水庫大壩除險加固策略探究

□陳長輝（赤水市長沙鎮(zhèn)水利站）

0 前言

伴隨著時間的流逝，自然等客觀原因的破壞，作為防洪蓄水的重要設施，水庫大壩會呈現(xiàn)不同程度的滲漏、塌陷等問題。水利部門為了保障人民的生命財產安全，就必須對水庫進行有效地除險加固。用科學的手段對水庫加固方案進行合理的分析，是保證水庫大壩蓄水防洪能力的關鍵。

1 水庫大壩除險加固工程設計

1.1 溢洪道和放水洞加固設計

溢洪道為保證排洪效果，一般設置于土層較密實的地區(qū)，同時溢洪道軸線是直線形式，其堰頂高程設置要與正常蓄水位是相一致，同時要加強排水和防滲措施的維護。

本著創(chuàng)建節(jié)約型社會的原則，對于放水洞的加固方案也要走經濟、安全、可靠的道路。砼矩形涵洞加固方案一般是先加固、補漏洞身，然后加固補漏水庫大壩的隱患部位和薄弱部位。通過前期補抹防水材料，再在洞內鋪設內城鋼管，并使用砼對內襯管空隙和放水洞進行填筑。對于放水洞的重建可采用砼矩形涵方式，對于洞身的設計需要使用到物壓明流的方式，有效地實現(xiàn)放水洞加固后的抗裂、強度、剛度和穩(wěn)定性能達到標準。

1.2 排水、反濾和截流加固設計

在壩下末端的滲流位置安置反濾層或過渡層，并進行滲流溢出處理，再按照材料的特性及施工工藝對反濾層厚度進行研究。在滲流逸出部位安裝排水管道時，可采用貼坡排水法，其頂部應該安置在浸潤線的逸出點位置，同時在坡腳處安置集滲溝和排水溝。當使用草皮護坡方法時，必須要先行安裝壩面的排水設施，綜合運用壩身的多處排水、集水和截水技術，并在壩坡和岸坡的銜接處建造排水溝，以保證排水的流暢。

水庫大壩的滲流量必須保持在穩(wěn)定數值內，尤其是壩體位置的流量更需要處于正常規(guī)定范圍內。加強防滲體與岸坡和壩基的鏈接，是保持抗?jié)B性的有效方法之一。實現(xiàn)壩基的高效截流性能，可以在壩基截流的設計中使用高壓旋噴砼墻、砼截滲墻板或者在上游壩腳處安置截水槽等方法。壩基截滲設計和壩體截滲設計不可單一分開進行，兩者需要通過共同的配合，對方案進行擇優(yōu)選擇。

1.3 壩坡與壩頂加固設計

水壩的寬度要與壩頂的高程數據相一致，依據壩基和壩體、壩型與壩高的物理學特性進行壩坡比設置。為更完善排水設施，在壩頂的路面上也應鋪設排水設施；可采用草皮護坡的方式對水庫下游壩坡進行加固；對于反濾層和上游坡的厚度也要依據實際的風浪和反濾要求進行設計；本著經濟節(jié)約、安全可靠、施工方便和取材方便的原則，對大壩上游的護坡進行加固，干砌石、預制砼塊等護坡技術都可以應用在加固上。水壩的抗滑穩(wěn)定性和滲流能力都是加固大壩時必須要考慮的問題，以保證壩體的穩(wěn)定性在國家要求的標準內。

2 實例分析

2.1 壩體除險加固整治設計

現(xiàn)有大壩寬2.70 m,壩頂高程399.50 m，壩高9.84 m。由于防洪能力沒達到實際要求，可以采用降低溢洪道、加高壩體、擴寬溢流堰三個方案進行補救。通過實際考察分析，加高壩體的資金投入量較大，壩頂相比較窄，不好加固；降低溢洪道的方案開挖量較大，同時在一定程度上會降低水庫的容量；而擴寬溢洪道的方案，可以在滿足壩高的基礎上，增大泄洪量，并降低水位。結合實際情況，比較發(fā)現(xiàn)，只有擴寬溢洪道的方法，是最經濟快速的加固手段，適合對于水壩進行除險加固。

2.2 壩面整形

該方案設計的壩頂高程仍為399.50 m，最大壩高10.04 m,重建后的壩頂寬為3.50 m.清除上下游壩面的雜草為第一步，按設計壩坡進行挖填，重新挖填鋪設后上游壩坡由下至上的寬度比分別是1：2.96、1:2.10；下游壩坡由下至上的比是1:1.50、1：2.50、1:2.30。壩面在進行挖掘后回填的材料必須是粘性土，其滲透系數應保持在l×10-4cm/s[1]以內，壓實度控制在0.95，填筑壩體開挖臺階≥l m×l m，以保證新老壩體的接合質量。

