水库运行现状及除险加固措施

杨立兵，毛光海，刘杨涛

（1.云南省水利水电工程有限公司，昆明 650000；2.蒙自市水利勘测设计队，云南 蒙自 661100）

1 引言

现阶段，水利事业不断发展，水库建设工艺日渐成熟，给水库的安全运营提供了技术保障。但我国的水库数量庞大，一些早期修筑的水库在多年的运行中，成为病险水库，再加上运行管理方面所存在的不足，增大了水库的运行风险，给水库周围人们的生产生活安全带来了巨大的挑战。伴随着每年防洪任务的艰巨性，我国每年都在水库运行管理和除险加固方面投入了巨大的资金，各个水库都要根据自身的运行情况，来选择最为恰当的除险加固方式。

2 工程概况

蚂蚱冲水库地处蒙自市芷村镇，坝址位于南溪河上游北溪河支流的白诗河上，水库与芷村镇相距11 km，径流面积22.45 km2，设计总库容4.345×106m3，设计灌溉面积达1 302.67 m2，是区域内重要的水利工程，承担着重要的灌溉、防洪等任务。根据该水库工程的建设特点，包含了枢纽工程和输水工程2 个组成部分，前者由拦河坝、导流隧洞、溢洪道、输水涵管所构成，而后者则包含了输水隧洞和输水明渠。

2.1 地质概况

根据该水库的地域特点，地处扭动构造体系中，位于鸣鹫“S”形构造带与北西向构造体系组合型交接地带，在北东和北西方向上存在有较多的断裂和褶皱分布，因为存在切割和挤压作用的影响，区域地块的完整性不足。

2.2 地形地貌

在对该水库加以清基处理以后，发现其河谷为不规则宽阔的谷底，且呈现“V”形，根据相应的测量结果，谷底宽度为26 m，底板高程保持在1 659.95～1 663.34 m，河谷口宽136.2 m，标高为1 414.38～1 714.73 m，高差在53 m 左右。河谷两岸在当下开挖成了槽状，基本表现出完整性和平直性。

3 水库运行现状

3.1 大坝工程存在问题

在该水库工程中，大坝是其中的关键构成部分，在长时间的运行过程中，因为遭遇水力侵蚀，导致大坝的结构安全性和稳定性难以保持。此水库工程中，大坝上游为块石护坡，长时间的运行中，存在着严重的风力侵蚀，再加上水位变动和风浪淘刷的影响，导致此处的块石护坡呈现出凹凸不平的状态，在正常蓄水位以上，存在有块石翻起、垫层掏空的情形，增大了坝体结构的安全风险。在大坝下游为碎石护坡，在长时间的运行过程中，同样受到了风化和水力侵蚀的影响，导致护坡存在着明显的缺失情况，在裸露坝坡处的水土流失严重[1]。一旦水库运行时库区水位超出了正常标准，在坝体左坝端后坝坡坡脚位置处，存在着渗漏水问题。下游排水体的破坏严重，难以保持大坝的正常使用。

3.2 溢洪道工程存在问题

此水库工程在建成投入使用以后，在当下的条件下，溢洪道也出现了问题，具体表现在以下方面：（1）溢洪洞出口消力池在多年的运行过程中，在边墙和底板等部位存在着或大或小的裂缝，且这些部位的表面混凝土存在着局部脱落，无法与当下的防洪抗冲要求相一致，增大了水库运行风险。（2）此水库工程的尾水渠为土渠，多年的运行中，此处的淤积问题严重，渠道没有定期清理，致使渠道中不仅淤积了大量的泥沙，还杂草丛生，边坡部位存在坍塌，难以在雨季发挥渠道的泄洪作用[2]。（3）溢洪道右侧的墙体出现了开裂现象，原有墙面上的砂浆抹面存在着一定的剥蚀现象。

3.3 输水洞工程存在问题

此水库中的输水工程，输水洞也在长时间的运行中，由于建设时的技术限制和后期的运行管理影响，存在以下几方面的问题：在输水洞进口段挡墙处，因为，此处的山体滑坡频繁出现，导致挡墙破损严重；输水洞进口段的底板也受到各种因素的影响而出现了明显的损坏；闸门处存在渗漏水情况。

4 水库除险加固措施

4.1 加强大坝防洪能力

针对水库运行中防洪能力降低的情况，为实现水库的除险加固，在开展水库结构优化的过程中，应结合其现有的问题，进行适当的加固方案设计。比如，专业人员可针对水库运行现状展开详细的分析，从多个角度对水库开展评估和论证，根据论证结果，可采取增加坝高的方式。

总之，水库的除险加固措施确定方面，应根据各种技术性、经济性等的评估结果，来进行水库安全风险的识别，经由除险加固来提升水库的防洪能力。水库中往往包含了多个构成部分，在开展除险加固的过程中，需结合每个结构部分所存在的险情，采取正确且有效的加固方式。

4.2 输水洞除险加固

水库运行的过程中，输水洞也可能会面临一定的险情。针对这一情况，为实现除险加固的目标，在开展输水洞的除险加固工作时，应根据水库输水洞的具体情况，来采取有效的方式。水库输水洞中往往存在很多的阶梯卧管布设，在长时间的水库运行下，可能会出现浆砌石裂缝、水流冲刷底板、冻融破坏等各种问题，为减小输水洞险情，专业人员可将现场既有的砌石及时清除干净，随后经由二次砌筑的方式来加以处理[3]。如果水库所处现场的地质地形条件相对理想，可通过新打隧洞取代放水涵管或顶管施工，采用虹吸管的方式。

