水利水電工程中的大壩加固設計技術分析

畢云波

（新疆塔城水文勘測局，新疆 塔城 833200）

0 引言

進入新時代，隨著我國生產力水平的逐步提高，水利水電工程也進入一個全面發展期，水利工程涉及的領域日益增多，政府對水利工程的建設投資力度也大幅度增加，新建一批惠民利民的水利工程。在整個水利水電工程中，水庫大壩扮演著至關重要的作用，其自身不但具有防洪、抗旱、蓄水、航運、供電等作用，還擔當著灌溉農田、水資源調用、調節生態系統環境等重要生態功能。然而，據最新數據顯示，我國水庫大壩陸續出現了堤壩結構設計不合理、壩身裂縫、壩體滲漏、破損等現象，嚴重威脅著人民生命財產安全。基于此，大壩除險加固的重要性不言而喻，有效地采取相關針對性措施，不僅能夠對水庫自身防洪蓄水體系起到優化作用，而且能夠有效保障人民生命財產安全。現有研究者有關水利水電工程中的大壩加固設計技術分析主要集中于關于某一水庫大壩加固設計技術，如梁桂萍以夏店水庫為研究對象，著重分析了夏店水庫大壩的壩坡、壩頂加固設計方案，探討了其滲流及滲透穩定性等[1]。周偉等對遵義縣水洞水庫大壩除險加固設計方案進行了分析，提出兩種不同的水庫大壩設計方案，為水庫大壩建設獻言獻策[2]。王振田等探討了象山水庫大壩存在的主要問題，并針對性地提出看象山水庫大壩加固措施[3]。本文以我國水利工程中大壩應用情況及存在問題為基礎，簡要概述了大壩存在的主要問題，并針對性地總結了大壩除險加固技術，為相關水利工程建設提高有效定性依據，以期優化水庫大壩蓄水防洪能力和涵養水源調節生態的作用。

1 我國水利工程中大壩的應用現狀

我國幅員遼闊，大部分地區處于溫帶季風區，年內降水和年際降水分布不均勻，歷史上曾多次出現旱澇災害，給人民生產生活造成巨大災難。也是因為此，我國的水利事業發展具有悠久的歷史[4]。1949年以來，我國水利事業發展迅速，水庫規模、質量及技術等均發生很大改進。隨著新一輪科技革命的興起，各類科學技術水平不斷進步，現代城市的發展與人口的大規模遷移使得人們對水利設施與工程有了更高的要求，既要確保水利工程具有良好的防洪蓄水功能，又要有效減少其發生滲漏和裂縫等的概率。然而，我國部分水利工程建設年代久遠，早期的水庫大壩由于時間的原因性能嚴重下滑，壩體本身出現滲漏、塌陷的概率大大增加，尤其是截止目前仍然繼續使用的水利大壩，雖然進行一定的翻修，但仍然存在嚴重的安全隱患，威脅著人民的生命財產安全。與此同時，部分地區修建大壩時間過早，施工技術相對落后，所用材料也相對單一，導致一些水庫大壩在運行一定時間后穩定性降低，對整個水利工程的使用造成嚴重的危害，大大減少其使用壽命；一些水利工程本身設計方案不合理，歷史時期的相關預算和現代的實際情況相差較大，當地政府又缺乏合理有效的解決辦法，導致大壩裂縫、坍塌時有發生，有些竟成為歷史遺留問題。除此之外，隨著現代城市化的快速推進，經濟快速發展的同時忽視了生態環境保護，造成了相當程度的生態環境污染，污染嚴重的地區生態系統嚴重失衡，水土流失嚴重，致使水患風險程度升級，成為阻礙國民生產生活的重大隱患。進入新時代，我國水利水電事業挑戰與機遇共存：一方面，我國水利事業將邁上新臺階，國家加大水利水電工程資金投入，新建大量惠民利民的水利水電工程，各類新型高端技術將應用到水利水電工程當中去，這在一定程度上提升了水利工程的質量和效能，優化了水利工程的性能；另一方面，世界氣候環境變化加劇，傳統水患日益加劇，降水量變化無常，對現有的水庫大壩提出更高的要求，更大的挑戰。因此，我們必須深刻認識到水庫大壩加固的重要性和迫切性，同時還要采取針對性的應對措施，降低水庫大壩的風險隱患，保證大壩的穩定性和國民的生命財產安全。

2 水利大壩中易出現的問題

當前我國的水利大壩由于長時間水流侵蝕，使用時間過長、設計不合理等原因，部門地區的大壩出現不同程度的破損，嚴重威脅著整個水利水電工程體系。

2.1 大壩滲漏

蓄水防洪是水庫大壩的主要功能，然而在水庫大壩實際的使用過程中發現，由于在特定時間所設計的水庫大壩，對庫區實際洪水量的統計計算出現紕漏，防洪能力達不到標準，往往難以抵御幾百年一遇的大洪水，不能夠滿足水庫當初設計理念，難以滿足當前水庫大壩的預防使用標準。此外一些地區的水庫由于在水利工程建設階段施工技術有限，施工作業不到位和對水壩本身的防滲設計不合理，加之水庫的使用時間過長，存在很多滲水、漏水的地方，嚴重影響了水庫的實際蓄水防洪能力，其產生的安全問題往往給當地人民的生產生活帶來嚴重影響。

