小型水庫除險加固設計方案與施工技術探討

鄒國勝

(深圳市廣匯源水利勘測設計有限公司，廣東 深圳 518020)

小型水庫除險加固設計方案與施工技術探討

鄒國勝

(深圳市廣匯源水利勘測設計有限公司，廣東 深圳 518020)

本文以深圳市龍華新區(qū)民治街道的牛咀水庫為例，進行小型水庫除險加固問題的探討，筆者通過對案例的分析融入，結(jié)合自身工作經(jīng)驗，提出在開展除險加固工作時，所需要注意的幾個方面，同時提出針對案例情況的解決方案，希望為業(yè)內(nèi)人士開展相關工作提供借鑒意義。

小型水庫;除險加固;問題;處理

DO I:10.3969/j.issn.1672-2469.2016.08.039

小型水庫在農(nóng)業(yè)灌溉、防洪等方面發(fā)揮著重要作用，而在我國現(xiàn)存的大多數(shù)小型水庫主要建設與六、七十年代，受當時建設條件、施工質(zhì)量等方面的影響，水庫壩體在投入使用多年后出現(xiàn)壩體裂縫以及滲水等問題，由此引起了國家對于小型水庫安全問題的重視。如何更好的根據(jù)水庫情況完成小型水庫的除險加固工作也就成為了業(yè)內(nèi)人士所共同關注的問題之一。

1 基礎資料

本文以龍華新區(qū)民治街道的牛咀水庫為案例，進行小型水庫出險加固設計中存在問題進行分析探討。

1.1 流域面積與參數(shù)

在小型水庫的設計過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)流域面積及其參數(shù)資料記錄不全的情況，這一情況將會造成設計參數(shù)與實際情況不符，造成流域分水嶺的錯誤劃分以及河道坡降設計值計算錯誤的現(xiàn)象發(fā)生。流域面積以及其參數(shù)，對水庫洪水值計算有著關鍵性的影響作用。而在進行河道降坡的復核時，要注意河道的長度以及控制面積，根據(jù)這兩者進行主河道的選擇，然后以主河道的等高線差距為基礎值進行加權(quán)平均計算。

1.2 庫容曲線

由于小型水庫多由村級管理人員進行管理，部分的管理人員為了引起水庫在上級部門中的重視，虛報水庫庫容，因此易造成設計過程中的庫容參數(shù)錯誤，因此，需要在進行水庫除險加固前，對水庫的實際庫容進行復核，保證其實際情況與參照值的吻合。同時在復核時必須做到水庫放空，以便與獲得真實的庫容曲線。

1.3 地勘資料

牛咀水庫工程是由主壩、輸水涵、溢洪道等組成。工程始建于1977年冬，經(jīng)三年施工，建至離壩頂高程7m左右停工。后于1986年復建，1988年春建成［1］。本樞紐工程的主要地質(zhì)條件特點為:壩肩邊坡的穩(wěn)定性較好，壩址場地復雜程度等級為三級，地基復雜程度等級為三級，位于建筑抗震一般地段。

2 水庫存在問題

一是壩體。根據(jù)地質(zhì)勘探資料顯示大壩右壩頭下游坡腳有滲水現(xiàn)象，壩頂防浪墻僅為0.6m高，不滿足規(guī)范要求，且已使用已久，部分地方有損毀，需重建防浪墻，滿足規(guī)范及出現(xiàn)加固達標要求;二是溢洪道。該水庫溢洪道總體滿足泄洪過流要求，但進水口段底部及側(cè)墻破損，須立即對溢洪道底板及側(cè)墻實施加固;三是輸水涵管。壩下輸水涵管為預制鋼筋砼結(jié)構(gòu)，部分涵管有老化現(xiàn)象，據(jù)現(xiàn)場檢查及分析，涵管漏水原因為:涵管使用時間太長，砼老化，導致滲漏，以及涵管進水口不能關閉密實，導致滲水，輸水涵需要更換壩后閥門，安裝流量計，并設閥門井(兼有流量計檢查井功能);四是觀測設施。水庫為供水水庫，觀測設施不完善，壩后只有新建量水堰，不能滿足水利工程安全達標建設要求。為隨時觀察水庫在日后運行中的工作狀態(tài)，該水庫還應當增加部分觀測設施［2］。如、水尺、自計水位計、雨量計等觀測設施等;五是管養(yǎng)樓。原管養(yǎng)樓使用年代已久，樓房周邊有不均勻沉降，導致樓身多處裂縫，具有安全隱患，需新建管養(yǎng)樓。

