山區水庫大壩除險加固技術研究

摘 要：針對山區水庫大壩修建不合理，極易出現滲流的問題，本文以某山區水庫建設項目為例，在明確大壩現狀的情況下，對除險加固技術進行研究。通過山區水庫大壩壩體斷面結構優化、大壩防滲加固處理、壩頂結構優化設計、護坡除險加固，對該山區水庫大壩進行加固。通過除險加固效果分析得出，應用新的技術可解決大壩滲流問題，促進水庫大壩整體性提升，同時保障水庫的安全運行。

關鍵詞：山區；水庫；大壩；除險；加固技術

中圖分類號：TV 54" " 文獻標志碼：A

山區水庫大壩的除險加固技術研究對推動山區經濟發展具有積極意義。對大壩進行除險加固，不僅可以保證農業灌溉、發電等功能正常發揮，為當地農業生產提供穩定的水源，除險加固技術研究和應用還可以帶動當地的就業和產業發展，提高當地經濟的綜合實力。同時，山區水庫大壩的除險加固技術研究還可以提高防災減災能力。對大壩進行加固和維護，可以提高大壩的防洪能力，減少下游地區的洪澇災害。此外，研究和應用除險加固技術還可以提高大壩的預警監測能力，及時發現和應對可能出現的風險和隱患，為當地的防災減災工作提供有力支持[1-2]。為深化此項工作，全面推進水庫大壩的建設工作，本文將以某山區水庫工程項目為例，對大壩除險加固技術進行深入研究，旨在通過此次設計，為水利事業的可持續發展提供技術層面指導與支持。

1 山區水庫大壩現狀

選擇某山區水庫工程作為試點，對工程項目的基本情況進行分析，相關內容見表1[3]。

在上述內容的基礎上，對水庫大壩的基本構成與填土巖性進行分析，結果見表2。

2 山區水庫大壩結構加固優化

2.1 壩體斷面結構加固設計

針對山區水庫建設項目，通過獲取相關設計數據，安全核算大壩頂部高程為195.362m，結合該工程項目的實際情況以及除險加固所需，壩頂高程可以維持現有設計高度不變，具體數值為195.50m。在遵循壩頂交通安全以及管理運行安全性的情況下，在壩頂設置高度為0.85m的防浪墻，同時要求防浪墻的高度應當設置為196.50m。

在大壩的加固施工后，發現壩頂的頂寬和上下游壩坡的坡比基本上保持不變[4-5]。設計方面的主要改動集中在對上游高程180.0m和戧臺以上的壩坡部分進行局部維修。根據壩坡面積的35%來計算維修的面積。在維修過程中，需要拆除局部損壞的亂石和塊石，并將這些材料堆置在180戧臺以下的亂石護坡的缺坡部位，并進行補充和修復。當結構優化時，需要對壩頂高程進行復核，壩頂在水庫靜水位以上超高可按照公式（1）計算。

y=R+e+A " （1）

式中：y為壩頂超高；R為最大波浪在壩坡上的爬高；e為最大風壅水面高度；A為安全加高。

對上游壩坡進行安全復核，根據碾壓式土石壩設計中的規范要求，結合波浪壓力大小和波浪等級確定護坡塊石的粒徑和護坡厚度。塊石在最大局部波浪壓力的作用下需要的直徑的計算過程如公式（2）所示。

（2）

式中：D為塊石在最大局部波浪壓力的作用下所需的直徑；Kt為系數；ρw為水的密度；ρk為塊石的密度；m為單坡坡度系數；hp為累計頻率為5%的坡高。從大壩斷面等勢線形態進行分析，若壩基齒槽清基不徹底，齒槽則無法起到良好截滲的作用。同時，若出逸比超過下游壩坡的允許滲透比降，則更容易發生滲透破壞問題。

對下游壩坡的護坡也進行一些局部修整。根據現狀壩坡面積的40%來計算修整的面積。此外，還增設了漿砌石橫向排水溝，同時整修了縱向排水溝和排水棱體。這些新設和整修的排水設施性能優良，其中橫向排水溝的間距為30m，斷面尺寸為300mm×300mm。這樣的設計可以更有效地排除大壩周圍可能出現的積水，從而保障大壩的安全。

2.2 壩頂結構加固設計

在優化過程中，假設壩頂的高程為H，壩頂的寬度為W，最大允許沉降量為S，最大允許水平位移為U，則壩頂結構優化應當滿足公式（3）。

（H-S）2+W≤（H+U）2 " （3）

公式（3）表示在滿足最大允許沉降量和最大允許水平位移的條件下，應盡量減少壩頂高程和壩頂寬度。在實際應用中，可以根據具體的設計要求和場地條件，對公式（3）進行修改和調整。基于上述項目，大壩的頂部總寬度為7.5m，路面采用瀝青材質，按照二級公路的標準進行設計。路面的寬度為7.0m，路面結構層由面層、基層和底基層三部分組成。面層為厚10cm的瀝青混凝土，能夠提供良好的防滑和承載能力。基層為厚20cm的水泥穩定級配碎石，具有優秀的穩定性和承載能力。底基層為厚20cm的三七石灰穩定土，能夠提供良好的水穩性和抗沖刷能力。這樣的路面結構層設計可以保證大壩的路面具有足夠的強度和穩定性。

大壩壩頂上游側設置一道高0.8m、厚0.5m的防浪墻，采用M10漿砌塊石砌筑，料石鑲面。這種砌筑方式可以提高防浪墻的穩定性和耐用性，同時料石鑲面的設計也提高了墻面的美觀度。防浪墻的基礎為M10砌塊石，提供了良好的基礎支撐。墻帽為細料石壓板，進一步提高了防浪墻的結構穩定性。