当下的水库工程处理中，对于许多的山塘水库，在放水涵管的更换方面，往往会通过大肆开挖的方式来处理，这种更换方式下，为达到良好的施工效果，应避免在更换时出现基础不均匀沉降，且要确保回填压实的全面性。当涵管安装定位工作全面结束以后，两侧应做好土方回填工作。在这一处理环节，与涵管相接近的位置上，可能会引起土方压实不足，导致压实的密实度不达标，引起坝体的横向裂缝。为消除这一问题，可在涵管安装定位工作全面结束以后，在两侧利用混凝土填充并做好振捣处理。

4.3 提升大坝结构稳定性

很多水库上下游坝坡位置处，其坡体相对陡峭，而坝顶部宽度却相对较小，增大了大坝的安全风险。针对大坝的这种结构特点，在开展水库除险加固的过程中，应对大坝进行相应的结构优化。为使得上下游坝坡更为稳定，专业部门要将坝顶表面上的杂物完全清理干净，并将洞顶洞穴加以反复夯实，结合水库的结构特点和防洪等级要求，适当将坝顶部位加以拓宽[4]。其次，需对迎水坡加以整修，使得背水坡厚度相对大一些。

坝体渗漏对于坝基稳定性的影响巨大，因此，要从根本上提升坝体结构的稳定性，相关施工人员在大坝的除险加固处理中，应进行相应的防渗漏施工。针对坝基和坝肩的防渗漏施工，可采用帷幕灌浆或者固结灌浆的方式。

4.3.1 帷幕灌浆

从水库工程的大坝除险加固处理中，帷幕灌浆布置如下：拦河坝帷幕线全长270 m，为折线布置，里程为0+000.086～0+227.14，布设在坝轴线上游0.5 m 的位置处。此水库中的帷幕灌浆布设的是单排孔，各个孔之间保持1.5 m 的距离。

为保障帷幕灌浆可以在该水库除险加固中发挥其应有的作用，在施工方案确定时，应由建设单位、设计单位等在大坝的特定区域内进行帷幕灌浆试验，结合此坝体的结构性质和分布特点，选取了3 个试验区，在3 个试验区内总共布设了15 个灌浆试验孔和9 个检查孔，灌浆段和非灌浆段长度分别为655.1 m、163.9 m。设计单位经由对灌浆试验结果的全面分析，确定了对应的帷幕灌浆技术参数，其防渗透水率q≤10 Lu。

正式的灌浆施工作业实施之前，由专业人员负责对每个灌浆孔的孔口高程加以精准测量，在全部的准备工作结束后方可进入正式的施工环节。每个帷幕灌浆孔的布设过程中，都应该严格按照前期所设计图纸来开展，灌浆材料选用P·O42.5级普通硅酸盐水泥。为使帷幕灌浆可以有效实现对坝体的加固，灌浆遵循从上到下的顺序，选用孔口封闭循环灌浆法[5]。钻孔环节要借助于合金钻头来保障钻孔效率，当钻孔深度达到了设计深度后，由建设、监理、设计和施工单位来负责进行相应的验收。针对此坝体结构的特殊性，遵循分序加密的原则，依次开展Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区的灌浆作业，在灌浆之前开展简易压水，且保持压水压力为该段注浆压力的80%，检查孔的压水工作中，总体上采用5 点法压水，注意对压水压力的科学控制。在特定的设计压力下，灌浆段的注浆压力要控制在最大设计压力下，不超过1 L/min，持续灌注60 min。

4.3.2 固结灌浆

在利用固结灌浆法开展大坝加固的过程中，首先应进行固结灌浆的布置：固结灌共2 排，在0+019.39～0+148.39 坝轴线的上游和下游两侧分别进行灌浆孔的布置，孔深深入基岩的深度为5 m，总共布设有88 个灌浆孔，而检查孔的数量是总孔数的5%。灌浆工作开始之前，专业的施工人员要对每个孔的孔口高程开展测量，在全部的前期准备工作结束后，进入正式的灌浆施工环节。此水库工程中的固结灌浆试验区处于0+082.39～0+094.39（一试区）、0+106.39～0+118.39（二试区），每个试区内的固结灌浆试验孔都包含了上下游2 排，每一个布设的孔数都为5 个，总共有20 个试验孔。固结灌浆法与帷幕灌浆法相类似，但在开展固结灌浆质量检查时，却采用的是单点压水试验法。

4.4 消能设施的布置

消能设施的安装对于水库的除险加固也有一定的作用。当水库受到巨大的水流冲击，一些结构面临着冲毁的风险，而消能设施的安装可以使得水流对水库的冲击能量得以减小，进而来降低对水库造成的结构安全风险。水库溢洪道很多都为土渠，且在早期的水库建设中，在溢洪道的下游地区都没有进行消能设施的安装。针对溢洪道所存在的险情，可结合当地的地形条件，进行渠道的开挖，但一些水库的渠底纵向坡度相对较大。在开展除险加固时，一般可进行拓宽挖深加固，但这种方式下可能需重新进行泄洪段纵向坡度的设计，不仅存在较大的工程量，且会造成周边土地的过度占用。为克服加固中的这种难题，可直接对溢洪道进行对应的加固设计，从以下方面来加固：溢洪道泄洪段底板横向增设多道消力坎；溢洪道末端进行消力池与海曼的布置。

5 结语

在我国，各种规模的水库承担着艰巨的防洪、灌溉任务。很多水库在多年的运行过程中，因为管理制度的缺失，建设时的技术条件限制，无法保持最佳的运行状态，出现了各种险情，危害了周边人们的生命财产安全。因此，针对各种病险水库，需要结合水库的运行现状，制订水库的除险加固方案，加强各种先进技术和材料的应用，提高水库的建设质量和安全性能。