慶 401121）

0 引言

水庫工程中的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)是延長水庫使用壽命的一項(xiàng)關(guān)鍵舉措，這對(duì)水利工程的建設(shè)與實(shí)施具有重要意義。在中小型水庫建設(shè)項(xiàng)目管理中，常見的要數(shù)土石壩的工程施工了。土石壩的項(xiàng)目工程施工較為容易，并且通常都是采用就地取材的施工方式來進(jìn)行施工，因此，土石壩工程越來越廣泛地被應(yīng)用于中小型水庫建設(shè)中。但是，土石壩建設(shè)工程仍然還存在一些安全問題，最常見的一個(gè)問題也就是壩體滲漏情況，并且隨著壩體滲漏情況的不斷加劇，將來還會(huì)直接導(dǎo)致更多的壩體變形，影響安全。我國中小型水庫數(shù)量較多，因此必須加強(qiáng)對(duì)中小型土石壩水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)工作的研究，從而為中小型水庫從業(yè)人員的施工提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 土石壩滲漏產(chǎn)生的成因

造成小型土石壩滲漏的主要成因有很多。具體分析方法如下：①壩基礎(chǔ)的問題。在壩體施工建設(shè)過程中，沒有及時(shí)做好壩體基礎(chǔ)的有效透水層處理工作，相關(guān)的壩體截面排水槽等設(shè)施沒有有效的排水處理，都會(huì)直接引起土石壩基層的滲漏；②材料質(zhì)量問題。土石壩壩體作為我國中小型水庫工程中目前應(yīng)用最廣的一種壩體，其中最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是在原材料的使用選擇上采取就地取材的基本原則。就地取材雖然可以大大方便建筑施工，減少建筑成本，但是，同樣也嚴(yán)重限制了建筑材料的正確選擇。如果沒有充分深入分析這種材料的結(jié)構(gòu)特性，將來會(huì)導(dǎo)致一些土石壩在首次投入使用后就會(huì)出現(xiàn)大量滲漏或者變形開裂問題，導(dǎo)致土石壩體內(nèi)部出現(xiàn)滲水問題；③施工工藝問題。在建設(shè)整個(gè)土石壩的施工管理過程中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將直接導(dǎo)致整個(gè)土石壩工程出現(xiàn)安全問題。比如，沒有經(jīng)過防水黏土分層密封而夯實(shí)，灌漿不嚴(yán)實(shí)等問題，都認(rèn)為是可能導(dǎo)致后期土石壩工程出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏或者變形的重要組成因素。由此可見，在施工過程中，一定要注意保證施工工藝的安全科學(xué)性和合理性；④地質(zhì)問題。水文地質(zhì)環(huán)境條件良好是我國中小型水庫建設(shè)的重要地質(zhì)條件之一。在施工中小型土石壩時(shí)，需要事先充分考慮并分析當(dāng)?shù)氐木唧w地質(zhì)條件情況，以便在符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的情況下，進(jìn)行科學(xué)的工程基礎(chǔ)設(shè)施防滲，避免造成土石壩工程出現(xiàn)較大滲漏或者變形。另外，還需要特別注意管涌的異常出現(xiàn)，避免出現(xiàn)重大壩體垮塌事故。

2 中小型土石壩水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為了降低使用風(fēng)險(xiǎn)，有必要做好風(fēng)險(xiǎn)消除和加固工作。確保工程施工的質(zhì)量，需要結(jié)合實(shí)際情況，來選擇合適的除險(xiǎn)加固技術(shù)。設(shè)計(jì)期間，首先要對(duì)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行全面的了解與掌握，并通過合理設(shè)計(jì)提高土石壩自身的除險(xiǎn)能力。具體設(shè)計(jì)時(shí)，首先要對(duì)現(xiàn)場勘查資料和工程要求進(jìn)行足夠的了解與掌握，土石壩在使用過程中可能會(huì)受到各種內(nèi)外因素的影響，因此在最不利條件下，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確計(jì)算其承載力和耐久性。如果不符合要求，應(yīng)重新設(shè)計(jì)和計(jì)算，直到滿足初始要求。對(duì)材料的鋪設(shè)厚度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，可以選擇一些相對(duì)較薄的材料，并采用高壓灌漿的方法進(jìn)行施工。

