病險水庫除險加固存在的問題及對策

石申權(quán)

黔南州水旱災(zāi)害防御服務(wù)中心 貴州 黔南 558000

引言

水是生命之源，而水庫作為蓄水保水的重要水利工程，為當(dāng)前飛速發(fā)展的經(jīng)濟提供了最基本但又最堅實的水源保障。由于水庫在經(jīng)濟社會領(lǐng)域的重要作用，我國在近年來越發(fā)重視病險水庫除險加固工作。2021年3月24日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于切實加強水庫除險加固和運行管護工作的通知》（國辦發(fā)〔2021〕8號），明確了“十四五”期間病險水庫除險加固工作的指導(dǎo)思想、總體要求以及目標(biāo)任務(wù)。為接下來開展病險水庫除險加固工作指明了方向，施工者應(yīng)按照文件精神，從思想上重視病險水庫除險加固工作，從行動上加快推進病險水庫除險加固工程建設(shè)，從問題著手調(diào)整工作方向及重點，根據(jù)病險水庫的實際情況，合理優(yōu)化除險加固措施，采用新理念、新技術(shù)，建立病險水庫除險加固的合理化工作機制和技術(shù)體系。

1 做好病險水庫除險加固工作的重要性

1.1 維護公共安全

水庫為民生項目，在水庫投入使用后不僅能蓄洪補水，還能調(diào)節(jié)徑流，實現(xiàn)防洪、灌溉、供水等目的。但水庫一旦出現(xiàn)了病險情況，必將影響其功能發(fā)揮，增大水庫的運行風(fēng)險，如水庫出現(xiàn)滲漏或者失穩(wěn)等問題時，將給下游人民群眾帶來生命威脅，可能造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失難以估量[1]。為此，病險水庫的除險加固是確保水庫安全運行，保障公共安全和人民群眾的生命財產(chǎn)安全的重要途徑。

1.2 保障穩(wěn)定高效運行

水庫一經(jīng)投入使用，如缺乏必要的維護與管理，必將導(dǎo)致水庫面臨諸多風(fēng)險，影響其運行狀態(tài)。但對病險水庫實施除險加固，可降低和消除水庫病害和險情，避免滲漏等對水庫的危害，保障水庫高效、穩(wěn)定運行，發(fā)揮其在流域內(nèi)的作用。

2 病險水庫除險加固中存在的問題

2.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)低

我國在水庫建設(shè)中有豐富的經(jīng)驗，但原先水庫建設(shè)過程中技術(shù)落后，再加上無法整合已有的水文、氣象數(shù)據(jù)，在水庫建設(shè)中的防洪標(biāo)準(zhǔn)很難符合實際標(biāo)準(zhǔn)。近年來我國在病險水庫中的除險加固投入增多，陸續(xù)出現(xiàn)了很多除險加固新技術(shù)，對提高病險水庫的安全性具有重要意義。結(jié)合病險水庫除險加固現(xiàn)狀，防洪標(biāo)準(zhǔn)較低為相對普遍性的問題，主要是因為前期的規(guī)劃設(shè)計中所計算的防洪標(biāo)準(zhǔn)不準(zhǔn)確、未綜合考慮自然因素所導(dǎo)致[2]。

2.2 壩體滲漏

病險水庫除險加固過程中也經(jīng)常面臨大壩滲漏問題，如出現(xiàn)這一問題，大壩壩體因水體滲透導(dǎo)致壩體含水率升高，降低土體之間的有效應(yīng)力，從而使土體抗剪能力弱化，導(dǎo)致壩體可能出現(xiàn)不同程度的沉降或滑坡，最終將導(dǎo)致大壩坍塌。根據(jù)施工經(jīng)驗，水庫大壩滲水問題的誘因較多：一是前期在設(shè)計大壩時未考慮水庫防滲，存在設(shè)計缺陷；二是施工階段未根據(jù)大壩施工要求選擇先進工藝及新型材料，施工工藝落后；三是運行期未定期對大壩開展安全鑒定，組織相關(guān)人員檢查與維修大壩，發(fā)現(xiàn)大壩的細小裂縫沒有及時處理，導(dǎo)致裂縫逐步擴展成大裂縫，引發(fā)嚴重滲水[3]。

