水庫大壩加高方法探討

廣東省

摘要：本文分析了水庫大壩加高的意義與存在的難度，闡述了大壩加高的主要形式與影響因素，并結(jié)合實例探討了大壩加高技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水庫大壩;加高;探討

1"水庫大壩加高的意義與難度

1.1水庫大壩加高的意義

隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，社會對水資源需求量也在不斷增加。為了滿足水資源繼續(xù)增長的需求，一個最簡單的對策就是新建更多的水庫。然而隨著水利工程建設(shè)的發(fā)展，優(yōu)秀壩址也越來越少，所以發(fā)揮現(xiàn)有大壩潛力，通過加高大壩擴(kuò)大庫容就是既經(jīng)濟(jì)又有效的策略;況且不少運(yùn)行久遠(yuǎn)的水庫需要除險加固，那些淤積嚴(yán)重庫容減小的水庫，也有加高加固的需求。可見，水庫大壩加高有著很強(qiáng)的現(xiàn)實意義，值得認(rèn)真研究和總結(jié)。

1.2"水庫大壩加高的難度

從技術(shù)角度看，水庫大壩加高并不一定比新建大壩更容易，很多情況下難度更高，究其原因如下：首先，不少樞紐工程不允許放空水庫施工，施工期間不僅要滿足正常運(yùn)行的要求，還要保證大壩的安全不受到影響。這個難度頗高，因為要滿足安全要求，大壩往往既要加高又要加厚，因而施工時壩肩、壩基要重新開挖，就有可能對原有大壩壩肩、壩基穩(wěn)定性造成一些影響。其次，必須考慮加高加厚時新舊壩體的結(jié)合問題。如果結(jié)合面處理不好，新舊壩體就不能協(xié)調(diào)受力，同樣存在很大的安全隱患。再次，舊壩經(jīng)過長期運(yùn)行，外觀和內(nèi)部都可能存在缺陷，尤其內(nèi)部缺陷的探查、處理有相當(dāng)難度。但如果不利用加高加厚機(jī)會處理，新壩體建成后再處理難度就更大了。因此，水庫大壩加高方案必須周全地考慮到各種風(fēng)險因素，以確保水庫可以長期穩(wěn)定地運(yùn)行。

2"水庫大壩加高的方法

2.1水庫大壩加高的目的與主要型式

王博等人[1]概括了國內(nèi)30余座水庫大壩加高的情況，這些水庫分布于國內(nèi)大約15個省、市、自治區(qū)，有一定代表意義。加高的大壩類型包括土石壩、混凝土重力壩、面板堆石壩、漿砌石重力壩、砌石重力壩、粘土心墻砂殼壩、混凝土雙支墩、寬心墻土石壩、混凝土砌塊石雙曲拱壩等，原壩高度9.1m～97m，加高高度0.8m～90m。可見，各種類型的大壩都可以加高，加高的目的包括水庫擴(kuò)容、大壩除險加固，對于那些防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低的土石壩，加高加固處理也是重要目的。

大壩加高型式多種多樣，主要加高型式如下：（1）土石壩加高相對簡單一些，加高形式主要有不培厚直接加高、壩下游培厚加高、壩上游培厚加高、壩上下游同時培厚加高。（2）重力壩加高技術(shù)更為復(fù)雜一些，目前國內(nèi)外成功案例中有后幫整體型、后幫分離型、前幫整體型、前幫加后幫型、直接加高型、預(yù)應(yīng)力鋼索加高型等。其中前幫、后幫是指大壩的上、下游坡面;整體型是指新舊壩體結(jié)合成為一個整體;分離型指新舊壩體之間采用隔離材料如金屬板隔開;預(yù)應(yīng)力鋼索加高型是指在壩頂鉆孔至基巖，埋入錨索并灌漿，再在新壩頂上施加預(yù)應(yīng)力[2]。（3）更復(fù)雜的是壩型轉(zhuǎn)換，例如某薄拱壩加高因不能放空水庫、施工期間需要正常運(yùn)行、拱壩結(jié)構(gòu)難處理及風(fēng)險大等原因，最終改造成折線型重力壩[3]。

2.2"水庫大壩加高的影響因素

水庫大壩加高需要考慮的主要因素來自于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面。技術(shù)上包括大壩安全性、環(huán)境影響等方面。大壩加高之后必須滿足現(xiàn)有設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的穩(wěn)定性、應(yīng)力條件、防滲能力、抗震要求等規(guī)定，例如大壩加高不加厚是最簡單的方法，但大多數(shù)情況下因為加高之后無法滿足安全性要求而難以采用。水利工程要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須重視環(huán)境影響，將施工對環(huán)境影響降低到最低限度，例如對野生動物保護(hù)、土石料開采等環(huán)境影響因素進(jìn)行評估并采取一定的措施。水利建設(shè)在滿足安全、功能要求的基礎(chǔ)上還應(yīng)尋求最佳經(jīng)濟(jì)效果，這些也要通過合理設(shè)計、施工實現(xiàn)。下面結(jié)合實例分析這些因素。

