论文部分内容阅读
[摘 要]新中国成立以来，我国大部分小型水庫大坝建设受当时经济条件、技术条件的限制，修建水库均存在不同程度安全隐患，为保证水库下游人民群众生命财产安全，对病险水库进行除险加固是十分必要的。本文选取典型水库作为例子，来分析水库大坝出现病险的原因，探讨如何加强水库大坝除险加固工程的设计。
[关键词]小型水库；除险加固；设计
中图分类号：P343.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0103-01
一、小型水库基本情况
新中国成立以来，我国已建成小型水库近8.2万座，其中坝体结构为土石坝的占95%以上，大部分水库修建于50～70年代。小型水库功能主要以灌溉、防洪、供水、发电为主，受当时经济条件、技术水平的限制，建成大坝经过多年运行，此类小型水库普遍存在防洪标准低、坝体单薄、渗漏、启闭设施老化、库区淤积等问题，造成水库大坝存在不同程度的安全隐患，严重威胁到下游人民群众的生命及财产安全。
二、水库大坝存在问题及成因分析
水库在建设初期因受当时的经济条件、技术条件的影响，修建的水库都以投工投劳的方式进行，机械化水平低，施工质量难以得到保证，致使其先天不足，存在不同程度的安全隐患。
1.大坝结构存在安全问题分析
影响大坝结构安全原因主要以下几点：①坝顶高程不能满足防洪标准要求，土石坝一旦出现漫顶，极易引起溃坝；②坝体单薄，坝顶宽度偏小、坝坡偏陡不能满足规范要求，存在滑坡的安全隐患；③坝体填筑质量差，坝体未设防渗体，防渗性能差，导致浸润线出逸点高，渗流量大，易形成渗透破坏；④坝基接触带渗漏，此类水库由于建设年代久远，建设初期未进行地质勘查，坝基覆盖层为较厚强透水层，水库坝体填筑时，坝基清理不彻底，截水槽开挖深度不够，导致坝基接触带渗漏严重，易产生管涌、流土破坏。
2.溢洪道结构存在安全问题分析
目前多数水库溢洪道均存在以下几个问题：①溢洪道进口溢流宽度不足，不满足安全泄洪要求；②由于水库运行年数较久，溢洪道两侧受洪水冲刷，风化、坍塌现象严重；③溢洪道下游未设消能设施，泄槽末端受洪水冲刷严重。
3.输水设施结构安全问题分析
由于水库运行多年，启闭设施年久失修，影响输水设施结构安全主要体现在以下几点：①日常运行管理薄弱，水库库区淤积严重，放水设施进水口淤积，导致放水启闭设施无法正常启闭；②小型水库多数输水设施为坝下埋管，涵管基础多未至基岩槽内，涵身未设截水环，导致，涵管管壁易形成渗漏通道；③启闭机金属结构锈蚀严重，严重影响正常运行，启闭机房墙体破损，屋顶漏水。
4.无安全监测设施，无水情测报系统，无防汛抢险通道
①由于水库建设年代久，当时建设过程中，水库未设置相应的位移观测设施及沉降观测点，所以水库坝体出现位移与沉降，均无法及时观测；② 没有水情测报系统，一旦洪水出现，管理人员不能及时掌握库区内的水情变化情况，一旦出险，管理人员不能及时发现险情及时抢险，后果不堪设想。③ 水库没有防汛抢险通道，导致水库抢险物资部能及时运到，险情现场。
三、水库大坝除险加固工程的设计
1.水库坝体加固
针对上述坝体普遍存在的防洪标准不满足规范要求、坝体单薄、坝体填筑质量差，无防渗体及坝基接触带渗漏四个问题，采取以下几项加固措施进行处理：
①坝顶高程不满足规范要求，可以从两点出发进行加固设计：第一点通过拓宽溢洪道进水口宽度，改善溢流堰水流条件，加大下泄流量，降低库区洪水位；第二点通过加高堤顶高程、在迎水坡面设置防浪墙已达到防洪标准要求。