2.3 泄水建筑物存在安全隱患

水庫建設(shè)中設(shè)有泄水建筑物，這類建筑物能在強降雨時及時泄掉多余洪水，保障水庫的安全運行，還能合理調(diào)節(jié)水庫水流量，發(fā)揮水庫在區(qū)域內(nèi)的功能作用。但一些病險水庫在長期運行中泄水建筑物的安全隱患繁多，在水庫運行過程中易出現(xiàn)隱患，如溢洪道底板因沖刷出現(xiàn)坑洼或因地形變化出現(xiàn)開裂、失穩(wěn)等情況。

2.4 大壩抗震安全性低

當(dāng)前的水庫建設(shè)中對大壩抗震性有嚴格要求，主要是為了保障地震來臨時大壩有足夠的抵抗能力，減小地震對大壩結(jié)構(gòu)的威脅。我州雖不處于地震帶上，但仍有福泉、貴定、龍里、羅甸等縣（市）部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)位于地震烈度為Ⅶ度區(qū)。許多病險水庫為早期修建，在當(dāng)時的條件下并不重視抗震性，因此，在除險加固中相關(guān)人員需尤其關(guān)注抗震性方面，應(yīng)綜合考慮地震荷載，優(yōu)化局部構(gòu)造，并合理采用高性能材料。

2.5 使用管理和維護方面問題

對于病險水庫，為達到除險加固的目的，相關(guān)人員在日常的工作中需根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)做好管理與維護工作，通過必要管護來及時發(fā)現(xiàn)水庫存在的結(jié)構(gòu)風(fēng)險或者其他問題，及時制定最佳的解決措施。現(xiàn)階段很多病險水庫對管理與維護的重視度不夠，未安排專業(yè)部門、專業(yè)人員負責(zé)此項工作，水庫在出現(xiàn)問題后無法及時發(fā)現(xiàn)和處理，經(jīng)常在問題較為嚴重的情況下才進行處理，此時小病已變成大病，已經(jīng)給水庫運行帶來了巨大的隱患。正是因為病險水庫使用管理及維護方面的問題，導(dǎo)致水庫難以發(fā)揮其作用，甚至影響了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。

3 病險水庫除險加固問題的解決對策

3.1 提高防洪能力

面對病險水庫除險加固中防洪標(biāo)準(zhǔn)過低的問題，有關(guān)人員需在原有基礎(chǔ)上提高水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)。具體來說，相關(guān)人員需進入水庫地區(qū)展開一系列調(diào)研，了解地質(zhì)水文等基本情況，并熟悉水庫運行過程中注意事項，制定優(yōu)化措施。一般來說，如要提高病險水庫的防洪能力，有關(guān)人員需在水庫壩頂上游側(cè)修建防浪墻，但在修建時需嚴格控制墻體高度，論證此防浪墻投入使用后存在的安全風(fēng)險；在大壩頂部位置應(yīng)引入帶帽加高的方式，提高壩頂高程。在計算大壩頂部高程時，應(yīng)綜合已有的參數(shù)，采用恰當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ǎ诤罄m(xù)通過加高壩坡的方式，保障壩體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性。在分析水庫泄流能力時，相關(guān)人員不僅需分析水庫的整體及局部結(jié)構(gòu)，還需要考慮壩體的承載力。