2.1 土石壩排水設(shè)計(jì)

在土石壩排水設(shè)計(jì)中：①要做好大壩的排水工作。為了節(jié)省投資，石棱光滑美觀，可以在干石塊外面鋪一塊石頭；②要做好壩面排水設(shè)計(jì)工作。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以使用現(xiàn)澆混凝土的方法進(jìn)行處置，施工期間可以在每隔2~3m的位置處設(shè)置一個(gè)排水孔，設(shè)計(jì)時(shí)可以采用梅花形的布置形式。灌漿設(shè)計(jì)中，要根據(jù)工程現(xiàn)場地質(zhì)地貌狀況選擇合理的材料。施工之前，技術(shù)人員必須要合理檢查設(shè)計(jì)方案并且要嚴(yán)格把控排水工作。

2.2 土石壩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

控制好整個(gè)土石壩的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，不僅可以有效保證整個(gè)土石壩的基礎(chǔ)質(zhì)量，還可以防止整個(gè)土石壩的滲漏或者土石變形等各種危險(xiǎn)情況的發(fā)生。特別是在大壩主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)工程建設(shè)中，穩(wěn)固的大壩主體基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)可以有效地保證土石壩主體的最大工程承載力。在不斷提高鋼筋混凝土和砂石壩基層澆筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的黏土防水材料處理，和提高強(qiáng)度，可以考慮通過基層鋪蓋，采用人工或者天然的各種新型黏土防水材料組合來對(duì)其進(jìn)行防水加固。另外，還有一點(diǎn)必需特別注意的是檢查空氣排水閥和空氣減壓的實(shí)際使用情況，將兩者進(jìn)行互相結(jié)合統(tǒng)一起來處理，可以防止發(fā)生漏水或者滲漏。

2.3 壩基防滲加固處理

大壩上游壩坡在穩(wěn)定水位各種工況下，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于現(xiàn)行規(guī)范值，上游壩坡穩(wěn)定滿足要求；下游壩坡在壩體采用混凝土防滲墻加固和培厚后，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。針對(duì)上、下游壩坡護(hù)坡現(xiàn)狀，上游護(hù)坡擬維持現(xiàn)狀不變，下游護(hù)坡待培厚完成后采用C15混凝土分格草皮護(hù)坡；下游排水棱體拆除重建，排水棱體與壩土間增設(shè)反濾保護(hù)層。需對(duì)大壩壩基及兩壩肩進(jìn)行帷幕灌漿處理，灌漿材料采用42.5等級(jí)的普通硅酸鹽水泥。帷幕灌漿底界按透水率小于5Lu控制，同時(shí)考慮對(duì)壩基溶洞也進(jìn)行灌漿。帷幕灌漿分三序施工，推薦用中等壓力進(jìn)行灌漿。實(shí)際施工控制孔距、壓力可根據(jù)灌漿試驗(yàn)結(jié)果加以調(diào)整。帷幕灌漿軸線布置于壩軸線（防滲墻軸線）上游1.0m處，且與壩軸線平行。

2.4 高壓噴射灌漿防滲設(shè)計(jì)

該種處理方法目前是最為常見的用于處理滲漏變形的方法之一，廣泛的應(yīng)用于中小型水庫建設(shè)工程中，并且應(yīng)用效果良好。通過采用高壓滲漏噴射漿液灌漿壩體防滲的施工方法，可以有效縮短幕墻施工的持續(xù)時(shí)間，提高幕墻施工時(shí)的質(zhì)量，并且通過加大漿液對(duì)幕墻壩體的高壓滲漏控制力度，增加了壩體防滲的施工概率，進(jìn)一步提高幕墻施工效率。土石壩高壓噴射灌漿防滲技術(shù)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 土石壩高壓噴射灌漿防滲技術(shù)設(shè)計(jì)

2.5 土工膜防滲設(shè)計(jì)

土工膜料的防滲處理方法目前使用的領(lǐng)域范圍較為單一，其能夠廣泛作用于一些滲漏點(diǎn)和成因較為簡單的中小型土石壩中。土工膜基層防滲的這種方法主要是通過薄膜增加基層滲漏的最大半徑，變相降低了基層滲漏的數(shù)量，大大減少基層滲漏。但是，該種處理滲漏的方法還有一大困難，就是我們無法將它做到同時(shí)防止所有滲漏的變形。