②坝体单薄，坝顶宽度偏小，坝坡过陡，可以通过加宽坝顶宽度，坝体培厚、放缓坝体坡，使坝体结构稳定计算值，满足规范要求。
③坝体填筑质量差，未设防渗体，防渗性能差，坝体渗漏，土坝防渗加固工程设计，须遵循“上堵下排”原则，“上堵”坝体防渗措施可采用下面三个措施进行防渗处理：a如水库附近有粘土料场，粘土含量丰富，可采用粘土斜墙防渗处理方案，在坝坡迎水坡回填粘土，采用碾压机械碾压密实形成封闭防渗体，粘土斜墙施工过程须注意两侧岸坡接触带及截渗齿槽建基面，基岩破碎层的清理彻底；b 沿大坝中心线或上游布置冲抓套井防渗心墙，适用于坝高在30m以内的心墙坝、均质坝和类均质坝，在低水位条件下进行，套井深度要求进入基岩层内，套井开孔孔径1.1m，孔距0.75～0.8m，开孔后回填粘土，通过夯击压实后，形成连续的防渗心墙，达到防渗目的。c 坝体低弹模砼防渗墙，适用与坝顶较宽，有足够的工作面大坝防渗施工，防渗墙深度进入弱风化基岩以下0.5m。“下排”位于坝体下游坝脚设置排水棱体，同时位于内侧设施反滤层，可有效的降低坝体浸润线。
④坝基接触带渗漏，可采用以下两种措施处理：如坝基建基面为强透水基岩层，可采用帷幕灌浆进行防渗处理；如坝基存在4m以上强透水粉砂层，帷幕灌浆可灌性差，可采用高压旋喷灌浆，形成连续水泥旋喷桩墙，达到防渗目的。
2.溢洪道改造
针对溢洪道存在上述问题，根据水库坝头实际地形，合理布置溢洪道平面位置，并采取以下三点措施进行改造：①选择合适溢流堰堰型，改善水流条件，同时拓宽溢流宽度；②拆除原泄槽段风化坍塌导水墙，重新修建砌石或砼导水墙，导水墙高度依据规范公式进行计算确定；③多数水库溢洪道下游段冲毁，均由于未设消力池，根据实际地形选择合适的消能型式，通过计算确定消力池长度、排洪渠墙体高度及消力池底板厚度。
3.输水设施改造
目前已建成小型水库输水设施，多数以坝下埋管为主，一旦坝下涵管出现漏水，难以维修，因此输水设施改造，不推荐采用坝下埋管型式。根据水库实际地形，如大坝坝头为山体覆盖层，可采用开挖输水隧洞方式或非开挖钻进技术取水。隧洞采用炸药爆破开挖，洞型可开挖成圆型、城门洞型、马蹄型，适合取水流量较大输水设施改造。非开挖钻进技术，采用钻机在山体内钻孔，孔洞贯穿后埋设PE管，并用水泥砂浆进行封堵，适合取水流量较小输水设施改造。如左右坝头不具备成洞条件，可采用倒虹吸取水方式，取水管可采用钢管取水，坝顶设置注水、排气口及真空破坏阀，坝脚可设置出水池及控制闸阀。对于原坝下埋管须进行可靠封堵，挖除原涵管进出口段并浇筑砼堵头，预留灌浆孔及排气孔，管内灌注水泥砂浆，封堵密实。
4.建设安全监测设施及水情测报系统，修建防汛抢险通道
重新布置大坝观测网，增设坝体渗流观测设施及水情测报系统，修建防汛抢险通道。
总之，水库大坝大坝出现的渗漏，坝体护坡，溢洪道冲刷严重，输水设施漏水等安全隐患，使水库大坝的功能得不到有效的发挥。要想使水库大坝的功能得到最大限度的发挥，就必须依据实际情况对水库进行科学的除险加固，因地制宜，详细了解当时的环境以及地址情况，根据规范要求，严格控制除险加固工程的质量，这样一来，才能保证排除水库大坝存在的安全隐患，保证周围人民的生活以及财产、人身的安全，促进地区经济的发展，保障社会的稳定。
参考文献
[1] 熊进，祝红，董建军.长江三峡工程灌浆技术研究[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
[2] 李洪斌.浅谈如何做好中小型水库除险加固工程项目建设管理[J].水利建设以管理，2009，10.