2.2 大壩主體

據水利部門測算，水利工程中存在的主要問題是大壩主體問題，其中包括大壩的結構設計與現行標準不符，在實際勘察中發現部分大壩主體坡度設計不合理，設計時不能充分考慮壩體的透水性，當年降水量較大時，壩體所承受的壓力過大，致使水流對主體影響過大，年復一年的變化，導致大壩主體受到嚴重的威脅。在大壩修建過程中，由于科技水平受限，往往采用人工作業的方式，導致填土質量難以保證，垂直密度與預期標準相差較大，并且碾壓工作也不到位，致使中間出現軟弱層，在長時間的雨水影響下，個別壩體位置受損嚴重，壩體根基穩固性難以保障，更有甚者，在地面下沉等原因下，壩體出現開裂，部分地區出現塌方等，嚴重威脅當地人民的生命財產安全。除此之外，部分大壩護坡石的重度和厚度未嚴格按照標準修建、大壩主體的高度設計不合理、修建質量遠遠達不到預設要求等均是大壩主體產生安全隱患的主要原因。

2.3 引水涵和溢洪道存在問題

引水涵和溢洪道也是兩個經常出現問題的部位。前者多數是由于引水涵的自身施工材料不符合現行的施工標準，在使用過程中沒有對引水涵進行定期檢查，從而導致引水涵出現滲水漏水現象，日積月累使得漏水部分不斷增加，從而很大程度上威脅到大壩主體的安全。后者除自身施工材料不符合現行標準外，最主要的問題就是溢洪道的設計出現問題，往往泄洪能力達不到相關的標準，導致溢洪道不能在關鍵時刻發揮其應有的功能，出現威脅人民生產生活安全的事件。

3 水庫大壩除險加固工程設計

3.1 壩頂、壩坡加固設計

一般來說，水庫大壩除險加固中，對壩頂壩坡進行合理科學設計是首要環節。在水庫實際應用中，壩頂需承擔一部分的排水任務，所以必須保證其排水效果，因此，在設計階段，壩頂路面設計的合理性和有效性必須得以保障。在對路面進行具體設計和施工時，要使得壩頂路面具有一定的傾斜度，一般來說，向下游方向傾斜2%左右較為合理[5]，這樣設計的原因是讓壩坡的橫向排水溝和排水口相連，可在下游位置鋪上路緣石，這樣可以有效增加壩頂的排水功能。除了壩頂路面的設計，設計者也應注意壩頂高程的具體設計方案，要對壩頂高程進行相關精確合理的計算，保證壩頂高度和寬度達到相應的安全標準。一般來講，水庫的大壩邊坡比是依據壩高、壩型、壩基與壩體等水壩的基本情況和物理學原理進行精確計算得來的，壩坡滲流和抗滑穩定性是根據壩體承受的重力作用或壓力來計算的，只有這些水壩的基本物理參數得到有效可靠的保證，大壩才能充分發揮其排水功能，從而為大壩的整體除險加固確定基礎。

3.2 放水洞和溢洪道加固設計

越來越多的水庫由于多種因素綜合作用的結果，都存在著不同程度的安全問題，均需要進行除險加固，其中放水洞和溢洪道在除險加固中往往占據著重要地位。所以，結合水庫大壩工程的實際情況，堅持按照安全、節約、合理、可靠的原則進行放水洞的除險加固。除險加固技術設計過程中，主要針對一些隱患部位進行加固修補，混凝土矩形涵洞除險加固可以對洞身進行全面的補漏和加固，補抹環氧砂漿、高強砂漿、各種防水涂料等實質性意義的和作用的材料。這樣不僅能夠對涵洞縫隙缺陷進行有效修補，而且能夠對放水洞本身增加加固效果。此外，為保證泄洪的通暢，確保大壩整體安全，對溢洪道也必須結合大壩整體情況進行除險加固，泄槽段、控制端、尾水渠段等的設計施工必須嚴格按照相關標準，以保證大壩的穩定性能，確保大壩能發揮其應有的效果。

3.3 截滲、反濾與排水加固的設計

大壩的穩定性主要取決于對水流的控制，在大壩除險加固中，水流量的控制程度必須引起高度重視。在實際過程中，我們必須注重對實地的考察，對壩體、壩基的地質情況進行科學考察，根據實驗分析與精確測算，明確大壩所能承載的實際水量以及大壩的抗腐能力，根據現實情況合理控制水流，以達到安全標準。在抗滲問題中，要通過相關實驗分析測算，選擇安全可靠的抗滲材料，一般來說，應用高壓旋噴混凝土墻，安置截水槽、混凝土截滲墻板的設計等均可以有效截斷壩基滲漏現象。壩體的反濾和排水加固可以在壩下埋管末端的滲流部位設置過渡層或反濾層以處理滲流出逸。此外，在滲流出逸部分加入排水管，利用貼坡排水法等也可以很好的起到加固作用。

4 結語

新時期水利水電事業將蓬勃發展，在水庫大壩的日常應用中，為保障庫區人民生產生活安全，發揮水庫大壩的重大作用，對水庫大壩進行相關的除險加固措施，保證其在運行過程中的穩定性和安全性是十分必要的。大壩除險加固工作不僅將帶動我國水利事業的發展，也將為推動社會經濟建設做出重要貢獻。除險加固的設計施工等科學合理進行，選好相關建筑材料，也將為排除水患及保障水利工程的整體發展提供保障。