水库除险加固工程设计若干问题的探讨

李有华

摘要： 近几年来，国家对除险加固工程的投资不断加大，许多存在安全隐患的水库都得到了修缮，除险加固工程的设计方案和施工工艺不断成熟。本文就土石坝除险加固工程防洪标准的确定、除险加固措施以及大坝监测系统的完善等问题进行探讨。

Abstract： In recent years， the state has continuously increased investment in risk removal and reinforcement projects and many reservoirs with potential safety hazards have been renovated. Design plans and construction techniques of risk removal and reinforcement projects have matured. In this paper， the determination of flood control standards for risk removal and reinforcement projects of earthwork rockfill dam， risk removal and reinforcement projects measures and the improvement of dam monitoring system are discussed.

关键词： 除险加固；调洪演算；工程措施；监测系统

Key words： risk removal and reinforcement；flood regulation calculation；engineering measures；monitoring system

中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）05-0063-02

0 引言

水利工程属于国家的基础建设设施，是国家的经济命脉，由于历史原因，许多水库均为上世纪六七十年代群众运动后产生的“三边工程”，之后历经几十年的发展，多数中小型水库陆续出现不同程度的漏水现象，漏水点多分布在坝基、坝肩和坝体上，水库放水洞和溢洪道常年失修，为了避免蓄水后漏水，水库基本上常年不蓄水，如果不对其进行加固使之照此发展下去，不久的将来必然会成为现代化农业发展道路上的“绊脚石”。最近几年，上级管理部门开始关注到这个问题，国家也逐步加大对水利工程的投资，一部分中小型水库得以修缮和加固。为使今后的除险加固工程的设计工作得到不断的完善，就设计中的一些常见问题作进一步分析。

1 水库的调洪演算

在中小型水库运行管理过程中，对水库进行调洪演算是重点内容。管理人员可通过求解水量平衡方程近似积分式和泄流能力曲线联立方程式来实现水库调洪。在具体操作中，不同地区的水文地质状况都存在差异，许多地区都是根据当地的水文实测数据逐步完成调洪演算，然后围绕当地的自然地理特征编制出暴雨、洪水曲线和经验公式。虽然水库的调洪验算的计算方法和公式很多，但对于很多除险加固工程的调洪验算都采用如下方法进行。

第一步：通过公式Htp=Kp·Ht对水库设计频率24h的暴雨雨量进行求解。其中，“Htp”表示“不同历时任一频率的暴雨量”；“Kp”表示“模比系数；“Ht”表示“多年平均最大t时段暴雨量”。

第二步：通过经验公式W=0.1R·F对洪水总量进行求解。其中，“W”代表“洪水总量（万m3）；“R”代表“洪水径流深（mm）；“F”代表“流域面积（km2）。

由水库的蓄水量～水位曲线图查得最大洪水总量对应的库水位，从而确定泄水建筑物高程。然后通过下列公式分别求解洪峰流量、洪水历时，绘制出洪水过程线。

最后，通过Д.И.高切林公式计算水库最大出流量：

式中：qm-经调节后水庫最大出库流量，m3/s；

V-水库溢洪道底板以上至设计最高水位的滞洪库容，万m3。

结合以上计算过程，通过放水洞和溢洪道基本上能实现对水库的有效调控，使水库顺利的度过汛期。

2 水库除险加固工程措施

2.1 坝面工程处理措施

对于土坝来说，坝面工程的处理首先是对坝体进行稳定复核，现在很多坝体在进行坝坡稳定复核时都不能满足坝体稳定要求，其原因就是坝体排水不畅，导致浸润线抬高；或者由于坝体碾压质量差，坝体的某部分形成渗漏通道使坝体发生渗透破坏而影响坝体的稳定等。总而言之，坝体的渗漏直接影响坝体的稳定，只要把渗漏问题解决，一般的坝体都可以满足稳定要求。

一些坝体如果由于设计的坡度过陡或者筑坝材料的物理力学指标达不到设计要求，就不是仅仅解决渗漏问题了，遇到这样的情况，一般处理的办法就是对坝体进行培厚处理或者在坝脚处增设压重平台。对坝体进行培厚处理一般是不可取的，因为对坝体培厚必须要对新老坝体的接触面进行处理，一般处理的方法都是刨毛、洒水、铺筑、碾压，但无论如何处理，接触面都是一个相对薄弱的滑动面，这对坝体的稳定是相当不利的；对于一些增培厚度不是太厚的地方，还必须考虑施工的可能性，这也是一个很大的制约因素。但增设压重平台以上的问题都可避免，所以在满足坝体稳定的前提下，一般都宜采用该方案。