2.3大壩上游護坡

對于大壩上游面可采用砂石墊層加預制混凝土塊護坡，在護坡底高程393.5 m處設擋墻固腳，擋墻深0.90 m,寬0.60 m,在壩坡中段設置寬30 cm,上下口寬60 cm，高40 cm的防滑齒槽。同時在壩體的中部設置寬4 m,梯帶寬0.15 m的下水梯方便居民取水。

大壩加固使用的混凝土預制塊為正六邊形，強度為C20，邊長0.3 m，混凝土預制塊中部預留+50 mm的孔，內填碎石。經實際計算，當護坡板厚度為0.06 m時，能達到加固要求。預制混凝土護坡板厚度計算公式:

2.4 大壩下游護坡

當下雨時，壩面會受到雨水的沖刷，這就需要在馬道內側和壩體與山體接觸處設置排水溝，凈尺寸為：底×高=0.30×0.30m，側墻砌磚，底板為0.1 m厚的C20混凝土護底。

2.5 排水體

綜合考量大壩下游地形和干砌條石固腳體的情況，建設棱體排水體。排水棱體外側采用干砌條石，在原有條石的基礎上繼續(xù)砌筑，條石新建高度1.9 m，面積為0.80×0.25 m（寬×高）。排水體的內側可以用石塊進行填補，內側壩面與厚度為0.30 m的砂石反濾層接觸。整治新建后的排水體為1.20×6.30×2.84 m(頂寬×底寬×高），頂高程392.5 m,底高程為389.66 m.

2.6 壩頂構造

壩頂在重建整治后的寬度為3.50 m，采用20混凝土進行封閉。碎石墊層厚0.10 m，塊石墊層厚0.20 m，C20混凝土厚度為0.20 m,壩頂高程為399.50 m，同時還需要在壩頂上游側設置安全護欄，以保證來往行人的安全。

3 大壩整治后滲流分析

3.1 計算方法

對于滲流的分析計算，要按照加固后大壩最大的橫斷流面圖，假設下游無水，并有排水棱體的條件下，采用北京理正滲流分析軟件進行專業(yè)計算。

3.2 計算工況

（1）正常水位下大壩所產生的穩(wěn)定滲流情況；

（2）當洪水來臨時大壩所能形成的穩(wěn)定滲流情況；

（3）校核洪水位時形成的穩(wěn)定滲流情況；

（4）壩高水位時形成的穩(wěn)定滲流情況庫；

（5）水位在校核洪水位銳減至死水位時形成的非穩(wěn)定滲流情況。

3.3 滲透系數

當未對壩體進行防滲處理時，就需要在整治后對穩(wěn)定滲流進行試驗。壩體土滲透系數K=3.98×10-5cm/s

3.4 滲流計算結果（見表1）

（1）當大壩處于正常的高水位時，其形成的穩(wěn)定滲流(見圖1)。

表1 滲流計算結果表

圖1 正常水位圖

下游出逸點高度：h=0.54m，單位寬度滲流量：q=0.02mVd·m

（2）設計洪水位時穩(wěn)定滲流（見圖2）。

圖2 設計水位圖

游出逸點高度：h=1.08 m，單位寬度滲流量：q為0.05 m3/d·m

（3）水庫水位位于1/3壩高時穩(wěn)定滲流（見圖3）。

圖3 1/3壩高水位圖

下游出逸點高度：h=0.12 m，單位寬度滲流量：q=0.01 m3/d·m

水庫大壩是粘土壩，需要對土的滲透進行變形判別。土體的孔隙率為41.70%，土粒比重為2.71，由顆粒級配曲線圖可以看出，當某個粒徑級顆粒含量＜30%的平緩段的最小粒徑作為土的粗細粒區(qū)分粒徑，即df=0.01 m，對應的細粒含量Pc=30.50%＞1/4(1-n)x100=10.30%[2]，從而確定該土體的破壞類型為流土。土體的臨界水力比降為0.99。

該水庫大壩為均質粘土壩，安全系數取1.5，則容許滲透坡降為0.67。經過周密的計算，可得知，大壩經加固后，不會出現(xiàn)流土現(xiàn)象，該工程整治后的滲流狀態(tài)為安全可靠的。

4 結語

水庫大壩的加固工程不僅能提高水庫的防洪泄洪能力，還能有效減緩農業(yè)灌溉的壓力，改良壩體周邊的生態(tài)環(huán)境。大壩加固的相關設計工作人員，在進行加固工作時，需要掌握其發(fā)生災害的原因，找尋根本的解決辦法，增加大壩的使用效率。

[1]顧聰.水庫大壩除險加固策略探析[J].商品與質量·學術觀察,2014(6):257.

[2]盧常興.淺議水庫大壩除險加固的施工策略[J].工程建設標準化,2015(3):212.