病害水庫分析及除險技術(shù)研究

□陳敏強（興鋒盈［福建］集團有限公司）

病害水庫分析及除險技術(shù)研究

□陳敏強（興鋒盈［福建］集團有限公司）

基于水庫病害的特殊性，為了滿足水庫除險的要求，需要合理應(yīng)用除險加固技術(shù)，并對技術(shù)類型進行有效的分析和優(yōu)化。針對水庫病害，結(jié)合三溪水庫實例，簡述防洪標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的要求不符、水庫大壩穩(wěn)定性與強度較差以及水庫大壩的滲漏情況較為嚴(yán)重等水庫病害特點及其產(chǎn)生原因，在此基礎(chǔ)上對幾種水庫除險加固技術(shù)進行深入分析，提出技術(shù)優(yōu)勢和適用范圍，旨在為類似工程提供合理參考和借鑒。

水庫病害；病害特點；除險加固；技術(shù)

0　引言

如今，中國水利水電事業(yè)蓬勃發(fā)展，現(xiàn)已建成的大小水庫數(shù)量劇增。然而，由于受到外界因素的影響或使用時間影響，導(dǎo)致近4成水庫出現(xiàn)了不同類型和程度的病險。實踐表明，病險的存在會使水庫效益難以充分發(fā)揮，且存在巨大的安全隱患，并對下游人們的生產(chǎn)生活造成很大威脅，是制約社會與經(jīng)濟發(fā)展的主要因素之一。由此可見，在充分了解水庫病害特征的基礎(chǔ)上，采取有效的除險加固技術(shù)對病害進行全面的預(yù)防和處理是十分必要的，是促進我國水利事業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施?，F(xiàn)結(jié)合三溪水庫除險加固工程實例，對水庫病害特點及對應(yīng)的除險加固技術(shù)進行深入的研究分析，具體內(nèi)容如下。

1　三溪水庫除險加固工程概況

三溪水庫位于長樂市江田鎮(zhèn)三溪村，所在河流為三溪河，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、供水等功能的重要中型水庫。水庫工程于 1958年 4月動工興建，1959年 10月竣工，1979-1981年完成保壩加固。水庫壩址以上流域面積40.00 km2，水庫總庫容1072萬m3。水庫樞紐由主壩、副壩、正常溢洪道、非常溢洪道、輸水涵洞、壩后電站等組成。水庫下游有效灌溉面積2.20萬hm2，壩后及渠道三個梯級電站裝機6臺1315 kW，年發(fā)電量250萬kW·h。水庫下游保護人口約5.50萬人，耕地4.70 萬hm2。因此，水庫的安全運行對下游廣大群眾的生命財產(chǎn)和經(jīng)濟建設(shè)至關(guān)重要。

2008年水庫大壩經(jīng)安全鑒定，評定為三類壩，主要存在主副壩防洪標(biāo)準(zhǔn)不滿足要求，主副壩壩體及壩基滲漏，副壩右岸繞壩滲漏，正常溢洪道閘墩頂高程不滿足規(guī)范要求、閘門和啟閉設(shè)施老化等工程問題。采取的除險加固措施主要是：主副壩滲漏采用低彈?；炷练罎B墻；主副壩防浪墻拆除重建；溢洪道啟閉房、閘墩拆除重建，更換弧形閘門及啟閉設(shè)備等。該除險加固工程于2009年完工后，未發(fā)現(xiàn)大壩存在明顯滲漏等現(xiàn)象，水庫運行情況良好。

2　水庫病害的特點

2.1防洪標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的要求不符

伴隨工程水文資料的不斷延長，水庫設(shè)計洪水量、洪峰以及洪水的發(fā)生均出現(xiàn)不同程度的變化；設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)自身相對較低，不能滿足現(xiàn)行規(guī)范所提出的要求；水庫中泄水建筑物由于過流斷面較小等原因?qū)е聦嶋H泄洪能力遠遠不夠；水庫中泄水建筑物安全性較差，無法正常進行泄洪工作等。

