科技与生活杂志：水库大坝除险加固设计要点 |
| 2012-09-25 19:05 作者：邓 芳 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网9月25日讯】原文载于《科技与生活》杂志2012年第14期，文章称，除险水库大坝不但不能发挥工程效益，还严重威胁着人民群众的生命财产安全。本文从水库大坝工程中出现的主要问题出发，根据除险加固设计原则，分别从坝顶、坝坡加固设计、防渗处理设计、抗震加固设计、溢洪道、放水洞除险加固设计等几个方面对水库大坝加固设计的要点进行了阐述。
关键词水库大坝；除险加固；抗震加固；防渗处理
我国境内虽然河流众多，但是在水资源的利用上存在着明显的季节和地域差异性。所以，我国兴建了很多不同规模的水库大坝，以满足不同时间、不同地区人们的生活用水、农业灌溉、水力发电等需求。但是随着使用年限的增加，很多大坝都出现了一些安全隐患，妨碍了水库大坝发挥它的功能。因此，采取合理的措施，加强水库大坝除险加固设计，解决病险水库和河道的防洪安全问题刻不容缓。
1水库大坝工程存在的主要病险问题
1.1水库大坝渗漏现象比较严重
渗漏主要表现为水库大坝存在渗漏、管涌、散浸、流土，甚至是坝脚呈现沼泽化；浆砌石坝下游坝面及坝内的廊道漏水等现象。出现渗漏的主要原因有以下几个方面：1）水库大坝的土质防渗体渗透性没有满足规范要求；2）水库大坝的坝基、坝肩清理不彻底；3）水库大坝的下游没有设排水棱体或者是已经失效了；4）水库大坝的坝下涵管管壁与坝体接触的部位发生了冲刷，存在接触冲刷问题；5）浆砌石坝砌体不密实，上游防渗面板混凝土产生裂缝，遭到破坏等等。
1.2抗震标准不够
抗震标准不够主要表现为水库大坝的抗震安全性较低，安全系数没有满足规范要求。如果遇到地震等情况，坝体就会出现裂缝、沉陷、变形和滑塌等现象。出现这些现象的主要原因有：1）水库大坝中的细砂或黏性土有可能液化了，降低了坝坡抗滑稳定性；2）建设水库大坝时，没有考虑到地震设防安全措施，或是地震设防标准低，没有满足现行规范要求。
1.3结构稳定性不满足要求
水库大坝结构的稳定性不满足要求主要表现为溢流坝闸墩结构产生裂缝、变形，下游的冲刷破坏较严重，涵管出现漏水、裂缝甚至断裂等现象。产生这些现象的主要原因有：1）溢流坝闸墩结构单薄，混凝土的强度又低；2）输水隧洞衬砌结构施工质量差，强度低或设计不完善。3）涵管基础差，易产生不均匀变形等。
1.4设备老化，锈蚀严重
容易老化的设备主要有闸门，启闭机等，表现为闸门高度不满足挡水要求，引起变形，启闭机不能正常启闭。出现的主要原因有：某些水库在建坝时，没有进行前期的勘察，缺乏相对应的水文资料，使得现有闸门高度不满足要求，或者是水库调度的改变，造成闸门高度不够等。
2水库除险加固设计原则
水库大坝由于其病险情况复杂，外部条件多变，而且相对应每一个病险的除险加固方法都有其特定的适用范围和局限性，所以，要针对每一个具体的病险进行仔细分析，根据除险加固要求（包括加固后工程需要达到的各项指标、加固范围、工程进度等）等，从技术、经济、施工方案等多方面进行比较选择技术上可靠，经济上合理，且能满足实际情况的除险加固方法。
3水库除险加固设计
水库大坝除险加固设计主要包括以下几个方面：收集、分析、整理病险基本资料；坝顶、坝坡除险加固设计；大坝防渗处理设计；大坝抗震加固设计；溢洪道、放水洞除险加固设计等几个方面。
3.1收集、分析、整理基本资料
水库大坝除险加固工程的首要环节是收集、分析、整理基本资料。我国大部分水库大坝在建设时受到技术水平、经济水平等多方面条件的限制，往往是三边工程“边勘探、边设计、边施工”，导致水库大坝的相关基本资料不全。而基础资料的质量水平对水库大坝除险加固工程的设计有着直接的影响。所以，在水库大坝除险加固工程的前期阶段必须高度重视基础资料的收集、分析与整理工作。
3.2坝顶、坝坡除险加固设计
坝顶、坝坡除险加固设计是水库大坝除险加固设计的关键环节。坝顶路面要进行合理的排水设计，以提高水库大坝坝顶的稳定性。一般情况下，水库大坝的坝顶路面可以向下游方向倾斜20%左右，在下游侧铺设路缘石，使坝顶排水沟和排水口相连接，这样更有利于坝顶的排水。另一方面，还要注意水库大坝坝顶的高程，坝顶高程和宽度要符合相关规定标准。边坡比例对于水库大坝除险加固设计也很重要，综合考虑坝型、坝基、坝体、坝高等因素来确定大坝的边坡比例。坝坡的抗滑稳定性与坝坡渗流要根据坝体承受的荷载进行计算，来判断坝坡是否达到稳定标准。水库大坝护坡的加固设计要根据安全可靠、方便施工、就地取材、节约投资等原则进行设计，灵活采用预制砼或现浇砼等护坡形式。还要注意的是，在采用现浇砼进行护坡加固时，需设置足够的纵横缝和排水口，在坡脚设置基座。反滤层与上游坡的厚度要根据反滤和抵御风浪冲击的要求进行设定，水库大坝下游护坡加固可以采用草皮护坡的措施。
