水利水电工程中的大坝加固设计技术分析

毕云波

（新疆塔城水文勘测局，新疆 塔城 833200）

0 引言

进入新时代，随着我国生产力水平的逐步提高，水利水电工程也进入一个全面发展期，水利工程涉及的领域日益增多，政府对水利工程的建设投资力度也大幅度增加，新建一批惠民利民的水利工程。在整个水利水电工程中，水库大坝扮演着至关重要的作用，其自身不但具有防洪、抗旱、蓄水、航运、供电等作用，还担当着灌溉农田、水资源调用、调节生态系统环境等重要生态功能。然而，据最新数据显示，我国水库大坝陆续出现了堤坝结构设计不合理、坝身裂缝、坝体渗漏、破损等现象，严重威胁着人民生命财产安全。基于此，大坝除险加固的重要性不言而喻，有效地采取相关针对性措施，不仅能够对水库自身防洪蓄水体系起到优化作用，而且能够有效保障人民生命财产安全。现有研究者有关水利水电工程中的大坝加固设计技术分析主要集中于关于某一水库大坝加固设计技术，如梁桂萍以夏店水库为研究对象，着重分析了夏店水库大坝的坝坡、坝顶加固设计方案，探讨了其渗流及渗透稳定性等[1]。周伟等对遵义县水洞水库大坝除险加固设计方案进行了分析，提出两种不同的水库大坝设计方案，为水库大坝建设献言献策[2]。王振田等探讨了象山水库大坝存在的主要问题，并针对性地提出看象山水库大坝加固措施[3]。本文以我国水利工程中大坝应用情况及存在问题为基础，简要概述了大坝存在的主要问题，并针对性地总结了大坝除险加固技术，为相关水利工程建设提高有效定性依据，以期优化水库大坝蓄水防洪能力和涵养水源调节生态的作用。

1 我国水利工程中大坝的应用现状

我国幅员辽阔，大部分地区处于温带季风区，年内降水和年际降水分布不均匀，历史上曾多次出现旱涝灾害，给人民生产生活造成巨大灾难。也是因为此，我国的水利事业发展具有悠久的历史[4]。1949年以来，我国水利事业发展迅速，水库规模、质量及技术等均发生很大改进。随着新一轮科技革命的兴起，各类科学技术水平不断进步，现代城市的发展与人口的大规模迁移使得人们对水利设施与工程有了更高的要求，既要确保水利工程具有良好的防洪蓄水功能，又要有效减少其发生渗漏和裂缝等的概率。然而，我国部分水利工程建设年代久远，早期的水库大坝由于时间的原因性能严重下滑，坝体本身出现渗漏、塌陷的概率大大增加，尤其是截止目前仍然继续使用的水利大坝，虽然进行一定的翻修，但仍然存在严重的安全隐患，威胁着人民的生命财产安全。与此同时，部分地区修建大坝时间过早，施工技术相对落后，所用材料也相对单一，导致一些水库大坝在运行一定时间后稳定性降低，对整个水利工程的使用造成严重的危害，大大减少其使用寿命；一些水利工程本身设计方案不合理，历史时期的相关预算和现代的实际情况相差较大，当地政府又缺乏合理有效的解决办法，导致大坝裂缝、坍塌时有发生，有些竟成为历史遗留问题。除此之外，随着现代城市化的快速推进，经济快速发展的同时忽视了生态环境保护，造成了相当程度的生态环境污染，污染严重的地区生态系统严重失衡，水土流失严重，致使水患风险程度升级，成为阻碍国民生产生活的重大隐患。进入新时代，我国水利水电事业挑战与机遇共存：一方面，我国水利事业将迈上新台阶，国家加大水利水电工程资金投入，新建大量惠民利民的水利水电工程，各类新型高端技术将应用到水利水电工程当中去，这在一定程度上提升了水利工程的质量和效能，优化了水利工程的性能；另一方面，世界气候环境变化加剧，传统水患日益加剧，降水量变化无常，对现有的水库大坝提出更高的要求，更大的挑战。因此，我们必须深刻认识到水库大坝加固的重要性和迫切性，同时还要采取针对性的应对措施，降低水库大坝的风险隐患，保证大坝的稳定性和国民的生命财产安全。

2 水利大坝中易出现的问题

当前我国的水利大坝由于长时间水流侵蚀，使用时间过长、设计不合理等原因，部门地区的大坝出现不同程度的破损，严重威胁着整个水利水电工程体系。

2.1 大坝渗漏

蓄水防洪是水库大坝的主要功能，然而在水库大坝实际的使用过程中发现，由于在特定时间所设计的水库大坝，对库区实际洪水量的统计计算出现纰漏，防洪能力达不到标准，往往难以抵御几百年一遇的大洪水，不能够满足水库当初设计理念，难以满足当前水库大坝的预防使用标准。此外一些地区的水库由于在水利工程建设阶段施工技术有限，施工作业不到位和对水坝本身的防渗设计不合理，加之水库的使用时间过长，存在很多渗水、漏水的地方，严重影响了水库的实际蓄水防洪能力，其产生的安全问题往往给当地人民的生产生活带来严重影响。

