水利水电工程中的大坝加固设计技术分析

朱杰飞

广州市白云区人和拦河坝管理所 广东 广州 510000

在对水利水电工程项目的大坝结构进行设计时，需要对当地地质状况与地形条件等因素进行综合分析，确保其与当地实际情况相符合。通过合理优化与完善大坝结构设计，可以进一步保证大坝施工的安全性，并使施工工期得到缩短，有效降低施工成本。因此，相关施工企业需要对水利水电工程大坝结构设计特点进行掌握，合理采取施工方式，并监测大坝结构的运行情况，使大坝运行的安全性和稳定性得到有效提高。

1 水利大坝工程的基础处理特点

1.1 容易受到多方面因素影响

由于水利水电工程的大坝施工环境十分特殊和复杂，因此在具体施工中会受到许多因素所带来的影响，无法有效控制各项参数。对此，相关施工企业需要在实际施工中严格把关各项工作内容，并科学处理与设计基础工程，使大坝的安全系数得到提高。一旦无法保证基础工程的设计与处理合理性，则会使水利水电工程运行风险有所增大，无法有效防御自然灾害，进而引发相关安全事故[1]。

1.2 需要做好前期的勘察工作

在水利大坝工程的实际投入使用过程当中，往往会受到环境因素所带来的影响，无法保障基础结构质量，同时还会影响到上部结构指标。为了有效控制此现象，需要对工程的基础施工质量进行保证。在具体施工中，需要有效勘查施工区域地质情况，并对水文以及地质等条件进行掌握，有效开展相关试验，在确认无问题后方可落实后续施工作业。

1.3 质量评估存在一定的困难

在水利水电工程当中，大坝工程是一项隐蔽工程，在施工结束后质量验收工作的难度相对较大。因此需要通过检验工程运行效果，对工程的建设质量达标情况进行了解。但在工程运行期间出现质量问题，无法有效开展返修工作，不仅会造成资源浪费，而且还会严重影响大坝建设质量。对此，相关施工企业需要在施工中有效控制各项环节的施工质量，保证科学合理的开展各项工作，从而使基础工程的施工质量得到保证[2]。

2 水利水电工程大坝的现状

我国地域面积辽阔，大部分地区都处于季风区，有着降水分布不均匀的特点。我国的旱涝灾害发生频率较高，对我国社会经济发展、人民的日常生活造成了非常多不便。我国的水利工程有着较长时间的应用历史，随着近年来我国水利水电工程技术的发展，我国的水利水电工程的数量与规模相较以往有了大幅度的增加与扩大，人们对于水利水电工程的要求也变得越来越高。随着我国水利水电工程使用年限的增加，有一部分大坝出现了性能下滑问题，大坝出现了渗漏、塌陷等问题。必须对正在投入使用的大坝进行进一步的返修，对大坝存在的安全隐患加以控制。还有一部分大坝因为修建的时间比较早，采用的施工材料和施工技术都比较单一和落后，在长期使用的过程中，稳定性变得越来越低。对于水利水电工程的正常运作有着较大的影响。除此之外，有部分水利水电工程在设计的时候就存在着方案不合理问题，在长期使用的过程中也得不到重视，裂缝、坍塌现象时有发生。随着近年来我国城市化进程的加快，人们越来越重视生态环境的保护。水利水电工程作为保护生态环境、调节生态平衡、避免水土流失的重要措施，发挥着重要的作用。如果大坝在使用过程存在风险，将对我国社会经济的发展、居民的日常生活产生消极影响，严重者甚至会威胁到我国居民的生命安全与财产安全。在新时期，我国的水利水电工程面临全新的挑战与机遇，国家对于水利水电工程的资金投入也在不断增加，原来越多新技术、新工程的应用与建设，推进了我国水利水电工程的发展。我国的水利水电工程现阶段虽然已经处于世界前茅水平，但是仍需要重视大坝加固技术，针对现阶段水利水电工程大坝中存在的问题采取相应的加固措施，确保我国居民的生命安全与财产安全。

3 水利水电工程中大坝容易出现的问题

3.1 大坝渗漏

对于水库大坝而言，蓄水防洪是其具有的一项重要功能，但在实际应用水库大坝时可以发现，由于一些水库大坝是在特定时间设计，在统计和计算库区洪水量时存在纰漏，大坝具有的防洪能力无法满足实际情况，因此与大坝预防使用标准不符。与此同时，部分地区的水库由于在工程施工阶段存在技术限制，因此在水坝防渗设计方面不够合理，相关施工作业开展也不够到位，出现了漏水、渗水等问题，对水库的蓄水防洪能力产生了严重影响，也威胁到了当地居民的正常生产和生活。

