小型水庫除險加固工程設(shè)計探討

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1． 工程現(xiàn)狀

小型水庫的經(jīng)濟(jì)效益比較顯著，這是公認(rèn)的。這些水庫主要是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供灌溉水源，也為人民生活用水和工業(yè)用水提供水源，同時為防御洪水災(zāi)難也發(fā)揮了一定的重要作用，近年來越來越受到養(yǎng)殖業(yè)青睞，利用水庫養(yǎng)殖業(yè)已成了一項專門行業(yè)。然而，由于各種原因許多水庫都不同程度存在一些病險問題，尤其是上世紀(jì)50-70年代不平凡的特定的歷史條件時期由群眾投勞建成的水庫尾工和隱患較大較多，一直是水利行業(yè)長期治理完善的重點(diǎn)之一。

這類水庫分布區(qū)域廣、多偏僻、壩型多、老化失修、欠完建、病種多、防洪標(biāo)準(zhǔn)低，工程本身質(zhì)量差，存在不同程度的滲漏，放水系統(tǒng)破損無法正常起閉，蓄水不正常，絕大部分工程帶病運(yùn)行且由村組級行政領(lǐng)導(dǎo)代管，達(dá)不到有關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求，多位于深山狹谷的高位溪溝中，險情大，形成的這些大量病險水庫，不僅造成水庫不能正常運(yùn)行，不能充分發(fā)揮其效益，而且還嚴(yán)重威脅到下游人民生命財產(chǎn)的安全，對其進(jìn)行除險加固處理迫在眉睫。

2． 存在問題

由于全縣的大多數(shù)水庫建于2O世紀(jì)50年代后期至7O年代初期，多屬“ 無”或“三邊”工程。因此，中小型水庫存在很多問題：

① 病險率高，病害嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，全縣現(xiàn)有小型水庫均有不同程度的險情。防洪標(biāo)準(zhǔn)低、大壩滲漏、裂縫和壩坡滑塌、溢洪道泄洪標(biāo)準(zhǔn)不夠、放水建筑物不能發(fā)揮正常功能等問題普遍存在。5座小(一)型水庫和22座小(二)型水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到部份除險加固非常運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)。

② 缺乏大壩安全觀測、水情測報和防汛搶險設(shè)施，工程盲目運(yùn)行，極易失事。

③ 管理工作薄弱，特別是鄉(xiāng)村管理的小型水庫，日常管理和養(yǎng)護(hù)工作無人負(fù)責(zé)，安全管理責(zé)任無法落實。

3．小型水庫病險原因分析及對策

3．1 壩基滲漏

很多病險庫都存在壩基滲漏問題，究其原因有很多，但大多數(shù)病險水庫是在上世紀(jì)5O至70年代建成，屬于“三邊”工程，對壩基沒有很好地按技術(shù)要求進(jìn)行處理，不是清基不到位導(dǎo)致壩基與壩體接觸面成為滲水薄弱環(huán)節(jié)，就是截水槽的開挖深度不夠，留下了滲水通道，或者壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)不夠，壓實度根本滿足不了設(shè)計要求，給壩體穩(wěn)定埋下安全隱患。有些水庫的壩基滲漏是因為壩基位于覆蓋層上，而覆蓋層的滲透系數(shù)大，允許滲透比降較低，原設(shè)計的壩基截水槽或者其它處理措施的深度沒有達(dá)到相對不透水層或者截水懸掛帷幕的深度不夠，不能有效的阻止?jié)B漏或延長滲徑，甚至就根本沒有進(jìn)行壩基處理。針對這些情況，可結(jié)合覆蓋層的深淺、庫區(qū)情況、附近粘土料源實際進(jìn)行垂直截滲或者水平鋪蓋。如果覆蓋層很厚，而附近又有豐富的粘土料源，施工沒有太大困難，則采取水平鋪蓋是比較適宜的；相反，如果附近沒有粘土料源，覆蓋層又較薄，采取垂直防滲的優(yōu)越性就比較明顯。 垂直截滲墻的方案選擇中，還應(yīng)根據(jù)覆蓋層的顆粒級配情況，施工場地情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析進(jìn)行選擇。如覆蓋層為砂卵石，厚度超過30m，選擇混凝土截滲墻比較穩(wěn)妥；如果為粉細(xì)砂，厚度又較小，則采用高噴灌漿即可。例如同裕水庫和橫陂水庫就采用了高壓旋噴灌漿對壩基進(jìn)行加固，效果良好。

3．2 壩體滲漏

壩體滲漏多由于壩體填筑材料或者填筑標(biāo)準(zhǔn)不符合要求，密實度不夠，滲透系數(shù)偏大。針對類似這種情況，采取如下三種措施比較適宜：

①對壩體采用高壓旋噴灌漿造墻，或采用沖抓套井回填粘土造墻，來切斷壩體內(nèi)上、下游的滲水通道，以防止壩體滲漏。例如同裕水庫和橫陂水庫就采用了高壓旋噴灌漿對壩體進(jìn)行加固，效果良好。

②首先應(yīng)對壩體進(jìn)行必要的充填灌漿，增加壩體的密實度，然后在壩體上游坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜，要注意處理好土工膜與壩基的結(jié)合部位。

③采用劈裂灌漿，劈裂灌漿利用了壩體填筑的自然應(yīng)力狀態(tài)，是一種既節(jié)約又效果良好的措施。對于壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)不符合要求的，可以劈裂兩排，不但可以在兩排之間形成很好的防滲層，而且因為其灌漿壓力較大，還可以在兩排灌漿孔以外的一定范闈內(nèi)，對壩體起到較好的加固作用。另外，還可以將壩基一定深度劈開，對壩體和壩基的結(jié)合面也起到很好的防滲作用。

