水庫大壩除險(xiǎn)加固措施

水庫大壩除險(xiǎn)加固措施-水利施工隨著國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，我國工農(nóng)業(yè)的發(fā)展對于水庫的需求量越來越大。與此同時，出現(xiàn)病害的水庫數(shù)量也在不斷地增加。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，我國當(dāng)前的病險(xiǎn)水庫占總水庫的38％左右，其數(shù)量大約在3．5萬座左右，而其中發(fā)生潰壩事件的水庫也大約在4000多座。病險(xiǎn)水庫的存在給國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了很大的負(fù)面影響，因此，加強(qiáng)病險(xiǎn)水庫的除險(xiǎn)加固措施的研究和實(shí)踐就顯得非常重要。

1水庫及其功能概述

在社會的發(fā)展過程中，水庫發(fā)揮了重要的作用，不僅發(fā)電、灌溉、防洪等工程離不開水庫，就是人們的日常生活如飲水等也都離不開水庫，因此，水庫的數(shù)量及其質(zhì)量對于社會的正常運(yùn)行以及人民生活水平的提高都具有重要的影響。然而，由于許多水庫在設(shè)計(jì)施工的時候就沒有嚴(yán)格按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，而且水庫使用的過程中，也沒有定期及時地對水庫進(jìn)行安全檢測和維修，從而使得許多水庫出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，有的水庫甚至存在安全隱患，而且水庫存在病險(xiǎn)的數(shù)量之大，已經(jīng)成為一個不爭的事實(shí)。因此，水庫除險(xiǎn)加固工作已經(jīng)成為相關(guān)部門和工作人員必須要面對和解決的一個問題。

2水庫大壩病險(xiǎn)實(shí)例

某水庫的主要功能是灌溉，同時也會用于防洪和養(yǎng)殖。水庫的總庫容在2300萬m，其灌溉的面積達(dá)到1．5萬畝。根據(jù)該地方水利大壩管理中心的相關(guān)檢測結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，該大壩為三類壩。為了確保該水庫能夠安全地運(yùn)行，積極發(fā)揮其在經(jīng)濟(jì)以及民生方面的效益，需要對水庫進(jìn)行一定的除險(xiǎn)加固措施。水庫大壩的剖面圖如圖1所示。

3水庫大壩存在的一些問題

3.1水庫防洪能力存在問題

防洪是很多水庫最主要的功能之一，然而，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，由于設(shè)計(jì)人員對水庫區(qū)實(shí)際的洪水流量缺乏必要的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，因此，防洪能力達(dá)不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。此外，一些地區(qū)的水庫由于使用時間較長，其存在很多滲水、漏水的地方，嚴(yán)重影響了水庫的實(shí)際防洪能力。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，該水庫不能夠滿足千年一遇的洪水，而只能夠抵御五百年一遇的洪水，不能夠滿足當(dāng)前水庫大壩的安全使用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2引水涵存在的問題

引水涵也是經(jīng)常出現(xiàn)問題的部位，主要由兩個方面導(dǎo)致：①引水涵的設(shè)計(jì)施工使用的材料達(dá)不到既定的標(biāo)準(zhǔn)；②在使用的過程中沒有對引水涵進(jìn)行定期的檢查，從而使得引水涵存在的小滲小漏問題逐漸擴(kuò)大，最后到了不得不處理的程度。在該水庫中，涵洞放水孔漏水十分嚴(yán)重，大壩下部的混凝土蓋板也存在嚴(yán)重的漏水現(xiàn)象。在水庫的引水涵設(shè)計(jì)施工過程中，其主要采用的結(jié)構(gòu)是漿砌石結(jié)構(gòu)，由于其長期受到水壓力的作用，使得漏水的部位也在不斷地增加，從而也在很大程度上危機(jī)到了大壩以及涵洞的安全。

3.3溢洪道存在的問題

溢洪道除了自身的施工材料不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之外，其最主要的問題就是泄洪能力設(shè)計(jì)不達(dá)標(biāo)，這也是導(dǎo)致溢洪道不能夠發(fā)揮應(yīng)有功能的主要原因。在該水庫的設(shè)計(jì)過程中，引水渠開挖時，由于沒有按照設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開挖，從而使得溢洪道的泄流能力受到了很大的影響，不符合標(biāo)準(zhǔn)的工程要求。在溢洪道的設(shè)計(jì)施工過程中，其使用的制動裝置不是電力制動，而是采取人工操作，其在很大程度上影響了溢洪道的正常運(yùn)行狀況。此外，閘門兩側(cè)的混凝土保護(hù)墻受到的沖擊也比較嚴(yán)重，需要進(jìn)行一定的修繕。

