水库土坝坝体除险加固设计研究

郭旭林

【摘要】文章根据针对中小型的水库土石坝所存在的病害进行整治设计所积累的经验，对碾压式的土石坝在进行除险加固其设计过程中进行稳定计算、大坝渗漏的整治以及坝坡的加固设计所具有的经验体会进行总结。提出了可能遇到的问题并对其处理方法进行详细介绍。

【关键词】水库土坝；除险加固；整治设计

引言

我国全国的已建水库大部分都是在二十世纪五十年代至七十年代这一时期修建的，由于当时的历史以及工程技术等条件都较为落后，限制了很多水库高质量的修建，许多水库在修建过程中，缺乏最基本的地质资料以及必要的一些工程技术的条件等，在这种条件下仓促开工进行水库修剪，很难保证水库的施工质量，另外对于大部分的水库工程来说，其施工队伍多为民工，难以保证施工质量，导致了一些水库哦国内工程在其修建过程中就埋下了大量的安全隐患，同时，由于后期的运行时期较长，许多水库潜在的安全问题迸发出来，许多水库的病险问题较为突出，不仅不能良好的发挥工程效益，而且对下游人民也带来了生命财产安全的危险。因此，对病害水库进行除险加固是必要且具有重要意义的。文章根据水库土坝坝体除险加固工作所积累的经验，浅谈其设计研究过程。

一、坝坡抗滑稳定的计算

在进行病险水库整治设计之前，必须对坝坡的稳定进行计算，以便作为可靠的设计依据。

1.1 稳定复核

对于大坝所具有的稳定性，除了需要根据相关的安全鉴定报告其结论以及现场勘查和相关资料所得到的结果进行判断，另外还应当进行对稳定的计算。这样做首先是为了对安全鉴定的结论进行依次复核，另外是为了检验实验所得数据是否合理。由于天气、时间以及经费等因素都会对实验数据产生影响，导致取作样本的土样与实际的运行条件产生差异，或是土样量少，无法完全合理的反映出整体土体的状况，因此，就需要通过计算的方式来对试验的数据进行检验。在实际的计算过程中，计算了上游的坝坡其滑弧在现有不同工况下其抗滑稳定的安全系数，若数值都大于规范所规定的所允许的最小系数，则说明了大坝不存在滑坡安全隐患，标明实验值以及实际的土料不相符。最后，进行稳定符合，还是为了能够了解滑移面所具有的分布规律，为坝坡的整治设计方案提供可靠依据。对最危险滑弧的位置有了一定的了解，无论采用削坡减载的方式还是采用抛石压脚来增大抗滑性能的方式，都是具有针对性的，能够有效避免抛石太过靠前等的情况发生，也就起不到相应的压重作用，或是抛石过高、过于靠近坝轴线，都会增加滑动力，对于坝体的抗滑稳定带来消极影响。

1.2 整治完成后的坝坡的抗滑稳定的计算

这一工作的目的是为了有效验证坝坡在其整治之后所具有的稳定性，为相关部门的检查及验收提供可靠依据。

对于计算方法来说，主要是采用计算土条间的作用力等并利用计算机进行计算，按照相关规定的要求来进行可能存在的工况的选择。根据几年来对于土坝坝坡的稳定计算所累积的经验，在进行初步计算时，可以只针对坝坡的稳定最为不利的情况进行计算，对于上游的坝坡，在其稳定渗流过程，上游的水位若越高，就对坝坡的稳定性越有利，所以一般来说，只要保持库空或者死水位时，上游坝坡稳定，那么在其他水位时，上游坝坡也是稳定的；在水位降落时期，坝坡稳定与水位幅降成反比，与其持续时间成正比。因此，在计算中，可以根据水库在运行过程中可能存在的运行状况，选择最为危险的一种情况来进行计算。对于下游的坝坡，只需要计算其在稳定渗流时期其坝坡的稳定情况，一般来说，上游的水位越高，则下游的坝坡越不稳定，对于开敞式的溢洪道坝坡来说，其在设计以及校核洪水时，洪水历史较短，并未形成稳定的渗流时就降到了正常水位，因此，可以对上游正常水位情况时，下游坝坡所具有的稳定性先进行计算；对于有闸的溢洪道其大坝的计算，可以先对最高洪水时的情况进行计算。经过上述的计算过程，就能够科学判断上下游的坝坡所具有的稳定情况，将大量减少计算的工作量。对于规范所要求的其他工况，在最后阶段进行复核计算即可。

