水库大坝除险加固策略探究

2015-11-26陈长辉赤水市长沙镇水利站

河南水利与南水北调 2015年20期

□陈长辉（赤水市长沙镇水利站）

0 前言

伴随着时间的流逝，自然等客观原因的破坏，作为防洪蓄水的重要设施，水库大坝会呈现不同程度的渗漏、塌陷等问题。水利部门为了保障人民的生命财产安全，就必须对水库进行有效地除险加固。用科学的手段对水库加固方案进行合理的分析，是保证水库大坝蓄水防洪能力的关键。

1 水库大坝除险加固工程设计

1.1 溢洪道和放水洞加固设计

溢洪道为保证排洪效果，一般设置于土层较密实的地区，同时溢洪道轴线是直线形式，其堰顶高程设置要与正常蓄水位是相一致，同时要加强排水和防渗措施的维护。

本着创建节约型社会的原则，对于放水洞的加固方案也要走经济、安全、可靠的道路。砼矩形涵洞加固方案一般是先加固、补漏洞身，然后加固补漏水库大坝的隐患部位和薄弱部位。通过前期补抹防水材料，再在洞内铺设内城钢管，并使用砼对内衬管空隙和放水洞进行填筑。对于放水洞的重建可采用砼矩形涵方式，对于洞身的设计需要使用到物压明流的方式，有效地实现放水洞加固后的抗裂、强度、刚度和稳定性能达到标准。

1.2 排水、反滤和截流加固设计

在坝下末端的渗流位置安置反滤层或过渡层，并进行渗流溢出处理，再按照材料的特性及施工工艺对反滤层厚度进行研究。在渗流逸出部位安装排水管道时，可采用贴坡排水法，其顶部应该安置在浸润线的逸出点位置，同时在坡脚处安置集渗沟和排水沟。当使用草皮护坡方法时，必须要先行安装坝面的排水设施，综合运用坝身的多处排水、集水和截水技术，并在坝坡和岸坡的衔接处建造排水沟，以保证排水的流畅。

水库大坝的渗流量必须保持在稳定数值内，尤其是坝体位置的流量更需要处于正常规定范围内。加强防渗体与岸坡和坝基的链接，是保持抗渗性的有效方法之一。实现坝基的高效截流性能，可以在坝基截流的设计中使用高压旋喷砼墙、砼截渗墙板或者在上游坝脚处安置截水槽等方法。坝基截渗设计和坝体截渗设计不可单一分开进行，两者需要通过共同的配合，对方案进行择优选择。

1.3 坝坡与坝顶加固设计

水坝的宽度要与坝顶的高程数据相一致，依据坝基和坝体、坝型与坝高的物理学特性进行坝坡比设置。为更完善排水设施，在坝顶的路面上也应铺设排水设施；可采用草皮护坡的方式对水库下游坝坡进行加固；对于反滤层和上游坡的厚度也要依据实际的风浪和反滤要求进行设计；本着经济节约、安全可靠、施工方便和取材方便的原则，对大坝上游的护坡进行加固，干砌石、预制砼块等护坡技术都可以应用在加固上。水坝的抗滑稳定性和渗流能力都是加固大坝时必须要考虑的问题，以保证坝体的稳定性在国家要求的标准内。

2 实例分析

2.1 坝体除险加固整治设计

现有大坝宽2.70 m,坝顶高程399.50 m，坝高9.84 m。由于防洪能力没达到实际要求，可以采用降低溢洪道、加高坝体、扩宽溢流堰三个方案进行补救。通过实际考察分析，加高坝体的资金投入量较大，坝顶相比较窄，不好加固；降低溢洪道的方案开挖量较大，同时在一定程度上会降低水库的容量；而扩宽溢洪道的方案，可以在满足坝高的基础上，增大泄洪量，并降低水位。结合实际情况，比较发现，只有扩宽溢洪道的方法，是最经济快速的加固手段，适合对于水坝进行除险加固。

2.2 坝面整形

该方案设计的坝顶高程仍为399.50 m，最大坝高10.04 m,重建后的坝顶宽为3.50 m.清除上下游坝面的杂草为第一步，按设计坝坡进行挖填，重新挖填铺设后上游坝坡由下至上的宽度比分别是1：2.96、1:2.10；下游坝坡由下至上的比是1:1.50、1：2.50、1:2.30。坝面在进行挖掘后回填的材料必须是粘性土，其渗透系数应保持在l×10-4cm/s[1]以内，压实度控制在0.95，填筑坝体开挖台阶≥l m×l m，以保证新老坝体的接合质量。