3.3大坝防渗处理设计
水库大坝的防渗加固处理设计可以分为水平防渗和垂直防渗两大类。需遵循的原则是上堵下排，使其渗透坡降不超过允许坡降，以确保土体的渗透稳定。
3.3.1混凝土防渗墙
混凝土防渗墙通常是采用钻凿、抓斗等方法在坝体或地基中建造槽形孔，然后浇筑成连续的混凝土墙，以达到防渗的目的。混凝土防渗墙的适用性很广，实用性强，施工条件的要求也宽，耐久性好，防渗可靠性高，近年来广泛应用于水库大坝的防渗加固中，例如湖北陆水水库、青山水库、江西油罗口水库、安徽卢村水库、钓鱼台水库等等，都采用了混凝土防渗墙用于水库大坝的防渗加固，也取得很好的防渗效果。
3.3.2高压喷射灌浆
对于淤泥质土、粉质黏土、粉土、砂土、砾石、卵（碎）石等松散透水的地基或填筑体内的防渗工程，可以采用高压喷射灌浆。该方法可灌性好、可控性好、适应性广、设备简单，而且对施工场地的要求不高。目前国内水库大坝病险加固设计采用高压喷射灌浆的工程也有很多，比如广西客兰水库、布见水库、三利水库等等。但是，高压喷射灌浆的防渗效果受到地层条件、施工工艺以及技术参数的影响较大。施工现场需要通过现场高喷试验来确定其施工技术参数，另外，对施工人员的经验要求较高。
3.3.3劈裂灌浆
水库大坝劈裂灌浆是指在土坝沿坝轴线布置竖向钻孔，采取一定压力灌浆将坝体沿坝轴线方向（小主应力面）劈开，然后灌注适宜的压力泥浆以形成竖直连续的浆体防渗泥墙，从而达到防渗加同的目的。劈裂灌浆加固技术机理明确，施工简便，效率高、费用低，目前在某些省市的水库大坝病险加固中有所应用。但是，该方法有一定局限性，一般只适用于坝高在50m以下的均质坝和宽心墙坝，而且要求在低水位下进行施工。另外，灌浆过程中坝体容易出现失稳、滑坡等现象。
3.4大坝抗震加固设计
采用砂土填筑的水库大坝，遇到地震，容易产生液化破坏，所以需要对大坝进行抗震加固设计。一般可以采取置换、抛石压重、人工加密以及设置排水减压井等方法。置换是将液化区砂土挖除，并填筑块石石渣这些抗液化性能好的材料；抛石压重是在砂土表面加压，以提高砂土的有效应力；人工加密主要是采取振冲、强夯等措施来提高砂土的密实度，使砂土达到抗液化的能力。
3.5放水洞和溢洪道除险加固设计
通常，要结合水库大坝工程的实际情况，按照安全、可靠、经济、实用的原则选择放水洞加固方案。水库大坝采用的是开敞式溢洪道的，其轴线通常采用直线设计，堰顶高程和水库正常蓄水位要保持一致。在条件允许的情况下，水库大坝溢洪道最好设置在岩石地基上，根据水流条件、防冲要求、地质条件、地形等确定溢洪道的护砌宽度与长度。水库大坝放水洞的加固设计，要遵循经济实用、安全可靠的原则，根据水库大坝的具体情况，来选择最佳的加固方案。放水洞加固方案主要有砼矩形涵洞加固、洞身拆除重建方案等等。砼矩形涵洞加固方案是将洞深进行补漏、补强，对水库大坝的隐患部位进行加固，补抹防水涂料、高强砂浆以及环氧砂浆等，在放水洞内添置玻璃钢管、PE管、内衬钢管等，使用混凝土填筑原放水洞和内衬管的空隙。如果是洞身拆除重建方案，可根据工程实际情况灵活采用砼矩形涵、原涵等放水洞形式，洞身按无压明流进行设计，同时满足工程规定的强度、刚度、抗裂、稳定等要求。
4结论
水库水坝除险加固工程具有很大的经济效益和社会效益，除险加固工程完善了水库大坝的性能，确保其能实现防洪安全的功能，同时提高了实力资源的调控能力，确保供水安全。提高农业灌溉、农村饮水和城市供水的效率。要切实推进水库大坝的除险加固工程工作，就必须高度重视水库大坝出险加固工程的设计，在除险加固工程中注重新工艺、新材料以及新技术的应用，以大大降低成本，提高工程质量。
作者简介
邓芳（1976-），女，汉族，江西省吉安市万安县人，本科，南昌工程学院水利水电工程，工程师，万安县水利局（水利电力设计室），研究方向：水利工程设计。
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