3.2 大坝主体

根据水利部门测算可以知道，大坝主体问题是水利工程当中的一类常见问题，具体包括以下几个方面。首先，大坝结构设计不符合现行标准。通过实际勘察可以发现，一些大坝主体的坡度设计不够合理，未对坝体的透水性进行充分考虑，一旦年降水量较大，将会超过坝体承受的压力极限，进而严重影响大坝主体。其次，在修建大坝时由于受到科技水平方面的限制，因此主要采用人工作业形式，无法有效保证填土质量，大坝的垂直密度不符合预期标准，碾压工作也不够到位，导致大坝主体中间有软弱层存在。在此情况下，大坝长期受到雨水影响，严重损害了坝体的个别位置，无法有效保证坝体根基的稳固性。当情况严重时，会由于地面下沉等原因而导致坝体开裂和塌方，进而对当地居民的生命财产安全造成严重威胁[3]。

3.3 引水涵与溢洪道

对于大坝而言，引水涵与溢洪道也是问题高发部位。其中，引发引水涵问题的主要原因有两个，一是引水涵的施工材料与现行施工标准存在差异，引水涵的施工材料强度已经无法满足现阶段水利水电工程发展的需求；二是大坝工作人员在日常工作中没有定期对引水涵进行检查，导致引水涵在实际使用的过程中出现了渗水与漏水的现象。如果引水涵出现问题不加以重视并予以处理，那么漏水部分便会不断累积，大坝主体的安全受到影响。而引发溢洪道问题的主要原因则更多地是设计方面的问题，如果溢洪道的设计不够合理，那么大坝的泄洪能力就无法满足相关规范标准的要求，导致在关键时期溢洪道难以发挥其作用，对我国人民的生命安全与财产安全产生严重的影响。

3.4 坝体结构与标准数据差异较大

坝体结构是确保水利水电工程大坝稳定运行的重要因素，而在水利水电工程大坝长期使用的过程中，很多大坝的坝体结构数据已经脱离了标准数据。例如承重墙体、壳体部分的夯实度低等，都是坝体结构常见的问题。以往修建大坝时，会使用机械钻孔、人工作业等方式进行施工，这就导致了施工的过程中与图纸标准会存在一定的差异，在长期使用的过程中，坝体的水平密度与强度都会出现问题。尤其是大坝墙体的坝土分布，如果坝土分布不均的话，就会导致坝体受损，引发塌方。

3.5 大坝基础位置位移

在大坝坝体基础位置的加固上，施工部门通常会使用方石进行加固。但是在大坝长期投入使用的过程中，水流会对方石进行侵袭与腐蚀，这就导致了方石出现了水平位移现象，加固作用被大幅削弱。在大坝加固的过程中，如果有沙土残留，也会引发坝体透水现象，进而影响到大坝的整体质量。位移问题是影响大坝稳定性的主要问题，在水土压力作用下，如果大坝在建设过程中基础加固设计存在问题，则发生位移的可能性较大，直接影响大坝整体的安全。因此，对大坝基础进行加固设计是预防坝体位移、提升大坝稳定性的关键，在实际设计中，需充分考虑影响大坝位移的各类因素，对大坝各部位进行加固设计，实现大坝整体稳定性的提升。

4 水利水电工程大坝加固设计技术应用

进行水利水电工程大坝加固设计，目的是提升大坝整体施工质量，保证大坝在实际使用中稳固，减少渗漏、位移等不良事件的发生。水利水电工程中，大坝作为重要建筑，在涵养、调节水源等方面发挥着重要作用。雨季，水库、大坝具有排水、泄洪的作用，对净流量能够随季节进行调整，雨季蓄水、旱季泄水，保证了下游工农业的用水需求。大坝建设具有周期长的特点，诸多施工环节都对大坝整体建设质量有影响，所以通过大坝加固设计，对大坝可能出现的病害进行预防，是保证大坝整体建设质量提升的关键。在加固设计中，需从大坝施工中不同部位、不同结构方面进行加固设计，具体如下：

