水庫大壩除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)處理研究

鄭宇

摘 要： 如何保障水庫大壩穩(wěn)定性和防滲效果，是水庫工程建設(shè)中應(yīng)重視的主要問題。為了提升水庫大壩的建設(shè)效能，以宣城市郎溪縣某小型水庫除險(xiǎn)加固項(xiàng)目為主要研究對(duì)象，結(jié)合該工程中大壩部分的加固防滲設(shè)計(jì)情況，對(duì)加固防滲設(shè)計(jì)的要求和應(yīng)用的設(shè)計(jì)方法與思路進(jìn)行充分分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工程的建設(shè)提供借鑒的經(jīng)驗(yàn)和思路。

關(guān)鍵詞： 水庫大壩 除險(xiǎn)加固 防滲設(shè)計(jì) 水庫工程

中圖分類號(hào)： TV54文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）06-0056-03

Research on the Treatment of the Design of Reinforcement and Seepage Control for Reservoir Dams

ZHENG Yu

Langxi County Bureau of Water Resources， Xuancheng， Anhui Province， 242100 China

Abstract： How to ensure the stability and anti-seepage effect of reservoir dams is a main issue that should be paid attention to in the construction of reservoir projects. In order to improve the construction efficiency of reservoir dams， taking the reinforcement project of a small reservoir in Langxi County in Xuancheng City as a main research object， and combined with the reinforcement and anti-seepage design of the dam in this project， this article fully analyzes requirements for reinforcement and anti-seepage design and its design methods and ideas， hoping to pro‐vide referential experience and ideas for the construction of related projects.

Key Words： Reservoir dam； Reinforcement for risk elimination； Anti seepage design； Reservoir project

水庫工程是水利工程的基本類型之一，其通過調(diào)洪蓄水來保障區(qū)域范圍內(nèi)的水利條件，促進(jìn)地區(qū)農(nóng)業(yè)及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。對(duì)于水庫工程的建設(shè)，應(yīng)能夠以大壩的加固防滲設(shè)計(jì)為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，強(qiáng)調(diào)防滲性能以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對(duì)大壩治理和水庫整體功能作用的影響?；诖?，結(jié)合實(shí)例對(duì)水庫大壩除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)提升水庫大壩的建設(shè)水平具有積極的意義。

1 工程概況

本文案例水庫為?。?）型水庫。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂長(zhǎng)度140.0 m，壩頂高程74.70～75.00 m，最大壩高11.50 m，壩頂寬度5.00 m?，F(xiàn)狀迎水坡坡比為1∶3；背水坡坡比為1∶2.5，采用草皮護(hù)坡?；诖髩畏罎B設(shè)計(jì)的要求，對(duì)項(xiàng)目K0+000～K0+136段采用高壓擺噴防滲墻；同時(shí)以加固大壩溢洪道為主要目的，溢洪道上設(shè)交通橋。采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，橋板采用C30現(xiàn)澆鋼筋砼橋板，厚400 mm；底板采用鋼筋混凝土底板，厚400 mm。底板底高程72.20 m，設(shè)計(jì)基底承載力110 kPa。

2 水庫大壩除險(xiǎn)加固防滲的工作側(cè)重點(diǎn)

該水庫大壩存在以下幾個(gè)方面的問題：（1）壩頂混凝土道路面層存在縱橫向裂縫，其中壩頂縱向存在一處通長(zhǎng)裂縫；（2）背水坡有多處大面積散滲，左壩段出逸點(diǎn)偏高，背水坡坡面局部塌陷；（3）無安全監(jiān)測(cè)設(shè)施；（4）壩坡發(fā)現(xiàn)存在白蟻活動(dòng)跡象。

溢洪道位于大壩左側(cè)，為開敞式明渠結(jié)構(gòu)。溢洪道上游順?biāo)鞣较蛟O(shè)直立式漿砌石擋墻。溢洪道整體結(jié)構(gòu)基本完好，局部有破損，修補(bǔ)即可。溢洪道控制段交通橋不滿足防汛交通要求[1]。

在經(jīng)過滲流有限元計(jì)算復(fù)核后發(fā)現(xiàn)，滲透坡降不滿足要求，出逸點(diǎn)偏高且無貼坡反濾設(shè)施。且運(yùn)行過程中大壩背水坡壩腳排水溝以上坡面有散浸、滲水現(xiàn)象。而壩頂部分因近年曾實(shí)施灌漿工程，壓力控制不當(dāng)，已形成縱向裂縫；大壩迎水坡臨近溢洪道側(cè)護(hù)坡墊層被沖刷淘空，導(dǎo)致砼護(hù)坡局部塌陷。將該水庫大壩鑒定為病險(xiǎn)水庫，需要對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保達(dá)到水庫大壩的安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3 水庫大壩除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)的處理路徑