二、病害原因分析

在进行整治涉及之前，应当认真的对工况进行分析，首先应当弄清之前的地质、设计以及施工情况，同时，深入现场进行实地勘察，观察水库的周边情况，包括水土保持、植被的情况等，再从坝体的外观以及其运行状况、土工实验以及地质资料等方面着手，详细的对病害原因进行分析。主要可以从几个方面进行分析，首先，坝基以及坝肩的水文地质的情况；基础岩性以及裂隙的分布情况，吸水率等，工程修建过程中的相关处理措施等；其次，应当从大坝在修建时进行填筑施工情况进行分析，查看是否存在不利的填筑面；再次，检查防渗体能否符合相关规定及要求，是否存在排水棱体，若存在则检查是否失效等；最后，还应勘察白蚁的分布，坝体的断面尺寸能否满足规定及要求，是否存在坝体太过单薄以及部分坝坡过陡等问题。若原资料存在缺失情况，则应当进行补充的土工实验以及地质勘探，认真總结分析大坝的病害原因，之后针对病害的出现情况，制定科学合理的整治设计方案。

三、坝体除险加固设计

如果坝坡抗滑稳定不满足规范要求，就必须进行加固设计，下面介绍常见的处理方案。

3.1 上游削坡减载与抛石压脚相结合，下游培厚加固

在设计过程中，首先应当根据对坝坡稳定的计算结果进行适当抛石位置的选择，将阻滑力增大，并将应修改的的坝坡削为稳定的边坡。其中，抛石位置能否合理的选择是影响坝体除险加固设计过程的关键。靠坝轴线不能超出原坝体中最危险的滑弧其最低处所处的位置，否则会更大的增大滑动力，但在设计时也应当注意不要过于靠前，否则错过滑弧位置的出露点，就会导致抗滑作用大大降低。

3.2 上下游坝坡的培厚加固设计

对于有放空底洞的水库，在放干水后对灌溉等影响不大，且不会造成新的滑动的情况下，可将水库放空，对上下游坝坡进行培厚加固。这样可避免因上游削坡造成坝轴线下移而增加工程量，或者因削坡造成对原有防渗体的破坏，进行防渗体的整治而增加投资；对于原大坝下游不存在稳定问题的坝体整治，这种方案也更经济合理，同时它可以和上游坝面的防渗设计相结合；对于浅透水地基，在坝脚设防渗齿墙，若透水层较深，可采用帷幕灌浆，坝体上游面铺复合土工膜，并与周围的防渗帷幕形成封闭的防渗体系。

四、结束语

在进行水库土坝的坝体除险加固设计研究过程中，首先应当针对坝体所出现的问题分析其原因所在，分别从地质、施工情况、实地勘察等方面着手进行分析，总结出现稳定问题的影响因素，针对这些因素设计相应的解决方案。另外，应当进行坝坡抗滑稳定的计算，包括稳定性复核以及整治完成后的稳定计算，将计算数据作为设计的科学参考和指导。最后，可以通过上游削坡减载与抛石压脚相结合，下游培厚加固以及上下游坝坡的培厚加固设计这两种常见的方式对坝体进行加固，能够有效的增加坝体的稳定性。

参考文献：

[1]孙波.白山头水库除险加固设计及方案优化研究[D].山东大学，2012-12-02.

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