北票市小型水庫(kù)加固設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選研究

王 興

(遼寧省北票市水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，遼寧 朝陽(yáng) 122100)

小型水庫(kù)作為組成供水體系和防洪保安體系的重要部分，對(duì)推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障國(guó)家糧食安全以及區(qū)域防洪排澇等發(fā)揮著巨大作用，確保小型水庫(kù)安全運(yùn)行與安全度汛，直接關(guān)系著人畜飲水安全、農(nóng)業(yè)灌溉和下游沿河群眾財(cái)產(chǎn)安全[1-3]。近年來，極端天氣頻率的增加及全球氣溫的升高，在很大程度上增加了局部地區(qū)發(fā)生暴雨的概率，確保小型水庫(kù)安全逐漸成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。對(duì)于境內(nèi)的小型病險(xiǎn)水庫(kù)，北票市水務(wù)局批準(zhǔn)實(shí)施了一系列的除險(xiǎn)加固改造工程，整治范圍涉及周家營(yíng)、王法溝、蒙古營(yíng)等12座小型水庫(kù)，通過輸水洞加固、壩體加固、進(jìn)口八字形處理、建設(shè)溢流堰與邊墻、挖深拓寬溢洪道等，基本消除了水庫(kù)的安全隱患，對(duì)提高水庫(kù)安全保障水平、完善工程管理設(shè)施和水利設(shè)施發(fā)揮著巨大作用。然而，在選擇加固設(shè)計(jì)方案上還存在許多的不足，對(duì)于實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題還要給予足夠的重視和關(guān)注。

1 小型水庫(kù)的除險(xiǎn)加固

1.1 病險(xiǎn)問題分析

北票市現(xiàn)有的小型水庫(kù)大多修建于六、七十年代，受當(dāng)時(shí)的歷史條件限制，大多數(shù)水庫(kù)屬于典型的“三邊”工程，建設(shè)初期行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范不健全，水文地質(zhì)勘探資料較少，施工和設(shè)計(jì)力量薄弱，方案審查把關(guān)不認(rèn)真；水庫(kù)建設(shè)以群眾大會(huì)戰(zhàn)為主要施工方式，技術(shù)手段有限且施工設(shè)備簡(jiǎn)陋，多數(shù)壩基處理不徹底甚至沒有處理，無法保證設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和壩體填筑質(zhì)量，大部分水庫(kù)都或多或少的存在一定安全隱患；由于固定投資渠道的缺乏，后期維修養(yǎng)護(hù)水庫(kù)工程設(shè)施時(shí)受到限制，水庫(kù)帶病運(yùn)行、老化失修的現(xiàn)象普遍存在；因缺乏專業(yè)管理人員、管護(hù)水平低，無法及時(shí)有效的了掌握水庫(kù)的真實(shí)運(yùn)行狀況，水庫(kù)病險(xiǎn)問題未能有效處理，對(duì)下游防洪安全以及區(qū)域發(fā)展產(chǎn)生安全隱患。雖然應(yīng)急除險(xiǎn)過少數(shù)的水庫(kù)大壩，但并未從根本上解決實(shí)際問題，無法充分發(fā)揮水庫(kù)工程的功能效應(yīng)[4，5]。

根據(jù)工程原設(shè)計(jì)、校核標(biāo)準(zhǔn)以及大壩安全鑒定成果，壩體壩基滲流不穩(wěn)定、防洪能力不達(dá)標(biāo)、金屬結(jié)構(gòu)與機(jī)電設(shè)備老化、結(jié)構(gòu)安全不過關(guān)等為小型病險(xiǎn)水庫(kù)常見的問題。依據(jù)北票市小型水庫(kù)加固整治專項(xiàng)規(guī)劃，有7座水庫(kù)已無法正常使用其金屬結(jié)構(gòu)，僅有1座水庫(kù)可以正常運(yùn)行其金屬結(jié)構(gòu)，另有4座根本沒有配置閘門等結(jié)構(gòu)設(shè)備，病險(xiǎn)程度統(tǒng)計(jì)如圖1。

圖1 北票市小型病險(xiǎn)水庫(kù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

1.2 除險(xiǎn)加固技術(shù)

滲流不穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)不安全、防洪不達(dá)標(biāo)等問題作為水庫(kù)加固整治的為核心，并考慮每座水庫(kù)的實(shí)際情況，結(jié)合其存在的安全隱患選擇適應(yīng)的除險(xiǎn)加固措施。