2.2水庫大壩穩(wěn)定性與強度較差

土石壩的坡度較陡，重力壩建設(shè)基層的抗滑性能相對較差；拱壩壩肩厚度不足，或存在一定厚度的軟弱層，導(dǎo)致壩肩穩(wěn)定性不能滿足要求；土石壩的壩體施工質(zhì)量不達標(biāo)，所選填料性能偏低；漿砌石壩的施工質(zhì)量不達標(biāo)，對大壩整體的穩(wěn)定性造成影響。

2.3水庫大壩的滲漏情況較為嚴(yán)重，危及大壩安全

土石壩的防滲性能較差，不能滿足相關(guān)規(guī)范的要求；土石壩的下游側(cè)沒有排水設(shè)施，或現(xiàn)存排水設(shè)施已經(jīng)失效；涵管外壁和壩體的連接部位存在一定程度的沖刷；壩基清基工作不夠徹底，基巖沒有使用有效防滲措施；漿砌石壩砌體的密實度不足，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生細小裂縫，引發(fā)滲漏。

3　水庫除險加固技術(shù)

3.1土石壩除險加固

3.1.1提升防洪標(biāo)準(zhǔn)

首先，可妥善設(shè)置防浪墻，在大壩上游設(shè)置混凝土防浪墻，墻高可根據(jù)水庫實際情況確定，通常保持在1.00～1.20 m范圍內(nèi)［1］；其次，可對壩體進行適當(dāng)加高，壩體加高的方法主要有三種，其一為下游培厚結(jié)合壩頂加高，這種方法不會受到蓄水的影響；其二為上游培厚結(jié)合壩頂加高，這種方法可在有效加高大壩的基礎(chǔ)上，提升壩坡的抗滑穩(wěn)定性；其三為戴帽加高，這種方法適用于具體加高高度較小，填筑施工質(zhì)量有所保證且壩坡穩(wěn)定存在充足裕度的大壩。

3.1.2防滲加固

按照方向可將土石壩防滲分為兩種類型，分別為垂直防滲以及水平防滲，在原則上采取“上堵下排”的策略，確保實際滲透坡降在容許范圍之內(nèi)，使土體滲透趨于穩(wěn)定。具體技術(shù)手段如下：

3.1.2.1防滲墻

使用鉆鑿、抓斗在地基上成孔，然后通過澆筑形成連續(xù)墻，進而起到防滲的作用。這種防滲方法的適用面很廣，對于施工條件的要求也較為寬松，防滲墻經(jīng)久耐用，防滲效果突出，在許多水庫均有所使用，并取得了很好的使用效果，具有推廣與應(yīng)用價值。

3.1.2.2高壓噴漿

該方法在松散、軟弱地基中較為適用，具有較好的可控性與適應(yīng)性，而且施工機械設(shè)備簡單，受場地等因素的干擾程度小。但在實際施工中應(yīng)注意，該方法會受到地層、工藝等方面的直接影響，所以在正式施工前必須進行現(xiàn)場試驗，得到準(zhǔn)確的技術(shù)參數(shù)。此外，對于施工隊伍的整體技術(shù)水平也有著較為嚴(yán)格的要求，在存在相對較多漂石的地層中應(yīng)盡量避免使用該方法。

3.1.2.3劈裂灌漿

在壩軸線上按照一定間隔布設(shè)豎向鉆孔，然后使用壓力灌漿的方法將壩體沿著軸線豎向劈開，同時向其中灌注泥漿，以此形成一個連續(xù)墻，起到防滲和加固的作用，如圖1所示。該方法具有直接明了、施工簡單、成本低廉等優(yōu)勢。但實際適用范圍較窄，壩高超過50 m的大壩不能使用該方法，而且還必須在低水位情況下作業(yè)，漿液灌注壓力難以有效控制，施工過程中壩體容易出現(xiàn)失穩(wěn)等情況，漿液固結(jié)需要很長的時間，因此施工隊伍必須具備足夠的經(jīng)驗，否則施工質(zhì)量將難以把控。

