談談病險水庫除險加固土石壩設計問題

周太鵬

摘 要：水庫是重要的基礎水利設施，在工業生產、農業灌溉、水力發電、防洪抗旱和生活用水等方面不可替代的作用。當前，水庫病害問題逐年凸顯，嚴重威脅著水庫運行質量和安全。水庫除險加固工作刻不容緩。該文介紹了水庫土石壩常見的病害種類，分析了土石壩除險加固施工的設計要點，討論了土石壩除險加固施工的主要措施。

關鍵詞：病險水庫 ?土石壩 ?除險加固

中圖分類號：TV698 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0098-01

如今，水庫安全質量問題已經成為阻礙我國水庫正常運行，威脅周邊人民生命財產安全和社會穩定的重要隱患。水庫安全工作的重要性日益凸顯，特別是土石壩的出險加固工作已經成為現階段我國水利工作者們主要研究課題和重點任務。

1 常見的土石壩病險問題

土石壩工作環境相對復雜，產生的質量安全問題也各有特點。歸納起來大體有以下幾個方面。

（1）中小型水庫的壩體本身就比較單薄，而中小型水庫上窄下寬的壩體結構更使得壩頂寬度窄小，同時在壩坡的施工方面也存在著偏陡現象。

（2）當初修建水庫時，由于技術水平的局限性，對土質重要作用認識不足，致使在筑壩填方中選擇額土質不符合實際要求。時至今日，土石壩土體疏松、散落的問題已經成為一種較為普遍的現象。土質疏松，透水性加大，導致壩體滲透現象乃至繞壩滲透現象的出現，嚴重威脅著壩體安全。一些水位較高的水庫，壩體背水坡面經常會發現牛皮漲、管涌和流土等現象。

（3）目前很多水庫土石壩的迎水坡面由干砌石護坡筑成，背水坡面則是由草坡護坡筑成，受當初施工工藝水平所限，護坡施工質量普遍不高，甚至有的根本沒有采取護坡措施，再加上長期管理維護的缺失，致使上述壩體迎水坡面破損嚴重。

（4）溢洪道過于簡單。溢洪道起著排水減壓的重要作用，水庫安全的保險閥。由于當初對其認識不夠，絕大多數水庫的溢洪道設置非常簡單，一般采用土溢洪道、半土溢洪道等方式，根本無法滿足實際使用需要。另外，由于上述簡易溢洪道抗沖刷能力和泄洪能力不足，容易引發水土流失、漿石等問題，甚至有的水庫溢洪道野草叢生，嚴重影響了溢洪道正常功能的發揮。

2 土石壩加固工程設計

2.1 地質指標分析

石材和土料是修建土石壩主要施工材料，性質好壞直接關系著土石壩建成投入使用后的質量水平。要保障工程質量，必須對施工過程中涉及到的石材和土料進行嚴格的性能管控。要按照技術規范對石材和土料進行理化分析。不同土層、不同土質都要取樣分析，杜絕以偏概全，發現問題要及時處置。

2.2 材料設計

土石壩工程材料設計，就是綜合考慮設計要求和土料的性能指標，對土料予以科學合理地使用安全，從而充分發揮材料的性能，保障工程質量。由于材料性能和用法的不同，設計分析也要采取不同的設計指標和設計方法。特別是要對嚴格管控土料的密度，以提高土質的抗剪強度和抗拉裂能力。

2.3 除險加固設計

土石壩除險加固設計是一門綜合性學科，設計過程中需要應用的知識和涉及的問題范圍極廣。其中，壩坡質量、穩定性、滲透性、護坡設計等是土石壩設計工作的重點。要保障這些項目設計目標的圓滿實現，必須進行深入細致的土質勘察工作，并做到施工全過程中土質質量的嚴格管控，保障土質質量符合要求。

