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小型病险水库除险加固设计探讨

日期：2015-2-6 16:49:18　来源：本站原创　浏览数：
　

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第一次全国水利普查结果的数据显示: 我国现有9. 80 万座水库，其中小型水库9. 33 万座。这些水库大部分建于20 世纪50 ～ 70 年代，限于当时的历史条件，加之运行年限已久，导致如今大多都出现了病险情况。这些病险水库不仅自身建筑物缺乏安全，效益逐年下降，且一旦出现穿孔溃坝等险情，还将严重危及人民群众生命财产安全。水利是农业的命脉，水库是水利产业的重要设施，为使这些水库安全运行并继续正常发挥效益，需要对它们进行除险加固。同其他工程建设一样，设计工作是病险水库加固建设的重要环节，它对水库除险加固所需的技术、经济、资源、环境等条件进行综合分析论证，确定工程除险加固总体方案，为实施加固建设提供有技术依据的设计文件和图纸。
病险水库加固设计除必须遵循常规水利工程设计的规程、规范外，还要特别注重前期勘测及水库原始资料数据的收集，围绕险情与除险两个根本点，科学决策确定加固建设方案。本文将笔者近年来在小型水库除险加固设计实践中积累总结的一些设计工作思路、加固方案选择确定方法、建筑物除险加固处理措施等介绍出来与大家探讨。
1· 基础资料收集
加固工程与新建工程不同，在进行设计前不仅要收集坝区流域基础性资料，还必须收集水库原勘测设计、施工建设、运行管理等方面的资料。而加固设计前的测量勘探工作，同样非常重要。根据以往经验，水库原有资料往往存在“不全、不准、不一”的情况，特别是小型水库由于管理相对薄弱，“三不”情况尤为突出。这就需要通过测绘、钻探等手段来取得工程现状的一手资料，以便进行验证复核。工程建筑区表面情况通过踏勘测量比较直观，容易进行复核。建筑物基础、内在结构、质量等情况则相对较难准确全面揭示，这也是与新建工程地勘工作有明显区别的地方，所以要求在孔位布置和钻孔数量方面仔细斟酌，既要考虑工程设计的需要、成果的准确、提出的岩土体物理力学参数合理，又要考虑地勘工作经费和时间。其中比较普遍和关键的两点: 大坝有渗漏现象和不稳定情形的，必须加强对坝体、坝脚、坝基的勘探; 溢洪道、输水涵( 洞) 等其他主要建筑物有危险情形的，应增加勘探数量。
只有这样，才能比较全面准确地掌握水库的整体情况，以便彻底查找分析病险成因，确定合理有效的加固处理方案。
2· 除险加固设计方案选择
至今我国还没有专门针对病险水库除险加固设计方面的规范，在参照新建水库工程设计规范的基础上，部分地方编制了《设计导则》、《编制指引》等水库除险加固设计工作指导性文件。结合笔者多年来的设计实践，在病险水库加固中要按“把握病症、找准病因、根除病患”的思路开展设计工作。首先要全面掌握水库存在哪些病险表现，有哪些不安全因素，然后根据病险情况，彻底查找分析计算产生病险的原因。再针对病险原因，有的放矢，采用行之有效的加固处理方案。其中前面两点是过程，最后一点才是目的，在小型水库加固中，为实现根除病患的目的，坚持以下几点进行加固设计处理方案的选择确定非常重要。
2. 1 大坝防渗处理“能明不暗”
对大坝防渗加固时优先采用在上游坝坡等明处的非隐蔽性工程方案，其次再选用在坝中建垂直防渗墙等暗处的隐蔽性加固方案。如土石坝优先采用坝体上游坡设置黏土斜墙或铺设土工膜的防渗方案，当上游防渗方法难以达到除险加固效果或明显不经济的，方采用冲抓套井黏土心墙、灌浆等垂直防渗方案。堆砌石及混凝土坝优先采用坝体上游面增设混凝土面板的防渗方案，混凝土面板方案经论证确实可行时，再采用坝体充填、固结灌浆或高喷灌浆方案。
2. 2 大坝与输引水建筑物“能分则分”
只要条件允许，原坝内输引水涵洞尽量易址坝外重建，与大坝分开。原小型水库大部分为坝下埋设输引水涵管，这些涵管管径小、检查维修困难，现在基本都出现了渗漏、裂缝、甚至断裂，严重危及大坝安全。如直接对原涵管进行加固，很难彻底解决问题，特别是加固时往往大坝本身还须培厚，还须接长原涵管，新老涵管间的连接处又是最易出问题的地方，容易产生新的病险。而采用在大坝外山体另外选址新开挖隧洞进行输引水，对原涵管进行封堵加固设计方案，则可一劳永逸，即使输引水隧洞出现状况，也不会直接影响大坝。
2. 3 经济实用，兼顾美观
现在国力增强，人民生活水平提高，对社会环境的美观美化意识也不断增强，一座水库加固后也许过二三十年都不会再重修。所以，我们要利用水库除险加固的机会，在经济实用的基础上兼顾美观，使水利工程内部安全，外表生态美观大方。如: 水库下游坝坡采用草皮、花格草皮等生态材料护坡，既能有效保护坝坡，又能植草绿化，可极大地改善库区环境; 隧洞进水口采用塔式启闭房贴琉璃瓦坡屋顶，工程造价增加极少，但给水库增加亭阁台榭，有水有草有亭阁，入库如入景。