圖1　劈裂灌漿圖

3.1.3壩坡穩(wěn)定加固

削坡放緩。壩體部分壩坡的抗滑穩(wěn)定性未能滿足規(guī)范要求，并且壩頂?shù)膶挾茸銐驎r，可合理采取削坡放緩的方法進行穩(wěn)定加固；培坡放緩。對于壩坡坡度較大而產(chǎn)生的失穩(wěn)現(xiàn)象，可根據(jù)實際情況妥善選取培坡放緩的方法進行穩(wěn)定加固，使其抗滑穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求；合理加設(shè)防滲與排水設(shè)施；對筑壩材料進行置換；加密壩體。可選方法有：振動砂樁、擠密砂樁等。

3.2重力壩除險加固

3.2.1壩體加高

壩體加高過程中，具體加高方式的選取應(yīng)充分考慮應(yīng)力、穩(wěn)定性等方面的需求。就目前來看，針對重力壩的有效加高方法主要有：前、后幫式，外包式以及戴帽式等。按照新舊壩體的連接情況，還可將重力壩加高方式分為整體加高、半整體加高與分離加高。

3.2.2防滲加固

壩體防滲加固，可選方法有：修建防滲板、防滲帷幕或防滲涂層。壩基防滲加固。對于重力壩的壩基而言，可采取灌漿法進行防滲加固，其中漿液的類型可根據(jù)要求選取，可以是水泥、水泥結(jié)合黏土，也可以是化學(xué)材料。

3.3拱壩除險加固

3.3.1壩身防滲加固

混凝土拱壩的橫縫在遭受損壞以后會產(chǎn)生滲漏；漿砌石拱壩由于沒有設(shè)置有效的防滲層，加之處理不當(dāng)或施工質(zhì)量不達標(biāo)也會產(chǎn)生滲漏。對于防滲，可適時采取防滲面板及噴涂防滲層等有效方法。

3.3.2壩基、壩肩防滲加固

拱壩的壩基或壩肩在產(chǎn)生滲漏以后，會使揚壓力升高，對實際的地質(zhì)條件造成惡化，而且威脅到整體穩(wěn)定性，不利于水庫的正常運行。從壩基滲漏的角度講，可采取帷幕灌漿法進行處理，而壩肩地下水位偏高的情況下，可采取在壩肩增設(shè)排水設(shè)施等方法進行防滲加固。

4　結(jié)語

總而言之，水利工程關(guān)乎民生大計，但由于受到諸多因素的影響，水庫病害現(xiàn)象時有發(fā)生，危及下游居民安全，并對水庫運行效益造成不良影響。為此，必須在充分了解水庫病害特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合水庫實際情況，選取行之有效的除險加固技術(shù)進行處理，進而預(yù)防大型病害的發(fā)生，實現(xiàn)水庫運行經(jīng)濟、社會效益最大化的目標(biāo)。

［1］鈕新強.水庫病害特點及除險加固技術(shù)［J］.巖土工程學(xué)報，2010（01）：153-157.

［2］周永昌.水庫病害特點及除險加固技術(shù)分析［J］.科技與創(chuàng)新，2014（03）：63-64.

［3］程曉光，秦希全.水庫病害特點及除險加固技術(shù)［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（16）：134-135.

［4］張秋霞.常見水庫病害特點及除險加固技術(shù)分析［J］.河南水利與南水北調(diào)，2014（22）：9-10.

（責(zé)任編輯：韋詩佳）

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1673-8853（2016）07-0071-02

陳敏強（1973-），工程師，主要從事水利工程規(guī)劃、設(shè)計、施工與管理工作。

2016-04-12