[关键词]小型水库；除险加固；设计
中图分类号：P343.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0103-01
一、小型水库基本情况
新中国成立以来，我国已建成小型水库近8.2万座，其中坝体结构为土石坝的占95%以上，大部分水库修建于50～70年代。小型水库功能主要以灌溉、防洪、供水、发电为主，受当时经济条件、技术水平的限制，建成大坝经过多年运行，此类小型水库普遍存在防洪标准低、坝体单薄、渗漏、启闭设施老化、库区淤积等问题，造成水库大坝存在不同程度的安全隐患，严重威胁到下游人民群众的生命及财产安全。
二、水库大坝存在问题及成因分析
水库在建设初期因受当时的经济条件、技术条件的影响，修建的水库都以投工投劳的方式进行，机械化水平低，施工质量难以得到保证，致使其先天不足，存在不同程度的安全隐患。
1.大坝结构存在安全问题分析
影响大坝结构安全原因主要以下几点：①坝顶高程不能满足防洪标准要求，土石坝一旦出现漫顶，极易引起溃坝；②坝体单薄，坝顶宽度偏小、坝坡偏陡不能满足规范要求，存在滑坡的安全隐患；③坝体填筑质量差，坝体未设防渗体，防渗性能差，导致浸润线出逸点高，渗流量大，易形成渗透破坏；④坝基接触带渗漏，此类水库由于建设年代久远，建设初期未进行地质勘查，坝基覆盖层为较厚强透水层，水库坝体填筑时，坝基清理不彻底，截水槽开挖深度不够，导致坝基接触带渗漏严重，易产生管涌、流土破坏。
2.溢洪道结构存在安全问题分析
目前多数水库溢洪道均存在以下几个问题：①溢洪道进口溢流宽度不足，不满足安全泄洪要求；②由于水库运行年数较久，溢洪道两侧受洪水冲刷，风化、坍塌现象严重；③溢洪道下游未设消能设施，泄槽末端受洪水冲刷严重。
3.输水设施结构安全问题分析
由于水库运行多年，启闭设施年久失修，影响输水设施结构安全主要体现在以下几点：①日常运行管理薄弱，水库库区淤积严重，放水设施进水口淤积，导致放水启闭设施无法正常启闭；②小型水库多数输水设施为坝下埋管，涵管基础多未至基岩槽内，涵身未设截水环，导致，涵管管壁易形成渗漏通道；③启闭机金属结构锈蚀严重，严重影响正常运行，启闭机房墙体破损，屋顶漏水。
4.无安全监测设施，无水情测报系统，无防汛抢险通道
①由于水库建设年代久，当时建设过程中，水库未设置相应的位移观测设施及沉降观测点，所以水库坝体出现位移与沉降，均无法及时观测；② 没有水情测报系统，一旦洪水出现，管理人员不能及时掌握库区内的水情变化情况，一旦出险，管理人员不能及时发现险情及时抢险，后果不堪设想。③ 水库没有防汛抢险通道，导致水库抢险物资部能及时运到，险情现场。
三、水库大坝除险加固工程的设计
1.水库坝体加固
针对上述坝体普遍存在的防洪标准不满足规范要求、坝体单薄、坝体填筑质量差，无防渗体及坝基接触带渗漏四个问题，采取以下几项加固措施进行处理：
①坝顶高程不满足规范要求，可以从两点出发进行加固设计：第一点通过拓宽溢洪道进水口宽度，改善溢流堰水流条件，加大下泄流量，降低库区洪水位；第二点通过加高堤顶高程、在迎水坡面设置防浪墙已达到防洪标准要求。
②坝体单薄，坝顶宽度偏小，坝坡过陡，可以通过加宽坝顶宽度，坝体培厚、放缓坝体坡，使坝体结构稳定计算值，满足规范要求。