3.1 規(guī)范施工作業(yè)流程與行為

案例工程在水庫大壩的除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)中，主要?jiǎng)澐譃閴误w結(jié)構(gòu)除險(xiǎn)加固、大壩防滲加固、泄洪設(shè)施除險(xiǎn)加固三方面的內(nèi)容[3]。

在壩體結(jié)構(gòu)的除險(xiǎn)加固中，基于不改變?cè)泄こ滩季值那疤?，背水坡清基后種植草皮并設(shè)縱橫排水系統(tǒng)，同時(shí)采取蟻巢開挖、藥物誘殺、藥物毒殺等措施來實(shí)現(xiàn)對(duì)白蟻的綜合防治；在大壩的防滲加固方面，主要采取高壓擺噴防滲設(shè)計(jì)；在泄洪設(shè)施除險(xiǎn)加固方面，主要通過拆除重建溢洪道控制段和修復(fù)部分破損露筋處為主要內(nèi)容。

在施工組織設(shè)計(jì)中，以主體工程的施工內(nèi)容為例，應(yīng)能夠在明確水庫現(xiàn)場(chǎng)基本施工條件和情況的基礎(chǔ)上，針對(duì)主要涉及到的高壓擺噴防滲墻、混凝土工程以及瀝青道路鋪設(shè)等環(huán)節(jié)和內(nèi)容，加強(qiáng)相關(guān)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)與實(shí)際施工步驟流程的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

以高壓擺噴防滲墻的施工組織設(shè)計(jì)為例，在該部分的設(shè)計(jì)中，基于防滲墻搭接長(zhǎng)度不小于0.3 m的設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)調(diào)施工前應(yīng)在空曠地帶打試驗(yàn)樁，明確氣壓、氣量等參數(shù)的大小，進(jìn)而對(duì)噴灰量及攪拌速度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，同時(shí)通過調(diào)整樁距驗(yàn)證搭接長(zhǎng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)施工過程中遵循的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，控制漿液噴射壓力25～40 MPa、流量70～ 150 L/min，密度1.4～1.5 g/cm3，回漿密度≥1.3 g/cm3；氣體噴射壓力0.6～1.2 MPa、流量0.8～1.5 m3/min，氣嘴環(huán)狀間隙1.0～1.5 mm；土層中提升速度10～20 cm/min、擺噴擺速為提升速度值的0.8～1.0倍[4]。施工完成后應(yīng)能夠選擇具有代表性的地層，對(duì)其進(jìn)行高噴灌漿試驗(yàn)。而在防滲墻的施工方面，則強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)階段應(yīng)明確鉆孔允許偏差、施工作業(yè)順序以及噴漿壓力、用漿量、提升速度等施工參數(shù)的相關(guān)要求，做好記錄和質(zhì)量檢驗(yàn)工作，以此來保障除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)符合水庫大壩的實(shí)際要求。

3.2 大壩穩(wěn)定性計(jì)算分析

考慮各種外界客觀因素可能對(duì)工程質(zhì)量和穩(wěn)定性造成的影響，可以通過對(duì)大壩穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算，明確各項(xiàng)因素對(duì)大壩穩(wěn)定性影響的重要程度，進(jìn)而依據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)水庫大壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固優(yōu)化設(shè)計(jì)，并適當(dāng)采取能夠強(qiáng)化水土保持設(shè)計(jì)的措施和方案。

從水庫大壩的穩(wěn)定性出發(fā)，案例工程應(yīng)用BIM模型軟件，將大壩工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的勘察結(jié)果輸入到系統(tǒng)軟件中，直接依據(jù)系統(tǒng)程序和工具來對(duì)大壩穩(wěn)定性進(jìn)行分析。這一過程中，僅需要在系統(tǒng)軟件中輸入大壩設(shè)計(jì)建造的相關(guān)要求，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩穩(wěn)定性結(jié)果的對(duì)比分析。例如：依據(jù)土石壩的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，基于大壩土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)容，計(jì)算得到水庫大壩施工期、水位降落期以及穩(wěn)定滲流期的大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，將其與大壩土的物理力學(xué)相關(guān)指標(biāo)結(jié)合起來（見表1），對(duì)大壩斷面及滲流相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可以得到不同工況下大壩邊坡的抗滑穩(wěn)定性。