解決滲流不穩(wěn)定問題。依據(jù)小型水庫(kù)加固工程初設(shè)報(bào)告，北票市主要選用3種方案解決其滲流不安全問題，即壩體、壩基和壩肩防滲加固。其中，比較常用的防滲處理措施有劈裂灌漿、混凝土防滲墻、壩基帷幕灌漿、壩體充填灌漿等，通過實(shí)施有效的防滲處理技術(shù)，從根本上解決滲流不安全問題。

解決結(jié)構(gòu)不安全問題。結(jié)合水庫(kù)加固工程設(shè)計(jì)報(bào)告，北票市主要利用4種方案解決結(jié)構(gòu)的不安全問題，即大壩培厚、加固改造溢洪道、改造泄洪洞、臥管加固改造。為更好的保證大壩安全，可以采取削坡減緩壩坡、培厚減緩壩坡的方法，其中培厚減緩壩坡時(shí)要利用比原壩坡大的透水性材料，并加固整治上下游壩坡，而混凝土板、堆石及干砌石護(hù)坡等多用于上游護(hù)坡，而簡(jiǎn)化型式的護(hù)坡一般用于下游。采用科學(xué)的加固改造技術(shù)，有效解決了水庫(kù)結(jié)構(gòu)不安全的問題[6]。

解決防洪不達(dá)標(biāo)問題。考慮病險(xiǎn)水庫(kù)加固設(shè)計(jì)報(bào)告，北票市選擇6種方案解決防洪不達(dá)標(biāo)的問題，即加高大壩、新建溢洪道、新建泄洪洞、擴(kuò)建溢洪道、加高防浪墻、完建溢洪道。根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇合適的技術(shù)措施顯著提升了水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)[7]。

1.3 施工中的問題

安全風(fēng)險(xiǎn)大。水庫(kù)加固設(shè)計(jì)方案選用的工程措施具有較大的施工風(fēng)險(xiǎn)，如拆除重建壩體中間泄洪閘、修復(fù)土壩壩體中的涵洞、增加壩前高排架控制措施以及拆除重建壩體上部結(jié)構(gòu)等方案，施工過程中以上措施存在較大的風(fēng)險(xiǎn)性，為確保施工安全還要采取有效的防護(hù)措施。

實(shí)施難度高。病險(xiǎn)水庫(kù)加固整治工程采用風(fēng)險(xiǎn)較大的工程措施，在實(shí)際中無法實(shí)現(xiàn)，如利用沉井方案修建淤泥下的進(jìn)水塔、拆除重建淤泥下的進(jìn)水塔等。

過于強(qiáng)調(diào)泄洪能力。依據(jù)水庫(kù)加固整治工程管理辦法，原則上小型水庫(kù)加固設(shè)計(jì)方案不考慮加壩措施。由于未能充分理解其內(nèi)涵、作用，大部分設(shè)計(jì)和管理人員就錯(cuò)誤的認(rèn)為不考慮加固方案，而對(duì)于防洪能力大達(dá)標(biāo)的水庫(kù)其最佳選擇就是加寬加深溢洪道。根據(jù)方案設(shè)計(jì)時(shí)洪水計(jì)算結(jié)果普遍偏大的實(shí)際情況，由此導(dǎo)致溢洪道存在較大的下切寬度，雖然加固整治工程大大提高了水庫(kù)的防洪能力，但實(shí)際蓄水能力、興利庫(kù)容明顯減少。

忽視征地、補(bǔ)償協(xié)調(diào)工作。水庫(kù)確權(quán)界定滯后的現(xiàn)象普遍存在于北漂地區(qū)，大多數(shù)小型水庫(kù)的管理工作由集成鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)責(zé)，受多種因素限制其工作相對(duì)更差。有的地方直接把不過水的土質(zhì)溢洪道、不常淹沒的庫(kù)區(qū)給村民發(fā)放林地征、土地證、宅基地證等，由于不考慮征地補(bǔ)償費(fèi)用在除險(xiǎn)加固投資中的比例，方案批復(fù)后無法開展后期的協(xié)調(diào)工作，這給加固整治工程的實(shí)施帶來了極為不利的影響[8]。