3 除險加固設計

3.1 總體思路

針對水庫上述各樞紐建筑物存在的問題，本次對牛咀水庫主壩進行加固設計內(nèi)容如下。

(1)針對大壩右壩頭下游坡腳有滲水現(xiàn)象，設計采用壩體充填灌漿的方式進行防滲處理。

(2)壩頂拆除原舊防浪墻，新建鋼筋砼防浪墻高1.0m。

(3)拆除原壩下輸水涵管重建。重建輸水涵同原輸水涵位置，涵身結(jié)構(gòu)采用鋼管外包鋼筋砼，鋼管內(nèi)徑800mm，外包砼厚300mm。重建輸水涵全長110m，進口采用鑄鐵斜置式推拉門蓋，出口用閘閥控制。重新修建啟閉機房及配備螺桿式啟閉機。

(4)在原有的涵洞內(nèi)部套上鋼管，并將兩部件中的間隙用混凝土回填，阻斷滲漏部位，使輸水涵得以加固。

(5)新建輸水隧洞，將原輸水焊管用混凝土回填，以達到截斷滲水焊管，防止新滲漏部位產(chǎn)生的效果。

3.2 主體工程加固

3.2.1 壩體護坡

在進行護坡的修建時，需要根據(jù)水庫所在區(qū)域的地形進行區(qū)別化的建設，若在丘陵地區(qū)，其上游護坡可利用混凝土或者是塊石作為護砌并將其與自然的生物護坡相結(jié)合，整體的護砌高度需達到興利水位的0.5m以上，與其結(jié)合的生物護坡則可種植上草類植物，這種方法能夠使整體的工程資金消耗降低25%。而在山區(qū)地形，則可以直接以大的風化石進行改建作為護砌使用。

3.2.2 壩體內(nèi)老鼠防治

由于小型水庫建立的地區(qū)多為農(nóng)田，山區(qū)等區(qū)域的周邊，因此易出現(xiàn)鼠患，而為了避免由于挖掘、啃食等造成壩體的滲透情況產(chǎn)生。需在建設過程中對壩體的周邊環(huán)境進行檢查，可利用藥殺、滅巢、在壩體內(nèi)部建設毒土墻等方法，進行鼠患的防治及處理［3］。而對已經(jīng)發(fā)生滲漏的位置，則采用藥物粘土灌漿、挖巢等方法，進行綜合治理。

3.2.3 溢洪道消能

(1)在進行溢洪道的加固過程中，需充分利用多種水力學公式，對溢洪道與護坡相接后，適宜選用的消力池長寬深、低流消能等數(shù)據(jù)進行計算。

(2)若在溢洪道的陡坡出口部位，其河床位置的巖石沙礫覆蓋度低，則使用挑流消能。而在小型水庫中若采用挑流消能，建議選擇整體式鼻坎以及混凝土結(jié)構(gòu)，并在高流速水流部位的鼻坎位置進行鋼筋網(wǎng)的鋪設。使用此種挑流消能的方式，能夠更好的符合下游的河床地形的變化，并保證其水深滿足下游需求。在條件允許的情況下，還可以加強下游的控制，將挑流消能轉(zhuǎn)變?yōu)槊媪飨?，更大程度的降低沖刷力度，使挑坎的穩(wěn)定性增加。

(3)由于山區(qū)水庫的地形復雜，其整體的流域更廣，流程更長，因此在護砌以及效能方面十分復雜，在一般情況下建議因地制宜的采取多級跌水消能。

3.2.4 輸水涵改造維護

在壩高大于15m，流量大的涵洞進行翻修時，使用現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)。這一方法，需要在施工的過程中配備充足的鋼筋，利用合理的分縫，將整體澆搗密實。在壩高小于15m。流量小的涵洞進行翻修時，使用預制鋼筋混凝土涵管。這一方法需要注意其接頭密實以及整體基礎的堅固，在兩管相接位置需用橡皮止水。這種方法能夠在修建好的當年就投入使用，因此，其進度快而且效益高。

3.2.5 壩內(nèi)埋涵加固

壩內(nèi)埋涵加固設計中存在的主要問題有對涵底的地質(zhì)條件不夠明確，涵身回填土沒有提出相應的要求，導致工程在投入使用后，埋涵管外側(cè)出現(xiàn)滲漏的問題，對大壩的安全構(gòu)成嚴重的威脅。因此設計人員必須對涵基承載力進行計算，明確涵底的地質(zhì)要求，在涵身設計過程中，結(jié)合涵管的長度設計1～2道刺墻，在管節(jié)間采取可靠的止水措施，避免內(nèi)水外滲的問題。施工過程中應用的回填土必須是防滲土料，在回填之前對涵壁涂刷泥漿，保證壩體和回填土之間可以可靠連接［4，5］。