2.2 大坝主体

据水利部门测算，水利工程中存在的主要问题是大坝主体问题，其中包括大坝的结构设计与现行标准不符，在实际勘察中发现部分大坝主体坡度设计不合理，设计时不能充分考虑坝体的透水性，当年降水量较大时，坝体所承受的压力过大，致使水流对主体影响过大，年复一年的变化，导致大坝主体受到严重的威胁。在大坝修建过程中，由于科技水平受限，往往采用人工作业的方式，导致填土质量难以保证，垂直密度与预期标准相差较大，并且碾压工作也不到位，致使中间出现软弱层，在长时间的雨水影响下，个别坝体位置受损严重，坝体根基稳固性难以保障，更有甚者，在地面下沉等原因下，坝体出现开裂，部分地区出现塌方等，严重威胁当地人民的生命财产安全。除此之外，部分大坝护坡石的重度和厚度未严格按照标准修建、大坝主体的高度设计不合理、修建质量远远达不到预设要求等均是大坝主体产生安全隐患的主要原因。

2.3 引水涵和溢洪道存在问题

引水涵和溢洪道也是两个经常出现问题的部位。前者多数是由于引水涵的自身施工材料不符合现行的施工标准，在使用过程中没有对引水涵进行定期检查，从而导致引水涵出现渗水漏水现象，日积月累使得漏水部分不断增加，从而很大程度上威胁到大坝主体的安全。后者除自身施工材料不符合现行标准外，最主要的问题就是溢洪道的设计出现问题，往往泄洪能力达不到相关的标准，导致溢洪道不能在关键时刻发挥其应有的功能，出现威胁人民生产生活安全的事件。

3 水库大坝除险加固工程设计

3.1 坝顶、坝坡加固设计

一般来说，水库大坝除险加固中，对坝顶坝坡进行合理科学设计是首要环节。在水库实际应用中，坝顶需承担一部分的排水任务，所以必须保证其排水效果，因此，在设计阶段，坝顶路面设计的合理性和有效性必须得以保障。在对路面进行具体设计和施工时，要使得坝顶路面具有一定的倾斜度，一般来说，向下游方向倾斜2%左右较为合理[5]，这样设计的原因是让坝坡的横向排水沟和排水口相连，可在下游位置铺上路缘石，这样可以有效增加坝顶的排水功能。除了坝顶路面的设计，设计者也应注意坝顶高程的具体设计方案，要对坝顶高程进行相关精确合理的计算，保证坝顶高度和宽度达到相应的安全标准。一般来讲，水库的大坝边坡比是依据坝高、坝型、坝基与坝体等水坝的基本情况和物理学原理进行精确计算得来的，坝坡渗流和抗滑稳定性是根据坝体承受的重力作用或压力来计算的，只有这些水坝的基本物理参数得到有效可靠的保证，大坝才能充分发挥其排水功能，从而为大坝的整体除险加固确定基础。

3.2 放水洞和溢洪道加固设计

越来越多的水库由于多种因素综合作用的结果，都存在着不同程度的安全问题，均需要进行除险加固，其中放水洞和溢洪道在除险加固中往往占据着重要地位。所以，结合水库大坝工程的实际情况，坚持按照安全、节约、合理、可靠的原则进行放水洞的除险加固。除险加固技术设计过程中，主要针对一些隐患部位进行加固修补，混凝土矩形涵洞除险加固可以对洞身进行全面的补漏和加固，补抹环氧砂浆、高强砂浆、各种防水涂料等实质性意义的和作用的材料。这样不仅能够对涵洞缝隙缺陷进行有效修补，而且能够对放水洞本身增加加固效果。此外，为保证泄洪的通畅，确保大坝整体安全，对溢洪道也必须结合大坝整体情况进行除险加固，泄槽段、控制端、尾水渠段等的设计施工必须严格按照相关标准，以保证大坝的稳定性能，确保大坝能发挥其应有的效果。

3.3 截渗、反滤与排水加固的设计

大坝的稳定性主要取决于对水流的控制，在大坝除险加固中，水流量的控制程度必须引起高度重视。在实际过程中，我们必须注重对实地的考察，对坝体、坝基的地质情况进行科学考察，根据实验分析与精确测算，明确大坝所能承载的实际水量以及大坝的抗腐能力，根据现实情况合理控制水流，以达到安全标准。在抗渗问题中，要通过相关实验分析测算，选择安全可靠的抗渗材料，一般来说，应用高压旋喷混凝土墙，安置截水槽、混凝土截渗墙板的设计等均可以有效截断坝基渗漏现象。坝体的反滤和排水加固可以在坝下埋管末端的渗流部位设置过渡层或反滤层以处理渗流出逸。此外，在渗流出逸部分加入排水管，利用贴坡排水法等也可以很好的起到加固作用。

4 结语

新时期水利水电事业将蓬勃发展，在水库大坝的日常应用中，为保障库区人民生产生活安全，发挥水库大坝的重大作用，对水库大坝进行相关的除险加固措施，保证其在运行过程中的稳定性和安全性是十分必要的。大坝除险加固工作不仅将带动我国水利事业的发展，也将为推动社会经济建设做出重要贡献。除险加固的设计施工等科学合理进行，选好相关建筑材料，也将为排除水患及保障水利工程的整体发展提供保障。