3.4水庫大壩存在的問題

水庫大壩是主要的構(gòu)筑物，其質(zhì)量決定了該水利建筑物主要功能的發(fā)揮情況。在實(shí)際的使用過程中，主壩、基壩以及副壩都可能出現(xiàn)問題，此外，在排水系統(tǒng)等部位也可能存在設(shè)計(jì)缺陷或者是使用中出現(xiàn)問題。根據(jù)細(xì)致的檢測，該水庫大壩的多處都存在病險(xiǎn)，主要表現(xiàn)為：大壩的下游部位缺少相應(yīng)的排水系統(tǒng)，使得在下雨天氣，這個部位被沖刷得相當(dāng)嚴(yán)重。用于排水的通道不能夠正常泄水，使得河道的流水能力受到很大的影響，其中大壩后部的水位被抬高了lm左右。在副壩的后面部位存在很大的滑坡以及塌岸的現(xiàn)象，而且形成了很多個缺口，其長度甚至達(dá)到了200m。在大壩的左岸存在15處滲水點(diǎn)，而且滲水面積竟然達(dá)到了350m。

4水庫大壩的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

4.1溢洪道泄流水平的計(jì)算

溢洪道泄流能力計(jì)算公式為：

Q=MLH

式中：M為系數(shù)，值為1．48；L為側(cè)堰長度，值為53．7m；H為包括行進(jìn)流速的水頭，是第二流速系數(shù)。

由于該水庫溢洪道在兩年前已經(jīng)進(jìn)行加固，故只需對水庫溢洪道泄流能力進(jìn)行復(fù)核即可。泄洪能力計(jì)算結(jié)果表明，5％頻率洪水最大流量為261，25m3／s，l％頻率洪水最大流量為398．68m3／s。其他時期溢洪道泄流能力均能滿足泄流要求，故水庫溢洪道基本滿足泄流能力指標(biāo)。

4.2攔河壩施工設(shè)計(jì)分析

在大壩的抗滑計(jì)算過程中，需要計(jì)算的系數(shù)主要有四個，分別是水位降落期的上下游壩坡計(jì)算工況、260m穩(wěn)定滲流期時上下游壩坡的計(jì)算工況、265m穩(wěn)定滲流期時的上下游壩坡計(jì)算工況以及施工期的上下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算工況。在獲得相應(yīng)的安全系數(shù)之后，如果允許的安全系數(shù)小于計(jì)算的安全系數(shù)，則說明大壩是符合安全標(biāo)準(zhǔn)的，如果允許的安全系數(shù)大于計(jì)算的安全系數(shù)，則說明大壩是不安全的，需要進(jìn)行加固處理。其中，攔河水壩的等級指標(biāo)如表1所示。

4.3壩基及大壩的滲流分析

為了進(jìn)一步了解大壩的滲流情況，需要對大壩的壩殼、心墻以及基壩等的滲流系數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算，主要的設(shè)計(jì)工況包括三處，分別是正常水位、洪水位以及校核洪水位等。根據(jù)正確的計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，心墻是滿足滲透穩(wěn)定性相關(guān)要求的。如果心墻的部位是不連續(xù)的，則可以計(jì)算出相關(guān)的土質(zhì)壩基的穩(wěn)定性情況，結(jié)果表明心墻的滲透比在允許的范圍內(nèi)，這就說明大壩的滲透比較穩(wěn)定，處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

5水庫大壩的安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

在當(dāng)前工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工以及后期運(yùn)行的過程中，經(jīng)常會用到安全監(jiān)測系統(tǒng)，對于提高工程的安全運(yùn)行水平具有重要的影響。在水利工程項(xiàng)目中，也應(yīng)該積極引進(jìn)先進(jìn)的監(jiān)測系統(tǒng)，以提高水庫的防風(fēng)險(xiǎn)水平。在實(shí)際的操作過程中，要能夠根據(jù)水庫大壩的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出針對性的安全監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)λ畮熘攸c(diǎn)部位如溢洪道、攔水壩、檢查孔以及壩基的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測，從而及時發(fā)現(xiàn)問題，為相關(guān)工作人員的檢修加固提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