基于表1中的結(jié)果與斷面計(jì)算的結(jié)果，則可以得到表2中的數(shù)據(jù)。以水庫大壩迎水坡穩(wěn)定情況的計(jì)算為例，如圖1所示，綜合以上抗滑穩(wěn)定的計(jì)算結(jié)果，可以證實(shí)設(shè)計(jì)洪水水位降落至正常蓄水位工況下，大壩的穩(wěn)定系數(shù)符合相關(guān)工程的建設(shè)要求。

在明確以上除險(xiǎn)加固處理設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上，案例工程強(qiáng)調(diào)施工階段產(chǎn)生的廢水及雨水經(jīng)充分沉淀后盡可能回用；及時(shí)清理排水溝及沉沙池中沉淀的泥沙，集中堆放施工材料，注重現(xiàn)場(chǎng)管理和監(jiān)督，主體綠化工程盡量安排春秋季種植；工程竣工后需注重水土保持措施與后續(xù)綠化景觀的管理養(yǎng)護(hù)，確保水土保持功能正常發(fā)揮[5]。

3.3 完善大壩施工技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

從工程技術(shù)操作規(guī)范性的角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)能夠在遵循技術(shù)應(yīng)用基本流程的前提下，圍繞大壩設(shè)計(jì)建造的要求，完善用于大壩施工技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，以便能夠讓各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容真正落實(shí)。

具體而言，在水庫大壩的除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)明確施工技術(shù)應(yīng)用過程中涉及到的材料參數(shù)、施工參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范實(shí)施，并編制符合大壩工程現(xiàn)場(chǎng)情況的施工圖紙，在圖紙中明確相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)值。例如：案例水庫工程中的混凝土用量主要體現(xiàn)在溢洪道拆建中，主要采用商品混凝土，膠輪車配合1 m3自動(dòng)翻斗車運(yùn)至各施工工作面，采用2.2 kW插入式振搗器和平板式振搗器振搗。

在混凝土工程的施工中，基于除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)的目的和要求，應(yīng)能夠在技術(shù)應(yīng)用中體現(xiàn)以下幾個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)要求：

在基礎(chǔ)開挖后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基面找平和測(cè)量放線，加強(qiáng)抽水，嚴(yán)禁地基表層被水浸入，及時(shí)將砼墊層澆好。然后再進(jìn)行立模作業(yè)，按照扎筋、安裝止水、瀝青板和砼澆筑、養(yǎng)護(hù)拆模的順序進(jìn)行施工。在模板制作階段，要體現(xiàn)模板強(qiáng)度與剛度的制作標(biāo)準(zhǔn)和要求等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)模板拼縫連接的緊密型，模板表面涂刷脫模劑。在混凝土澆筑施工部分，設(shè)計(jì)要求混凝土振搗和攪拌作業(yè)過程中壓縮水壓力35～40 MPa，水流量70～80 L/min，提升速度10 cm/min，轉(zhuǎn)動(dòng)速度8～10 r/min，擺角不小于30°；在混凝土表面防腐處理部分，按《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（G/T 50046—2018）要求做好建筑物和設(shè)備的防腐[6]。其中，混凝土最大水灰比0.55，最小水泥用量300 kg/m3，控制裂縫寬度不超過0.20 mm。

3.4 建立健全工程信息化

采用信息化的系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)手段，通過水雨情測(cè)報(bào)、安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫大壩除險(xiǎn)加固防滲處理前后的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)的異常情況進(jìn)行及時(shí)預(yù)警。案例工程在大壩的除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)中，以工程現(xiàn)場(chǎng)的氣象、水文、地質(zhì)災(zāi)害等方面為重點(diǎn)，針對(duì)超過水庫汛限水位情況下的大壩、溢洪道、輸水涵管等關(guān)鍵部位進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)，對(duì)可能因超標(biāo)洪水導(dǎo)致滲漏、管涌的情況，能夠及時(shí)發(fā)出預(yù)警。

4 結(jié)語

綜上所述，做好水庫大壩的除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)，有利于保障水庫大壩的運(yùn)行安全和工程建設(shè)質(zhì)量。結(jié)合案例工程水庫大壩建設(shè)實(shí)際要求和現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)水庫大壩的除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)，應(yīng)從水庫大壩設(shè)計(jì)規(guī)劃的相關(guān)參數(shù)入手，在對(duì)相關(guān)防滲系數(shù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)境保護(hù)與工程管理的要求，充分發(fā)揮信息化技術(shù)和系統(tǒng)的作用，保障水庫大壩設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

參考文獻(xiàn)

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