2.3大坝上游护坡

对于大坝上游面可采用砂石垫层加预制混凝土块护坡，在护坡底高程393.5 m处设挡墙固脚，挡墙深0.90 m,宽0.60 m,在坝坡中段设置宽30 cm,上下口宽60 cm，高40 cm的防滑齿槽。同时在坝体的中部设置宽4 m,梯带宽0.15 m的下水梯方便居民取水。

大坝加固使用的混凝土预制块为正六边形，强度为C20，边长0.3 m，混凝土预制块中部预留+50 mm的孔，内填碎石。经实际计算，当护坡板厚度为0.06 m时，能达到加固要求。预制混凝土护坡板厚度计算公式:

2.4 大坝下游护坡

当下雨时，坝面会受到雨水的冲刷，这就需要在马道内侧和坝体与山体接触处设置排水沟，净尺寸为：底×高=0.30×0.30m，侧墙砌砖，底板为0.1 m厚的C20混凝土护底。

2.5 排水体

综合考量大坝下游地形和干砌条石固脚体的情况，建设棱体排水体。排水棱体外侧采用干砌条石，在原有条石的基础上继续砌筑，条石新建高度1.9 m，面积为0.80×0.25 m（宽×高）。排水体的内侧可以用石块进行填补，内侧坝面与厚度为0.30 m的砂石反滤层接触。整治新建后的排水体为1.20×6.30×2.84 m(顶宽×底宽×高），顶高程392.5 m,底高程为389.66 m.

2.6 坝顶构造

坝顶在重建整治后的宽度为3.50 m，采用20混凝土进行封闭。碎石垫层厚0.10 m，块石垫层厚0.20 m，C20混凝土厚度为0.20 m,坝顶高程为399.50 m，同时还需要在坝顶上游侧设置安全护栏，以保证来往行人的安全。

3 大坝整治后渗流分析

3.1 计算方法

对于渗流的分析计算，要按照加固后大坝最大的横断流面图，假设下游无水，并有排水棱体的条件下，采用北京理正渗流分析软件进行专业计算。

3.2 计算工况

（1）正常水位下大坝所产生的稳定渗流情况；

（2）当洪水来临时大坝所能形成的稳定渗流情况；

（3）校核洪水位时形成的稳定渗流情况；

（4）坝高水位时形成的稳定渗流情况库；

（5）水位在校核洪水位锐减至死水位时形成的非稳定渗流情况。

3.3 渗透系数

当未对坝体进行防渗处理时，就需要在整治后对稳定渗流进行试验。坝体土渗透系数K=3.98×10-5cm/s

3.4 渗流计算结果（见表1）

（1）当大坝处于正常的高水位时，其形成的稳定渗流(见图1)。

表1 渗流计算结果表

图1 正常水位图

下游出逸点高度：h=0.54m，单位宽度渗流量：q=0.02mVd·m

（2）设计洪水位时稳定渗流（见图2）。

图2 设计水位图

游出逸点高度：h=1.08 m，单位宽度渗流量：q为0.05 m3/d·m

（3）水库水位位于1/3坝高时稳定渗流（见图3）。

图3 1/3坝高水位图

下游出逸点高度：h=0.12 m，单位宽度渗流量：q=0.01 m3/d·m

水库大坝是粘土坝，需要对土的渗透进行变形判别。土体的孔隙率为41.70%，土粒比重为2.71，由颗粒级配曲线图可以看出，当某个粒径级颗粒含量＜30%的平缓段的最小粒径作为土的粗细粒区分粒径，即df=0.01 m，对应的细粒含量Pc=30.50%＞1/4(1-n)x100=10.30%[2]，从而确定该土体的破坏类型为流土。土体的临界水力比降为0.99。

该水库大坝为均质粘土坝，安全系数取1.5，则容许渗透坡降为0.67。经过周密的计算，可得知，大坝经加固后，不会出现流土现象，该工程整治后的渗流状态为安全可靠的。