③坝体填筑质量差，未设防渗体，防渗性能差，坝体渗漏，土坝防渗加固工程设计，须遵循“上堵下排”原则，“上堵”坝体防渗措施可采用下面三个措施进行防渗处理：a如水库附近有粘土料场，粘土含量丰富，可采用粘土斜墙防渗处理方案，在坝坡迎水坡回填粘土，采用碾压机械碾压密实形成封闭防渗体，粘土斜墙施工过程须注意两侧岸坡接触带及截渗齿槽建基面，基岩破碎层的清理彻底；b 沿大坝中心线或上游布置冲抓套井防渗心墙，适用于坝高在30m以内的心墙坝、均质坝和类均质坝，在低水位条件下进行，套井深度要求进入基岩层内，套井开孔孔径1.1m，孔距0.75～0.8m，开孔后回填粘土，通过夯击压实后，形成连续的防渗心墙，达到防渗目的。c 坝体低弹模砼防渗墙，适用与坝顶较宽，有足够的工作面大坝防渗施工，防渗墙深度进入弱风化基岩以下0.5m。“下排”位于坝体下游坝脚设置排水棱体，同时位于内侧设施反滤层，可有效的降低坝体浸润线。
④坝基接触带渗漏，可采用以下两种措施处理：如坝基建基面为强透水基岩层，可采用帷幕灌浆进行防渗处理；如坝基存在4m以上强透水粉砂层，帷幕灌浆可灌性差，可采用高压旋喷灌浆，形成连续水泥旋喷桩墙，达到防渗目的。
2.溢洪道改造
针对溢洪道存在上述问题，根据水库坝头实际地形，合理布置溢洪道平面位置，并采取以下三点措施进行改造：①选择合适溢流堰堰型，改善水流条件，同时拓宽溢流宽度；②拆除原泄槽段风化坍塌导水墙，重新修建砌石或砼导水墙，导水墙高度依据规范公式进行计算确定；③多数水库溢洪道下游段冲毁，均由于未设消力池，根据实际地形选择合适的消能型式，通过计算确定消力池长度、排洪渠墙体高度及消力池底板厚度。
3.输水设施改造
目前已建成小型水库输水设施，多数以坝下埋管为主，一旦坝下涵管出现漏水，难以维修，因此输水设施改造，不推荐采用坝下埋管型式。根据水库实际地形，如大坝坝头为山体覆盖层，可采用开挖输水隧洞方式或非开挖钻进技术取水。隧洞采用炸药爆破开挖，洞型可开挖成圆型、城门洞型、马蹄型，适合取水流量较大输水设施改造。非开挖钻进技术，采用钻机在山体内钻孔，孔洞贯穿后埋设PE管，并用水泥砂浆进行封堵，适合取水流量较小输水设施改造。如左右坝头不具备成洞条件，可采用倒虹吸取水方式，取水管可采用钢管取水，坝顶设置注水、排气口及真空破坏阀，坝脚可设置出水池及控制闸阀。对于原坝下埋管须进行可靠封堵，挖除原涵管进出口段并浇筑砼堵头，预留灌浆孔及排气孔，管内灌注水泥砂浆，封堵密实。
4.建设安全监测设施及水情测报系统，修建防汛抢险通道
重新布置大坝观测网，增设坝体渗流观测设施及水情测报系统，修建防汛抢险通道。
总之，水库大坝大坝出现的渗漏，坝体护坡，溢洪道冲刷严重，输水设施漏水等安全隐患，使水库大坝的功能得不到有效的发挥。要想使水库大坝的功能得到最大限度的发挥，就必须依据实际情况对水库进行科学的除险加固，因地制宜，详细了解当时的环境以及地址情况，根据规范要求，严格控制除险加固工程的质量，这样一来，才能保证排除水库大坝存在的安全隐患，保证周围人民的生活以及财产、人身的安全，促进地区经济的发展，保障社会的稳定。
参考文献
[1] 熊进，祝红，董建军.长江三峡工程灌浆技术研究[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
[2] 李洪斌.浅谈如何做好中小型水库除险加固工程项目建设管理[J].水利建设以管理，2009，10.