大壩頂下游側設置了路緣石和A級波形梁護欄。路緣石能夠保護路面邊緣，防止車輛等意外碰撞，同時也為壩頂提供了美觀的邊緣效果。A級波形梁護欄具有優秀的防護性能，能夠有效地減少交通事故，為大壩的安全提供了保障。

大壩頂部的路面向下游側傾斜，坡比為2%，這樣設計有利于排除雨水。在下游壩坡上設置了排水溝，能夠將壩頂的雨水引流至壩后，保障了大壩的安全。圖1展示了壩頂的結構設計，包括路面、防浪墻、路緣石、波形梁護欄和排水溝等部分，可以直觀地了解壩頂的結構設計特點。

3 大壩防滲處理

針對大壩的防滲加固處理，主要分為基巖帷幕灌漿和混凝土防滲墻施工兩部分。依托工程項目的壩基基巖為下奧陶系北庵莊組，其中含有大量的白云質灰巖、泥質灰巖等。受到斷層的影響，壩體基巖滲漏大致可以劃分為3個分段，見表3。

結合上述具體情況，對透水穩定性進行核算，計算過程如公式（4）所示。

T=（W/S）/s " （4）

式中：T為透水穩定性系數；W為通過土壤的數量；S為土壤面積；s為時間。在核算的過程中，大壩的滲流量較大，山區水庫庫容較小，水資源極為珍貴，結合壩體、壩基的防滲處理方案，對上述分段中透水率超過10Lu的基巖透水部分進行水泥帷幕灌漿施工，以此對大壩進行防滲加固。將大壩的灌漿軸線設置為與防滲墻統一，位于壩軸線上游0.5m。灌漿材料選用32.5普通硅酸鹽水泥漿液。將鉆孔的間隔距離設置為1.5m，分散序孔進行灌漿。其中，第I序孔的距離為8.5m，第II序孔的距離為2.5m，第III序孔的距離為1.5m。在每個鉆孔中，從上至下，分段注漿。第一區段是基礎與基礎的接觸區段，上一區段注漿結束后方可進行下一區段注漿。為避免大壩坍塌，本文提出了套管跟進法[6-7]。為預防壩體開裂，須采取注漿壓力控制措施。本文提出了上段注漿壓力為0.2MPa的方案，而下段則根據具體條件而定。根據設計要求、不同的水膠比（從稀到濃）以及不同的要求進行更換。在每個鉆孔注漿完畢后，用黏土球封孔，用機器夯實。在基礎灌漿前，必須對其進行注漿測試，測試結束后，得出灌漿參數、孔間距、壓力、水泥摻量等參數。測試斷面采用壓水測試，檢測斷面采用巖心進行滲透及抗壓測試。

當進行混凝土防滲墻施工時，由于塑性混凝土防滲墻彈模較大，對壩體的變形適應性更強，因此采用塑性混凝土作為施工主要材料。主要是通過墻體的允許水頭損失來控制防滲墻的壁厚，同時還應考慮施工機械及墻體使用年限。由不同的材質比例決定墻體的允許水頭損失，并且在某一區間內是有變化的[8]。在混凝土防滲墻的設計中，當墻體厚度為48～41cm時，混凝土的滲透系數為60×10-6cm/s～

70×10-6cm/s。塑性混凝土的各項指標見表4。

在施工前，對墻體的完整性、抗滲性和耐久性進行測試，并對其關鍵技術參數進行測定。圖2為混凝土防滲墻施工平面結構圖。

4 除險加固效果分析

按照上述方式，對試點工程項目進行分析，在此基礎上，對此工程除險加固前、后滲流量進行分析，相關內容如圖3所示。

在此基礎上，安排技術人員進行現場調研，從多個方面對水庫大壩除險加固前、后效果進行分析，效果分析見表5。

5 結語

按照提出的方案，本文對試點工程項目進行除險加固處理，參照圖4的內容可以看出，水庫大壩工程除險加固后的滲流量得到控制，與除險加固技術應用前相比，滲漏現象得到了有效緩解。在此基礎上，對表5的內容進行綜合分析，分析后發現，在應用本文提出的大壩除險加固技術后，可以有效提高大壩安全性能、防洪能力、水資源利用效率、大壩材料強度、大壩抗震能力，并有效控制壩體位移，解決壩體裂縫等問題，以此種方式，發揮水庫大壩在地區更高的效益與價值，全面規范水庫大壩運行。

參考文獻

[1] 林杰雄. 小型水庫除險加固技術研究—以萬馬坪水庫為例[J]. 城市建設理論研究（電子版），2023（30）：196-198.

[2]李靖. 中小型水庫除險加固灌漿防滲處理技術—以沙田水庫為例[J]. 珠江水運，2022（21）：52-54.

[3]董紅哲. 水庫除險加固防滲處理研究—以塘坑塢水庫為例[J]. 科學技術創新，2022（25）：131-134.

[4]張倬鋒. 水利工程大壩除險加固方案設計分析—以柿子園小型水庫除險加固工程為例[J]. 工程與建設，2022，36（4）：979-982.

[5]李冰. 基于水庫除險加固工程溢洪道閘墩尾部體型優化研究—以葠窩水庫為例[J]. 黑龍江水利科技，2022，50（7）：101-102，136.

[6]陳立剛. 基于量化評價模型的水庫除險加固穩定性研究—以北疆工程水庫為例[J]. 中國水運（下半月），2022，22（5）：30-31，49.

[7]侯程，吳一杰，曹選平，等. 基于有限元法的魯班水庫干砌條石重力壩除險加固效果分析[J]. 四川水利，2023，44 （4）： 33-37.

[8]徐曉冬. 水庫除險加固工程設計—以開平市石堆水庫為例[J]. 水利科學與寒區工程，2022，5（3）：97-99.