2.2 开挖高边坡的处理

在工程的除险加固的中，由于溢洪道的扩建、隧洞的新建或施工道路的开挖等，经常会遇到高边坡处理问题。高边坡的地质结构十分复杂，其中包括许多引起滑坡的要素。在滑坡灾害防治过程中，水利工程技术人员总结了许多又实用价值的处理措施和经验，结合已有的知识再经过科技攻关，最终形成了一套比较完整的水电高边坡工程勘测、设计及施工技术经验。①抗滑桩是治理滑坡的有效工具。在治理滑坡的过程中必然会用到抗滑桩，如果滑动面倾角较缓，抗滑桩的应用效果会更好。②沉井是一种混凝土框架结构，在施工中通常是分段下沉，它在滑坡治理中相当于挡土墙，对滑坡治理比较实用。③混凝土框架护坡体系结构轻、用料省、施工操作简单便捷、适用面广且排水方便，能够为滑坡体表层的坡体提供支撑，能够防止地表水对坡体进行渗透，同时避免坡体风化，通过保护坡体的整体性来减缓坡体下滑趋势。框架护坡能够和其它措施结合使用。④滑坡治理过程中通常会用到混凝土挡墙。 它可以改变局部坡体的受力平衡，从而有效阻止滑坡体出现更严重的变形。⑤通过预应力锚索加固边坡的整治方法目前也比较常用。这种工法既不会破坏岩体，也不会对坡体造成较大的干扰，并且工艺方法简单灵活，能够确保坡体主动受力，同时能大大提高坡面岩体的抗压强度。⑥在岩性较好的部位可采用锚杆和喷混凝土保护坡面。在有条件的情况下，减载和压坡应是优先考虑的滑坡处理措施。endprint

高边坡处理的方法很多，采用什么样的处理方式，应根据工程的实际情况，合理选用，做到方案可行、投资节约、处理效果明显。

2.3 坝体、坝基防渗处理

目前大多数出现工程问题的水库大坝，其原因多半在于坝基、坝体和绕坝渗漏以及因渗漏引起坝体浸润线抬高进而导致坝坡失去稳定性的问题。在工程设计中，应该重点解决这个问题，打造一道科学合理的防渗体系，为大坝的稳定运行提供安全保障。

现阶段，针对大坝渗漏问题的整治原则是“上堵下排”。“上堵”包括垂直防渗和水平防渗。其中垂直防渗主要包括砼防渗墙、冲抓套井粘土心墙、帷幕灌浆、坝体灌浆、粘土铺盖、土工膜防渗、射水造孔砼墙、高压喷射砼墙、塑性砼防渗墙等工艺；水平防渗工艺主要包括水下抛土和粘土铺盖。“下排”则是通过修复排水棱体、在背水坡脚布置导渗沟、坝后压盖、减压井等措施来实现滑坡治理目标。

就笔者所在研究院所设计的一些土坝防渗工程而言，针对当前出现的工程问题，应该选择上游粘土斜墙、冲抓套井回填粘土心墙、复合土工膜面板、坝中塑性砼墙等防渗措施，然后通过帷幕灌浆法加固坝基，防止其渗水。基于工地的水文地质状况、施工要求以及工程施工的难易程度，结合工程预算目标，优先选择投资更小的冲抓套井回填粘土心墙加固方案，这种防渗体更适应变形。但从一些建成工程处理情况看，处理后并没有达到预期的防渗效果，并且安全性没有保障，没有与坝基帷幕灌浆部分顺利衔接。而坝中部位所采用的塑性砼墙防渗工艺不仅很好地规避了以上问题，而且防渗体对坝体变形的适应性更强，工程投资相差不超过3%。因此，对于土坝的防渗处理宜优先考虑塑性砼防渗墙方案。

3 大坝安全监测系统完善

大坝安全监测是评估设计和施工质量的参考依据，它对于确保工程安全运行而言至关重要。目前一部分水库大坝的监测设施只有人工观测的测压管，有的测压管存在淤塞问题，无法保证观测精度符合设计要求，并且后期整理难度大，进度慢；更多的水库大坝只有水位观测，并且过程中没有对降水情况、渗流情况进行有效的观测，所需的连续库水位及降雨观测数据不全，以致于不得不在综合分析环节直接去掉对滞后效应、降雨因子的干扰作用的分析，有的侧压管存在明显的滞后效应和降雨干扰作用，其拟合精度最终无法达到工程要求，因此所反映的工程运行情况并不客观。

一般设计中按水利部颁发的《土石坝安全监测技术规范》进行，主要是进行渗流观测，必备的观测设施装配齐全，以自动化实时监测为主，人工监测复核为辅。主要监测项目包括：坝体变形观测、坝体渗流压力监测、坝基渗流压力监测、绕坝渗流监测、库水位和下游水位监测、坝区雨量监测等项目。

4 结语

病险水库除险加固工程实施后，能够确保水库安全渡汛，正常蓄水，发挥其应有的防洪社会效益和经济效益，大大保证了水库下游广大人民群众的生命财产安全，对于发展农村水利和农业现代化具有积极的意义。

参考文献：

[1]清华大学.工程水文学[M].水利电力出版社.

[2]大坝基础防滲墙[M].北京中国电力出版社.

[3]庞洁.梧州市河东防洪堤安全复核及工程加固设计[J].企业科技与发展，2009（18）.endprint