2.6 下游壩坡進(jìn)行培厚處理

石壩水庫壩體設(shè)計(jì)為均質(zhì)土壩，但在14.21m壩高處明顯分層，土體性質(zhì)迥異，14.21m壩高以上筑壩土料為中液限粘土14.21m壩高以下筑壩土料為高液限粘土，下游壩坡坡度較陡等情況。除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，擬對(duì)下游壩坡進(jìn)行培厚處理，參照已建工程，初定培厚后下游壩坡坡比為1:3.0。

2.7 做好混凝土施工

小水庫混凝土施工與普通混凝土施工不同，小水庫混凝土施工在技術(shù)層面上存在獨(dú)特性。因?yàn)樾∷畮斐U(xiǎn)加固的施工時(shí)間長，工程量巨大，在施工過程中會(huì)受到多種因素的影響，容易受到外界環(huán)境的干擾，所以相對(duì)來說，小水庫混凝土施工技術(shù)對(duì)于施工條件和對(duì)于混凝土強(qiáng)度的要求會(huì)更加的嚴(yán)格。為使混凝土結(jié)構(gòu)在不同條件下，特別是在不同溫度條件下混凝土的結(jié)構(gòu)質(zhì)量不發(fā)生明顯變化，就要嚴(yán)格篩選水泥的不同種類，在不同使用條件下使用不同的水泥種類。

2.8 裂縫的處理

在進(jìn)行小水庫加固施工時(shí)，要做好小水庫裂縫加固工作。例如，在一些土壤松散的地區(qū)，可以使用大型機(jī)械和設(shè)備來加固小水庫，并增加小水庫本身的密封性。同時(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件，區(qū)域地理環(huán)境和氣候，可以選擇適合當(dāng)?shù)赜糜诩庸坦ぷ鞯慕ㄖ牧虾图庸谭椒ā＿@不僅改善了小水庫本身的密封性，而且節(jié)省了金錢。

平時(shí)要加強(qiáng)水庫的檢查工作，檢查期間，如果發(fā)現(xiàn)施工裂縫要及時(shí)修復(fù)。當(dāng)工人維修和處理小水庫相對(duì)較小的裂縫時(shí)，如果裂縫的寬度不超過0.2mm，修復(fù)過程中可以使用直接修復(fù)的方式，可以使用灌漿方法對(duì)裂縫表面進(jìn)行封閉處理。在修復(fù)過程中，操作員可以使用填充錐和探針灌漿對(duì)小裂縫進(jìn)行灌漿，然后在灌漿后用瀝青對(duì)灌漿區(qū)域進(jìn)行涂漆，防止裂縫再次發(fā)生。修復(fù)大裂縫時(shí)，首先需要在小水庫上標(biāo)記裂縫的大小和數(shù)量，并分析形成裂縫的原因。然后，我們制定目標(biāo)修復(fù)計(jì)劃，可以使用灌漿修復(fù)法進(jìn)行處理，避免裂縫泄漏。在開展修復(fù)工作之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)表面存在的雜物進(jìn)行清理，以免影響其美觀性。

3 結(jié)語

小水庫加固工程的建設(shè)管理是一項(xiàng)長期的任務(wù)，為了保證小水庫加固工程的可持續(xù)性，為人民群眾提供服務(wù)，有必要不斷提高科學(xué)的施工技術(shù)水平。通過及時(shí)采取各種綜合防護(hù)措施，提高了壩體內(nèi)的防滲防水能力，在正確維護(hù)防水土石壩長期使用安全的同時(shí)，也有效避免了后期的重大修壩的施工，幫助工程管理行政部門有效節(jié)省大量的維護(hù)資金。本文以土石壩水庫為例，對(duì)其水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了深入的探討，并針對(duì)這一措施提出了相關(guān)的除險(xiǎn)加固措施，以期這些加固設(shè)計(jì)能夠在土石壩水庫中充分發(fā)揮其價(jià)值，同時(shí)希望能夠?yàn)闃I(yè)界工作者提供一些有益的參考。