4.1 坝顶、坝坡加固设计

通常来说，在水库大坝的加固设计过程当中，首先需要合理设计坝顶坝坡。在实际应用水库时，坝顶需要对部分排水任务进行承担，因此需要确保具有良好的排水效果。在设计工作当中，需要有效保障坝顶路面设计的有效性与合理性。在路面设计施工时，需要确保坝顶路面的倾斜度，通常应向下游方向合理倾斜，这样一来可以使坝坡的横向排水沟与排水口有效连接。与此同时，还需要在下游位置对路沿石进行铺设，从而使坝顶的排水功能得到增强。除了要设计坝顶路面以外，相关设计人员还应对坝顶高程设计方案进行合理制定，精确合理的计算坝顶高程，确保坝顶高度与宽度能够符合相关安全标准。水库大坝的边坡比需要结合坝高、坝基、坝型以及坝体等水坝基本情况，并运用物理学原理来进行精确计算。对于爆破的抗法以及渗流稳定性，需要结合坝体所承受的重力压力来进行计算。通过保证水泵的基本物理参数，可以更好地发挥出大坝具有的排水功能，为大坝除险加固打下坚实基础。

4.2 放水洞和溢洪道加固设计

现如今，许多水库由于受到多种因素的综合作用，进而出现了相应的安全问题，这需要相关施工企业有效开展除险加固工作，而其中溢洪道和放水洞的加固设计与施工十分重要。因此，相关施工企业需要根据水库大坝的具体情况，严格按照合理、节约、安全以及可靠等原则，对放水洞进行除险加固设计。在具体设计过程当中，需要有效加固和修补相关的隐患部位，除了要加固混凝土矩形涵洞以外，还需要全面修补和加固洞身，对环氧砂浆、防水涂料以及高强砂浆等进行涂抹。这样一来，不仅能够有效修补涵洞缝隙缺陷，而且还可以加固放水洞。除此之外，为了充分保证泄洪的通畅性以及大坝安全性，需要结合大坝实际情况对溢洪道进行加固，严格按照相关标准对尾水渠端、控制端以及线槽段等进行设计与施工，使大坝的性能保持稳定，发挥出大坝具有的功能。

4.3 截渗、反滤与排水加固的设计

大坝稳定性与水流控制具有密切联系。在大坝除险加固过程当中，需要高度重视水流量的控制。具体来说，相关施工企业需要充分进行实地考察，明确坝体与坝基的地质情况，并结合实验分析和精确测算，对大坝的实际承载水量和抗腐能力进行明确。与此同时，还应对水流进行合理控制，确保满足相关的安全标准。在处理抗渗问题时，需要结合相关实验进行分析与测算，对安全可靠的抗渗材料进行选择。通常来说，需要对高压悬喷混凝土墙进行有效应用，从而使坝基渗漏现象得到有效截断[4]。进行坝体排水及反滤加固设计时，可以将过滤层、反滤层设计在坝下埋管的末端渗流部位，对渗流问题进行处理。除此以外，将排水管加入渗流出逸部分，通过贴坡排水法的应用，也能实现加固的目的。

4.4 优化大坝顶端位置与坡度的规划设计

在大坝修筑的过程中，施工单位会预留坝体排水设备，通常在设计大坝顶端排水环节时，将坡度通常设置成20°，并且会在大坝坝体的底部设置路缘石，将大坝底部与排水沟渠有效连接。

在设计坝体坡度时，通常会根据坝体的体积、坝体的占地面积、坝体的高度、坝体的规模、水流的流速进行规划。坡度值的设计要根据大坝的承重水平进行设计，要确保大坝修筑完工后，再进行性能测试，要确保规划与标准得到满足后才能投入使用。在坝体的上游应设立相应的保护坡，提升坝体的稳定性。尽可能以一个较低的施工强度提升坝体的性能，减少建筑材料的消耗。在坝体建筑材料的选择上，通常会选择抗冲刷性与耐磨性比较强的混凝土。保护坡堆砌时，要提前预留号排水孔，并在保护坡底部安装好相应的坝体基座。

4.5 加固主坝的具体措施

在防渗墙预埋钢管时，钢管底部非常容易产生风化岩，因此在加固坝体设计过程中，工作人员应该意识到，风化岩层的钻孔难度是非常大的，可以采用帷幕灌浆的方式开展灌浆工作，将混凝土与帷幕灌浆相连即可。在防渗墙的设计上，应选用塑性混凝土作为防渗墙的主要材料，膨润土浆液将墙壁加以固定，利用两钻法进行穿凿，最后用混凝土泵送浇筑即可。

5 结束语

综上所述，随着我国经济的快速发展，水利水电事业也进入到全新发展时期当中。在水库大坝的日常运行过程当中，为了使大坝具有的重要作用得到充分发挥，也为了使人们的生命财产安全得到保障，需要对水库大坝有效采取除险加固措施，使大坝运行期间的安全性和稳定性得到有效提升。通过有效开展大坝除险加固工作，一方面可以促进我国水利事业的快速发展，另一方面还能够提升社会经济建设水平。因此，相关施工企业需要科学合理的开展大坝加固设计工作，从而有效消除水患，促进水利水电工程行业的健康发展。