6水庫大壩的除險(xiǎn)加固措施

6.1壩體培厚施工

壩體培厚施工包括基礎(chǔ)開挖、堆石料填筑、風(fēng)化料填筑和壩體反濾過濾料填筑等。①基礎(chǔ)開挖。采用挖掘機(jī)進(jìn)行基礎(chǔ)開挖，必要時輔以人工清理，采用流水作業(yè)，開挖自上而下一次性完成。通常施工工序是撒開挖線、清理場地、開挖、推土機(jī)集中、裝運(yùn)和棄土平整。開挖時應(yīng)當(dāng)采用挖一段回填一段的方法，防止壩體產(chǎn)生新的滑動。②堆石料填筑。堆石料的填筑呈現(xiàn)為堆石料解小、石料運(yùn)輸、灑水、鋪料、推平、碾壓、質(zhì)檢與驗(yàn)收。堆石料鋪筑一般采用進(jìn)占法，先使用推土機(jī)推平，然后人工找平。為了保證碾壓施工的質(zhì)量，在碾壓前應(yīng)當(dāng)適量灑水，進(jìn)行振動平碾碾壓，當(dāng)空隙率和壓實(shí)干容重滿足施工要求后再進(jìn)行下一層填筑施工，施工時要嚴(yán)格控制鋪筑厚度、壓實(shí)質(zhì)量。③風(fēng)化料填筑。分化料的一股填筑程序?yàn)轱L(fēng)化料開挖、運(yùn)輸、灑水、鋪料、推平、質(zhì)檢、下一層填筑。④壩體反濾過渡料填筑。反濾料填筑一般采用砂、碎石的混合料。為了確保反濾料能夠和壩殼料平起填筑，在施工時應(yīng)當(dāng)先填反濾料。鋪筑施工時應(yīng)當(dāng)注意：反濾過渡料的含泥量、材質(zhì)級配、有效寬度厚度、鋪筑位置等均要符合設(shè)計(jì)要求，在施工過程中避免混入其他料物和雜物，反濾層內(nèi)不得設(shè)置縱縫，反濾料的填筑層次不得發(fā)生錯位，有效寬度不可以隨意減小。

6.2大壩帷幕灌漿施工

水庫大壩除險(xiǎn)加固工程的灌漿施工首先進(jìn)行施工現(xiàn)場布置。施工現(xiàn)場布置包括了供水系統(tǒng)布置、供電系統(tǒng)布置與灌漿系統(tǒng)布置。為滿足灌漿施工的用水需求，可以再修建一個高位水池，用潛水泵從庫內(nèi)抽水輸送到水池中，從而由水池向漿站和鉆機(jī)供水，此外，在地形允許的情況下也可以利用溝渠向漿站和鉆機(jī)供水。照明、灌漿泵和攪拌機(jī)用電可架設(shè)變壓器架線引入，必要時需配備柴油發(fā)電機(jī)以避免停電造成施工受阻。綜合性漿站可以設(shè)置在壩肩的內(nèi)壩坡處，漿站應(yīng)當(dāng)配有灌漿泵、立式雙層攪拌機(jī)、儲備原漿儲漿池、水泥庫房和土料堆聚場等。

灌漿施工應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照施工工序和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。通常先灌主帷幕灌漿，再灌副帷幕灌漿，并按照依次加密的原則施工。進(jìn)行相鄰孔灌漿時，先次序孔的深度應(yīng)當(dāng)始終比后次序孔大15m以上。壩土部分可采用純壓式填充灌漿，自上而下分段跟管鉆灌，基巖部分采用孔內(nèi)循環(huán)灌漿。在灌漿施工過程中注意合理選用灌漿工藝、確定灌漿壓力以及設(shè)計(jì)的孔距等以保證灌漿質(zhì)量。

6.3檢查孔施工和巖心鑒定

在灌漿施工結(jié)束之后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求與相關(guān)規(guī)范，待凝一段時間后在灌漿的異常部位布置一定數(shù)量的檢查孔。利用檢查孔進(jìn)行壓注水試驗(yàn)，對帷幕體的防滲性能進(jìn)行監(jiān)測，檢查是否能夠達(dá)到工程要求。檢查孔的基巖地段采用壓水試驗(yàn)，壩土本分采用注水試驗(yàn)?？梢圆捎?段3點(diǎn)式的壓水方法，壓水的壓力應(yīng)當(dāng)大于灌漿壓力的80％。檢查孔施工全部取芯，通過對巖心的編錄和觀察對除險(xiǎn)加固工程的施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測。灌漿結(jié)石和巖石、壩土的牢固結(jié)合能夠表明灌漿施工取得了良好的效果，壩體小主應(yīng)力的狀況得到了改善，鉛錘狀的連續(xù)