④根據(jù)工程的具體情況，采取往上游壩坡貼防滲斜墻、鋪設(shè)復(fù)合土工膜、加大壩體斷面等措施。例如大屋水庫的壩體加固就采用了臨水側(cè)鋪設(shè)復(fù)合土工膜和培土加厚的措施，效果良好。

3．3 壩體穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求

常見的原因有上游壩體滲透系數(shù)太小而坡比較陡，浸潤線偏高，壩體斷面偏陡等。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，壩體穩(wěn)定應(yīng)對正常運(yùn)行期的上下游壩坡、水位驟降的上游壩坡、一定蓄水位與地震組合的上下游壩坡、施工期上下游壩坡進(jìn)行抗滑穩(wěn)定驗算。

如果上游壩體滲透系數(shù)太小而坡比較陡，使得在水位驟降工況下，上游壩體內(nèi)的水不能及時排出壩體，增大了土體重量(此時一般為飽和容重)，由于含水量大而減小了凝聚力和內(nèi)摩擦角，從而造成上游坡失穩(wěn)，處理措施一般是減緩壩坡。

如果浸潤線偏高，說明壩下游坡腳的排水不暢，壩體各層之間的滲透性不完全符合逐漸增大的原則，處理措施主要是增加壩體內(nèi)部排水和壩坡腳排水體，一般采用貼坡棱體排水。當(dāng)然也可放緩壩坡，但往往不經(jīng)濟(jì)。例如同裕水庫加固工程，因原下游坡腳被小魚池堵死，導(dǎo)致下游坡腳排水不暢，通過可放緩壩坡與壩腳之間設(shè)置導(dǎo)滲溝，增加貼坡排水棱體，使排水口外露，徹底疏通了排水通道，除險加固以后，運(yùn)行良好。

壩體斷面偏陡一般采取的措施是加培斷面，如果工程實際情況允許，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，也可住下游加培。需要注意，在這種情況下應(yīng)復(fù)核施工期壩坡穩(wěn)定。除險加固后，水庫運(yùn)行良好。

3．4 溢洪道布置不合理、泄洪標(biāo)準(zhǔn)不夠

多數(shù)病險水庫的溢洪道設(shè)計平面布置不盡合理，這種情況多出現(xiàn)在巖石基礎(chǔ)上，由于多為人工開挖，所以經(jīng)常按照巖體的堅硬程度變化，隨意性較大，很少能按設(shè)計斷面與線路完成施工。尤其是控制段的堰型，即不是WES堰，也不是直坎寬頂堰(駝峰堰非常少見)，梯形的斷面型式居多，這與當(dāng)時的施工水平也有很大關(guān)系，造成泄洪時流量系數(shù)和過水?dāng)嗝娌粔?，從而泄洪能力不足?/span>

常見的問題還有縱剖面設(shè)計、消能設(shè)施設(shè)計不合理，甚至無消能防沖設(shè)施，空蝕破壞嚴(yán)重，經(jīng)常是泄一次洪就被破壞一次，坡與坡的銜接、泄槽與消力池的銜接非常的不合理，又沒有補(bǔ)氣措施，所以經(jīng)常空蝕破壞。

溢洪道的泄槽底板下的排水措施很薄弱，有的根本沒有排水系統(tǒng)，從而泄洪時造成失穩(wěn)破壞。

針對以上情況，應(yīng)該根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》(SL252—2000)，結(jié)合工程實際情況，對平面布置、控制段、泄槽、排水、消能設(shè)施等進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)合水庫調(diào)洪，認(rèn)真復(fù)核泄量，使其滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3．5 放水設(shè)施老化失修，不滿足原設(shè)計要求

這種情況多出現(xiàn)于病險水庫，原工程絕大多數(shù)為放水臥管，年久失修，淤積嚴(yán)重，不能滿足放水要求，一般應(yīng)廢棄原放水臥管，另建放水斜管和放水隧洞。但要充分考慮水庫淤積發(fā)展對放水的影響。

3．6 其他常見病害

其它常見的病害還有：上游壩坡無護(hù)坡、下游壩坡無排水或者排水系統(tǒng)不完整、壩頂寬度不足、壩頂高度不夠、背水坡腳無反濾、無監(jiān)測設(shè)施等等，針對這些問題，應(yīng)該根據(jù)工程等級，嚴(yán)格按照《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274—2001)進(jìn)行完善設(shè)汁，這里不再累贅。

應(yīng)該說明的是，不論什么病害，均應(yīng)認(rèn)真分析原因，結(jié)合工程實際，進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后合理選擇方案，不能盲目或者主觀的采取措施，避免采取的措施不力，造成投資浪費(fèi)。

除上述工程措施外，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，應(yīng)加強(qiáng)對監(jiān)測資料的整理和分析，為工程的安全運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)；加強(qiáng)非工程措施的投入和管理，對施工質(zhì)量的管理和加固后工程運(yùn)行的管理。

4．結(jié) 語

小型病險水庫數(shù)量多、病險程度嚴(yán)重。先做好小型水庫除險加固工作對促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障社會穩(wěn)定意義重大。而要做好除險加固設(shè)計，是要對病險水庫除險加固工作現(xiàn)場調(diào)查，為除險加固設(shè)計方案提供工程依據(jù)，這樣才能達(dá)到病險水庫除險加固的目的。