3.2 保障溢洪道安全

病險水庫常常存在溢洪道問題，如未及時處理這一方面的問題，將增大水庫風(fēng)險。為此，有關(guān)人員在除險加固期間需根據(jù)水庫溢洪道情況，采取一定的加固措施。首先，分析有溢洪道的過流能力，當(dāng)溢洪道的過流能力達不到防洪要求時，應(yīng)適當(dāng)擴寬溢洪道。其次，評估水庫運行期間溢洪道的使用情況，分析其防護功能是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，必要情況下應(yīng)通過現(xiàn)澆混凝土來修建溢洪道。再次，優(yōu)化溢洪道的整體布局，控制溢洪道的彎道數(shù)量，盡可能減少彎道。

3.3 做好防滲透加固處理

滲漏為病險水庫除險加固中的典型問題，這一問題對土石壩水庫的危害極大，必須做到早發(fā)現(xiàn)、早處理。由于水庫環(huán)境較為特殊，如發(fā)生滲漏問題未及時處理，水流會攜帶土體流出，導(dǎo)致滲漏通道逐漸擴大，滲漏量加劇甚至影響壩體穩(wěn)定。為此，任何病險水庫的除險加固中相關(guān)人員都必須從更為專業(yè)的角度進行防滲處理，依據(jù)滲漏位置及原因，采取更有針對性的防滲處理方式。結(jié)合水庫防滲經(jīng)驗，可通過上堵下排的方式實現(xiàn)防滲，增強水庫結(jié)構(gòu)的防滲性和穩(wěn)定性，并以減小水體浸泡對水庫結(jié)構(gòu)的危害。針對水庫的防滲，主要可選擇以下措施：①沿水庫壩軸線方向上鉆孔進行帷幕灌漿，在持續(xù)的灌漿填充作業(yè)下形成防滲墻增加大壩防滲能力，該方法主要適用于壩型為漿砌石或混凝土等材料的剛性壩。根據(jù)地質(zhì)條件，在灌漿前應(yīng)進行鉆孔清洗和壓水實驗，根據(jù)一定時間內(nèi)壓入的水量和施加壓力大小的關(guān)系，計算巖體相對透水性和了解裂隙發(fā)育程度。灌漿方式可結(jié)合地質(zhì)條件進行選擇，當(dāng)巖石條件較好時，可優(yōu)先考慮采取自下而上的灌漿方式，設(shè)單排孔，孔距可按2～3m進行設(shè)置，實際施工中應(yīng)根據(jù)先導(dǎo)孔壓水試驗情況作相應(yīng)調(diào)整，帷幕下限應(yīng)深入弱透水層，帷幕線向兩壩肩延伸，帷幕灌漿段長度宜采用5～6m，特殊情況下可適當(dāng)縮減或加長，但不得大于10m。灌漿材料一般可采用普通硅酸鹽水泥，若遇到特殊情況，可在水泥漿中摻加速凝劑、粉煤灰或細砂。②采用土工膜+截流墻灌漿方式對壩體進行防滲處理。沿壩體上游面與兩壩肩的基巖接觸部位及上游壩址處開挖齒槽，在齒槽內(nèi)澆筑混凝土，再沿截流墻中線布置垂直帷幕灌漿孔，延伸至壩頂再沿壩軸線向兩壩肩延伸，通過灌漿使壩體、壩基、壩肩形成連續(xù)阻水帷幕，上游壩面通過鋪設(shè)高防滲性能復(fù)合土工膜進行壩體防滲，土工膜嵌入周邊砼齒槽內(nèi)與灌漿帷幕相連，形成全方位的防滲體系，可以全面解決壩體、壩基及壩肩的滲漏問題。目前，我州大部分土石壩水庫除險加固均采用此方式進行防滲處理。隨著復(fù)合土工膜生產(chǎn)技術(shù)的越發(fā)成熟、生產(chǎn)成本的降低、施工技術(shù)成熟，使得復(fù)合土工膜在土壩壩體防滲中得到推廣和廣泛使用，并且效果顯著[4]。通過周邊混凝土截流墻，很好地解決壩體（軟）與壩基（硬）兩種不同滲漏體接觸部位的滲漏問題，再配合截流墻基礎(chǔ)帷幕灌漿，使壩基、壩體防滲體成為一個有機整體，從而使壩基滲漏、壩體滲漏、壩體與壩基接觸部位滲漏得到根治。③在水庫相應(yīng)的位置設(shè)置排水設(shè)施，保障高效排水，避免壩體積水不能及時排出，對水庫結(jié)構(gòu)的危害。