3 土石壩除險加固措施

3.1 基本數據及洪水標準的整理與設置

由于建成時間久遠，且管理狀況多數不善，許多水庫存在基礎性能指標缺失，或洪水標準偏低的問題。查清、補齊，建立一套完整的水庫基本參數是實施除險加固工程的基礎前提。設計人員要對水庫及其周邊地區進行詳細、深入、全面的調查研究。收集、整理地質水文資料，核實、校驗、補充、修正各項水庫參數指標，并按照現行洪水標準進行設計，按照當地最新洪水計算方法復核洪水和調洪演算，依據壩坡穩定性要求，確定壩頂高程、壩坡坡比及溢洪道、輸水涵的有關邊界尺寸。

3.2 壩基、壩體滲漏的處理

要堅持“上截下排，以截為主，截排結合”的原則，根據病害發生的具體情況，靈活機動的采取有效措施解決壩基和壩體滲漏問題。其中，解決壩基滲漏的截水措施有粘土截水墻、粘土防滲鋪蓋、土工膜防滲等，排水措施有排水井、反濾排水體、反濾蓋重、反濾排水體和蓋重結合等。解決壩體滲漏的截水措施有粘土斜墻、壩體充填灌漿或劈裂灌漿等。迎水坡偏陡、庫水位易于放空的土壩可通過鋪設防滲土工膜進行截滲。而充填式灌漿或劈裂灌漿等措施一般適用于局部洞隙或因填土土質差、填土松散而引起滲漏的壩體。

3.3 澆壩滲漏的處理

可解決澆壩滲漏問題，可分為上下兩個部分分別施工，即“上堵”和“下排”。所謂“上堵”，就是采用采用粘土鋪蓋迎水坡壩頭、在壩頭山體與壩體間設截水墻、壩頭壩體灌漿等方法進行截水截滲法處理。“下排”就是加強排水設施，在下游岸坡澆壩滲流的出口段安置反濾層或反濾溝，進行排水反濾。對于壩后坡培厚加固壩體的設計，應該在原壩下游壩端與山體交接處實施排水反濁暗溝工程，方便滲水排出。

3.4 穩定性

穩定性是水庫大壩的重要安全指標。過去修建的許多中小型水壩，由于壩體過于單薄，壩坡穩定性無法滿足安全需要。對于這種情況，應全面理清壩體力學參數，重新進行滲流和穩定分析計算，實施全面的壩體加固方案設計。通常情況下采取壩后坡培厚加固方案。針對前坡和后坡穩定系數都過低的情況，要對前坡實施削坡處理，對后坡實施培厚處理。對于只有前坡穩定系數過低的情況，可在強化前坡護坡的基礎上對上半坡進行削坡處理，同時加厚下半坡的反濾料和塊石，以此增強邊坡穩定性。

3.5 放水涵管存在問題的處理

防水涵管存在的質量安全問題主要有兩種：一是進水口空蝕問題。它主要是由于設計時沒有對水流邊界進行科學合理的安排，造成突變陡落引起的，此外，結構表面粗糙和通氣不足也是造成空蝕問題的重要因素。對于這種問題，要采取針對性的措施加以改善。二是管身滲漏、開裂等問題。對于這個問題，如果開裂程度不大，通過灌漿或者管道用鋼管過玻璃鋼補強的方法可以較好地解決。如果開裂情況嚴重，則需更換整個涵管。

4 結語

我國擁有數量龐大的水庫設施，在經濟建設和人民生活中發揮著重要作用。由于建成日久，很大比例的水庫具有不同程度的病害問題。積極妥善解決水庫病害，是保障國民經濟健康發展的重要措施。隨著科技水平的不斷提高，水庫除險加固技術日趨完善。隨著新技術、新材料和新工藝在水庫除險加固施工中的推廣應用，工程質量、施工周期、安全性和經濟效益各方面都取得很大提高。作為水利工作者，要充分認識到水庫病害的危險和出現加工施工的重要作用，做好前期調研，根據當地實際情況制定科學合理、切實可行的加固除險施工方案，從而為水庫的長久平穩高效運行提供堅實保障，進而促進當地經濟發展和社會穩定。

參考文獻

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[2] 劉亞鳳，孟憲雙，曲波.病險水庫除險加固設計的要點[J].水利科技與經濟，2005，11（3）：150-151.endprint