3"水庫大壩加高技術(shù)應(yīng)用

3.1"土石壩加高技術(shù)應(yīng)用

土石壩是歷史最悠久、世界壩工建設(shè)應(yīng)用最廣泛的壩型。我國95%以上的大壩為土石壩，所以研究土石壩加高技術(shù)非常有價值。曼格拉大壩[4]位于巴基斯坦吉勒姆河上，其于1967年建成，多年來一直發(fā)揮著灌溉、發(fā)電、防洪等多重效益，但因庫區(qū)泥沙淤積庫容已減少20%，所以需要加高擴(kuò)容。大壩整體加高9.15m，可增加庫容35.6億m3。主壩是粘土斜心墻壩，兩個副壩中加里壩為粉土斜心墻壩，蘇坎壩為砂巖直立心墻土壩。曼格拉主壩和加里壩采用壩后培厚加高方式，所以原壩軸線將向下游方向偏移;蘇坎壩則采用上下游同時培厚加高方法，原壩軸線不變。大壩加高方法為：開挖壩基并延伸壩后排水體;拆除培厚一側(cè)的護(hù)坡;填筑至原壩頂高程;拆除原壩頂后繼續(xù)填筑至最終高程。該案例最可取之處在于材料使用環(huán)節(jié)的高效，其中即挖即填、舊護(hù)坡材料重復(fù)利用等做法很值得借鑒。蘇坎壩上游水平防滲鋪蓋、加里壩心墻料都采用粉土料。這種土料的最佳含水量為14.7%，大壩附近取料場不同位置的土料自然含水量不同，大壩下游料源自然含水量為8%～10%，上游水庫最高水位線附近料源自然含水量為17%～24%，因此上游料源土料開采后直接用于填筑，下游料源土料開采后與砂礫料混合后直接用于加里壩下游過渡區(qū)填筑。主壩和兩個副壩上游護(hù)坡采用堅硬砂巖塊石保護(hù)，下游護(hù)坡分別采用河卵石、漂石和礫石料。由于護(hù)坡料仍然完好，大部分可以繼續(xù)利用。將加高壩體從上至下劃分為2.44m高梯段，完成該梯段加高后，將上一梯段的原壩護(hù)坡料拆除，并就近鋪筑在新壩護(hù)坡位置。這種措施的實施，節(jié)省了材料轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲環(huán)節(jié)，材料利用非常高效。

3.2"重力壩加高技術(shù)應(yīng)用

如前所述，重力壩加高技術(shù)比土石壩更復(fù)雜一些，其中結(jié)合面處理是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。現(xiàn)以梅州清涼山水庫混凝土重力壩后幫加高技術(shù)應(yīng)用案例[2]進(jìn)行說明。清涼山水庫位于梅江一級支流白宮河中游石壁背村，原庫容3681萬m3，大壩加高7.2m后庫容增至4307萬m3。國內(nèi)外大壩加高多采用臺階法或設(shè)置滑動縫來提高結(jié)合面粘合強(qiáng)度。由于建壩時一般不留臺階，加高施工再開鑿臺階可以說費(fèi)時費(fèi)力。而采用滑動縫方案，由于砌石壩壩坡平整度較差，難以形成理想的滑動縫，新舊壩結(jié)合面粘合強(qiáng)度達(dá)不到要求。通過模擬結(jié)合面之間的力學(xué)狀態(tài)，最終選擇了結(jié)合面鑿毛+梯形鍵槽的方案。圖1～4是四種方案的結(jié)合面摩擦應(yīng)力分布圖。可見，在壩踵垂直應(yīng)力方面，設(shè)置鍵槽比不設(shè)鍵槽有明顯改善，后者存在拉應(yīng)力而前者是壓應(yīng)力;設(shè)置錨筋的效果不如鍵槽，并且遠(yuǎn)達(dá)不到其軸力設(shè)計值;抗剪性能方面，梯形鍵槽優(yōu)于臺階鍵槽。于是綜合考慮選擇了梯形鍵槽方案。

4"結(jié)語

無論是為了提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，還是通過擴(kuò)容來提高水資源利用率，水庫大壩加高都是很好的選擇。但是大壩型式多樣，加高方法也各有不同，應(yīng)根據(jù)實際情況采取針對性的措施。同時水利工程實踐性很強(qiáng)，只有不斷總結(jié)經(jīng)驗才能提高建設(shè)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]王博，紀(jì)園可，周厚貴.國內(nèi)大壩加高情況概述[J].水利水電技術(shù)，2014，45（2）：57-60.

[2]羅志唐.梅州市清涼山水庫混凝土砌石重力壩加高技術(shù)方案論證與筑壩材料優(yōu)選[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2011（1）：67-70.

[3]許敏.木浪河水庫大壩擴(kuò)建加高設(shè)計方案分析[J].黑龍江水利科技，2013，41（1）：167-169.

[4]衛(wèi)云.曼格拉大壩加高工程主要施工技術(shù)[J].水力發(fā)電，2012，38（10）：50-52.

作者簡介：

梁萍，女（1987.7-），廣東省茂名化州市人，主要從事水利工程施工管理工作。