3 ·正常水位与洪水标准
3. 1 水库正常蓄水位
加固设计水库正常蓄水位原则上维持不变。保持水库原设计正常水位，是水库恢复达到原设计效益的根本，也是工程加固的主要目的。如降低正常水位就像是病人截肢求生，非万不得已一般不宜。而抬高水库正常水位虽然能增加工程效益，但是工程规模、淹没等都可能变化，工程建设性质变为扩建而非仅仅是加固了，所以必须慎重。
3. 2 采用洪水标准
在新的《水利水电工程等级划分及洪水标准》( SL252—2000) 中，水库工程建筑物洪水标准都有一定范围的取值区间，取什么值合适比新建工程复杂，对于水库加固工程而言，必须做到承前启后、经济合理，确保工程安全又不造成浪费。鉴于此，建议按以下几点确定小型水库加固设计洪水标准:
a. 大坝现状坝顶高程满足规范规定抗洪高度要求，且原设计洪水标准符合SL 252—2000 规定时，仍采用原值。
b. 大坝现状坝顶高程不满足抗洪高度要求，坝高15m 以上，或小( 1) 型水库库容在600 万m3 以上、小( 2) 型水库库容在60 万m3 以上时，采用高值。
c. 大坝现状坝顶高程不满足抗洪高度要求，坝高15m 以下，小( 1) 型水库库容在300 ～ 600 万m3、小( 2)型水库库容在30 ～ 60 万m3 时，采用中值。
d. 大坝现状坝顶高程不满足抗洪高度要求，坝高15m 以下，小( 1) 型水库库容在300 万m3 以下、小( 2)型水库库容在30 万m3 以下时，采用低值。
4· 建筑物除险加固处理措施
4. 1 大坝
存在问题: 大坝主要存在防洪能力不足、渗流不安全及结构不安全等几个病害问题，具体表现为坝顶高程不满足抗洪高度要求; 坝体透水性较强、浸润线较高、坝脚软化、坝坡偏陡、沉陷变形、坝坡滑坡; 坝基渗漏、坝坡渗漏、下游无排水棱体或失效、管涌等。坝高不足的处理: 当坝顶高程不满足计算抗洪高度要求时，可采用增设防浪墙、坝顶戴帽、结合培厚坝坡加高等直接方法; 当高差不大时也可采用扩宽溢洪道、改变泄流条件提高溢洪道泄洪能力，降低洪水位的间接方法满足坝高要求。
抗滑稳定不满足的处理: 通过坝坡渗流及抗滑稳定计算坝坡不满足稳定要求时，视具体情况，可直接培厚不稳定坝坡，或一削一培( 迎水坡削缓背水坡培厚，或背水坡削缓迎水坡培厚) 、设置戗台进行加固。
大坝防渗处理: 渗漏是大坝的通病，包括坝体和坝基渗漏，防渗始终是大坝加固的重点和难点。坝体防渗分为斜墙防渗和心墙防渗两种。斜墙可采用填筑黏土斜墙、坝坡铺设土工膜等; 心墙采用冲抓套井回填黏土、高压喷射灌浆、劈裂灌浆等成墙。坝基防渗主要采用填筑黏土截水墙、帷幕灌浆等方法。但是，对于土石坝而言，不管采用什么方法防渗，都不可能完全消除渗漏，所以下游坝脚反滤排水必须完善，做到前堵后排。
4. 2 溢洪道
存在问题: 溢洪道主要存在泄洪能力小、结构不安全的问题，具体表现在溢洪道控制段不规则、断面尺寸偏小; 无消能防冲设施、出口泄流没有通道; 基岩风化，冲刷严重，岸坡不稳、无衬砌或标准低、破坏严重等。相对大坝来说，溢洪道的加固处理设计更简单明了。小型水库溢洪道控制段加固设计宜采用开敞式无闸控制的实用堰或明渠，平面布置宜顺直。溢洪道泄洪能力不足时，可扩宽加大断面尺寸，渠式控制段降低底板改建成堰流( 堰顶保持与原底板高程一致) 增加泄流能力。视地形地质水流条件和防冲要求，无消能防冲及出口通道的，适当考虑新开挖设置泄槽、消力池，保持出口与河道平稳连接; 冲刷严重、岸坡不稳的，底板采用混凝土，边墙采用浆砌石或混凝土进行衬护。溢洪道靠近土石坝坝肩时，临溢洪道坝头段及上下游应加强衬护，确保安全可靠。
4. 3 引水系统
存在问题: 引水系统主要存在结构不安全的问题，体现为: 裂缝、剥蚀、漏水; 洞( 涵) 外围接触性破坏，有渗漏通道; 进水口闸门及启闭设备老化、控制失灵等。引水系统加固设计应结合工程现状综合分析确定方案，除内径1. 0m 以上的可采用内套管或直接加固原洞( 涵) 进行处理外，基本应拆除重建。重建一般又有易址重建、破坝重建、顶管三种方案。优先采用易址坝外开挖隧洞、虹吸管，使引水系统与大坝彻底分开，消除坝下人工建筑隐患; 当坝高在10m 以下时，可考虑破坝挖除老涵、重新浇筑混凝土新涵; 坝高大于10m 又没有条件易址并新开隧洞时，建议采用顶管的方法在坝下新建引水涵管。
进水口闸门启闭设备基本无利用或维修价值，应结合洞涵的加固情况改建进水口、置换全新设备，进水口主要有垂直和斜拉两种形式，推荐采用塔式垂直启闭进水口、选用适当规格的铸铁闸门和螺杆启闭机进行控制，安全美观; 如果引水流量较小、无防洪要求时也可采用斜拉闸门进水口，施工易造价省。