3.4 提升大壩抗震安全性能

任何水庫在結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工中都需考慮抗震性要求。黔南州雖然發(fā)生地震頻率不強，但位于地震烈度為Ⅶ度區(qū)內(nèi)的水庫也應(yīng)考慮抗震因素，如在水庫除險加固方面未考慮地震影響，將增大水庫的運行風(fēng)險。為此，病險水庫的除險加固中，相關(guān)人員需將抗震工作作為重點，著重分析地震對水庫結(jié)構(gòu)的危害，采取一系列優(yōu)化與改進措施。但抗震設(shè)計的前提條件是有關(guān)人員需進入現(xiàn)場展開地質(zhì)調(diào)研，獲取詳細的地質(zhì)資料，并查閱水庫所在地的地震記錄[5]。前期階段相關(guān)人員需以地震區(qū)劃圖、地震活動斷層探測作為依據(jù)，確定水庫的抗震設(shè)防要求與標(biāo)準(zhǔn)，在此條件下選定水庫、大壩的結(jié)構(gòu)形式，確定施工中所用材料的類型，在局部位置應(yīng)設(shè)置抗震加固構(gòu)造。日常的工作中應(yīng)由專人做好抗震性能鑒定、監(jiān)測，特別是病險水庫，抗震監(jiān)測應(yīng)作為重點，可在水庫結(jié)構(gòu)或者附近設(shè)置專業(yè)監(jiān)測儀器，由該儀器采集地震及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)水庫因地震災(zāi)害出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)風(fēng)險，應(yīng)立即安排專人分析結(jié)構(gòu)變形及損壞部位、嚴重程度，采取更有針對性的加固改進措施。

3.5 加強生態(tài)環(huán)境保護，關(guān)注水土保持

一些病險水庫未做好日常的管理與維護，引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題。在當(dāng)下的條件下為解決此類問題，應(yīng)由有關(guān)部門統(tǒng)籌建立環(huán)境管理機構(gòu)，該機構(gòu)需根據(jù)水庫運行情況及其周圍環(huán)境，制定科學(xué)且合理的環(huán)境監(jiān)測管理計劃，安排專人負責(zé)，實現(xiàn)水庫環(huán)境的全面監(jiān)測。為確保得到相對準(zhǔn)確的結(jié)果，每日定時進行監(jiān)測，確保及時發(fā)現(xiàn)生態(tài)破壞的問題，并及時處理。一旦監(jiān)測到這些指標(biāo)超出正常標(biāo)準(zhǔn)，立即發(fā)出預(yù)警，提醒相關(guān)人員注意處理。一些水庫還存在水土流失問題，在除險加固過程中需做好水土保持工作。為保障水土保持工作的有效性，相關(guān)人員需分析引發(fā)水土流失現(xiàn)象的原因，綜合應(yīng)用工程、生態(tài)手段。

4 結(jié)束語

病險水庫的除險加固是水利領(lǐng)域需關(guān)注的重點問題。結(jié)合當(dāng)下病險水庫的除險加固情況，相關(guān)技術(shù)越發(fā)成熟，不論是設(shè)計還是施工，都積累了豐富的經(jīng)驗，但每一病險水庫都有各自的特點，在除險加固方面依舊存在問題。未來有關(guān)人員還需繼續(xù)做好病險水庫除險加固方面的技術(shù)、管理等創(chuàng)新，以提高水庫的結(jié)構(gòu)性能和功能效益，為水利高質(zhì)量發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。