3.3 防滲處理

在小型的水庫當中，最顯著的問題是壩體的滲漏問題，在多數(shù)情況下壩體的滲漏分為主體滲漏和地基滲漏。因此，進行壩體的防滲處理十分關鍵，其主要防滲措施可分為以下幾點。

3.3.1 混凝土防滲墻

這種防滲方式是通過在壩體的基礎或是主體部位，利用沖擊鉆或是抓斗，進行孔槽的設置，通過將混凝土注入孔槽形成混凝土墻體，達到防滲效果。運用這種方法需要注意的是，由于混凝土在受力后會產(chǎn)生變形，需保證其與土層變形方向一致，另外其彈模要不大于2000MPa，抗壓強度要不大于5MPa［6］。因此，雖然這種防滲方法效果好、防滲墻厚度均勻連貫，但混凝土的配比困難，質(zhì)量保障低，且施工速度較慢。

3.3.2 高壓旋噴灌漿

這種方法在小型水庫的除險加固工作中是最為常見的，通過鉆機造孔，將具噴頭的灌漿管移至相應的防滲土層位置，通過高壓作用，將20～30MPa的高壓射流噴射出來，通過大于土體強度的高壓射流，將土層剝落，部分土粒排除后，剩余部分與灌漿融合，重新在土體部分凝結(jié)，形成防滲墻。這種方法可灌性及可控性均很好，且連接穩(wěn)定。

3.3.3 上游鋪設土工膜

這種防滲方法，關鍵在于防滲材料。復合土工膜，是針刺土工織物與土工膜的結(jié)合體，既能夠做到平面排水又能夠做到防滲漏。是極其理想的防滲材料。雖然土工膜具有極強的適應能力，施工便利，防滲性能優(yōu)越，經(jīng)濟可靠，但是，在施工過程中，對其接頭位置控制較困難，一旦接頭部位損壞將造成滲漏，在施工過程中，水庫需處于放空狀態(tài)，材料還會受到使用年限的限制。因此，此方法大部分應用于均質(zhì)壩或者斜墻壩。

3.3.4 劈裂灌漿

在軟弱土層額水庫壩體防滲漏工作中，最常用的方法就是劈裂灌漿法。這種方法既能夠應用于砂層，又能運用于粘性土層，需要根據(jù)壩體中的應力情況分布加以區(qū)分，利用適合的灌漿壓力，將泥漿沿壩體軸線灌注，使?jié){壩互壓，最終形成連續(xù)的具10～50cm厚的泥墻，泥漿在灌注過程中會濕化壩體，使壩體更為密實。這種方法適用于壩體質(zhì)量差、具有多處明漏以及散浸情況的水庫除險加固。

4 結(jié)語

做好小型水庫的除險加固工作，可保證水庫及周邊市民生命財產(chǎn)安全，促進水資源的合理化利用。而做好除險加固工程的設計工作是十分關鍵的，在進行方案設計的過程中，需根據(jù)水庫現(xiàn)場及周邊實際情況進行多方案比選，選出最適宜該水庫的加固方案，同時前期勘察設計人員需認真進行實地測量和地質(zhì)勘探，確保參數(shù)值的精確收錄，做好相關數(shù)據(jù)信息與實際情況的復查工作，從而保證設計方案能夠符合實際需求，真正達到除險加固的目的。

［1］潘海軍.小型水庫除險加固設計易發(fā)問題分析處理［J］.小水電，2012(04).

［2］張紫燕.小型水庫除險加固設計芻議［J］.水利技術監(jiān)督，2009 (04).

［3］宋懋懋.土工合成材料在病險水庫土壩防滲工程中的應用與存在問題的探討［J］.甘肅科技，2012，25(22).

［4］陳文先.水土保持監(jiān)測點規(guī)劃與設計措施［J］.水利規(guī)劃與設計，2014(06).

［5］黎新欣，蘇斌.水利建設項目推行“代建制”模式的探討［J］.水利規(guī)劃與設計，2015(06).

［6］王同生.混凝土自生體積變形與無應力計［J］.水利規(guī)劃與設計，2009(05) .

TV697

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1672-2469(2016)08-0123-03

2015-11-27

鄒國勝(1982年—)，男，工程師。