2 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選

2.1 保證水庫(kù)安全

結(jié)合水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程管理辦法，解決對(duì)水庫(kù)安全運(yùn)行方面產(chǎn)生直接影響的問題為病險(xiǎn)水庫(kù)加固整治的重點(diǎn)內(nèi)容。例如，對(duì)于發(fā)生滲漏的水庫(kù)，若屬于壩體、壩基等能夠顯著影響工程結(jié)構(gòu)安全的滲透問題，必須采取合適的防滲措施；若屬于不發(fā)生滲透破壞而僅僅出現(xiàn)水庫(kù)蓄不住水的滲透問題，對(duì)此可不予處理。由于實(shí)行定補(bǔ)政策批建小型水庫(kù)加固整治項(xiàng)目，所以投資規(guī)模受到一定的制約，為充分利用有限的資金必須優(yōu)先解決重點(diǎn)問題，故無法全面解決鑒定出的所有病險(xiǎn)問題。另外，提高管理水平也是保證水庫(kù)安全運(yùn)行的重要方法，如新建防汛搶險(xiǎn)道路、新增水文與大壩監(jiān)測(cè)設(shè)施、增設(shè)水庫(kù)通訊設(shè)備及管理房等，對(duì)水庫(kù)的日常管理安排專門的管理人員。

2.2 考慮水庫(kù)蓄水能力

根據(jù)北票市水資源緊缺的實(shí)際情況，應(yīng)考慮水庫(kù)蓄水能力科學(xué)設(shè)計(jì)水庫(kù)加固整治方案。工程上，加大水庫(kù)泄流能力以及提高其防洪達(dá)標(biāo)能力的常用方式有下切、拓寬溢洪道，對(duì)于該問題也可采取增設(shè)壩頂防浪墻、適當(dāng)加高壩頂?shù)拇胧?，這就要求充分論證方案的可行性。特別是加高拱壩、砌石重力壩等工程量很小的項(xiàng)目，從經(jīng)濟(jì)可行性的角度就是加高壩頂；對(duì)基本達(dá)到規(guī)范要求防洪能力的土壩，可供選擇的方案有改變水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度方式、加高防浪墻等。過于強(qiáng)調(diào)加大水庫(kù)洪流能力和防洪能力達(dá)標(biāo)，實(shí)質(zhì)上降低了水庫(kù)蓄水能力，所以這種方案并不可取[9]。

2.3 工程措施可行性

水庫(kù)加固設(shè)計(jì)方案必須結(jié)合工程實(shí)際，許多工程措施理論上可行而實(shí)際上確行不通。例如，為使泄流能力達(dá)到要求需要外拓溢洪道寬度，雖然批復(fù)的設(shè)計(jì)方案也在水庫(kù)管理范圍，但由于征地協(xié)商行不通而不得不變更的現(xiàn)象較為常見；運(yùn)用沉井方案修建水庫(kù)淤泥下進(jìn)水塔，盡管方案可行且已批準(zhǔn)，因存在原漿砌石翼墻、地基軟硬不均等因素而無法施工，最終方案也必須更改；因當(dāng)?shù)厝罕娮獾讲坏貌环艞墡?kù)區(qū)防滲土工膜鋪設(shè)方案。

2.4 技術(shù)方案安全性

水庫(kù)加固設(shè)計(jì)方案必須考慮施工安全性，如土壩壩體中涵洞修復(fù)時(shí)無法保證施工人員安全，對(duì)此必須給予更改；壩前增設(shè)放水鋼管控制閘室需要修建40 m高的爬架，由于存在較大的來水風(fēng)險(xiǎn)性不得不變更；由于未全面了解水下情況，設(shè)計(jì)的原放水涵臥管進(jìn)口修復(fù)不得不變更為涵臥管封堵方案等。

此外，多年蓄水運(yùn)行的水庫(kù)一旦放空，若要再蓄水則無法實(shí)現(xiàn)，所以放空水庫(kù)的施工方案在加固設(shè)計(jì)工程中一般不考慮。例如，由于采取放空改造的施工方案，原本碧波蕩漾、游船如織的小型水庫(kù)多年再也沒能蓄上水；改造以前穩(wěn)定蓄水的水庫(kù)，因放空水庫(kù)新建泄洪洞再也未能蓄上水。

3 結(jié)語(yǔ)

較新建工程水庫(kù)加固整治存在明顯的差異性、特殊性，應(yīng)考慮蓄水運(yùn)用、水庫(kù)病險(xiǎn)、周邊施工環(huán)境等因素科學(xué)選擇加固設(shè)計(jì)方案，從經(jīng)濟(jì)合理性、施工可行性、實(shí)施安全性、技術(shù)優(yōu)越性的角度全面分析，方可優(yōu)選出最佳的方案以及最大化水庫(kù)加固工程效益。通過分析北票市近年來的水庫(kù)加固工程案例，結(jié)合加固工程實(shí)際效果，對(duì)選擇方案設(shè)計(jì)時(shí)存在的不足進(jìn)行總結(jié)分析，并提出工程實(shí)施時(shí)要解決的問題，對(duì)類似工程加固設(shè)計(jì)以及效果評(píng)價(jià)具有一定的借鑒指導(dǎo)價(jià)值。