【摘 要】本文针对水库大坝除险加固工程措施,结合工程实例,探讨了水库大坝除险加固设计要点,最后提出常用的水库大坝除险加固工程措施。分析结果表明,随着使用年限的增加,在自然因素和环境变迁的影响下,水库大坝可能存在一定的安全隐患,难以保证运行的稳定性,甚至会对下游居民的生命和财产构成一定的威胁。基于此,需要结合水库大坝目前存在的质量问题和安全隐患,开展有针对性的设计,并加强安全监测,选择合适的加固措施,才能保证水库大坝运行的安全性,值得高度重视。
【关键词】水库大坝;出险加固;工程措施
1、工程概述
某水库工程,是当地农作物灌溉主要水资源来源,更担负着防洪、生活供水、生态景观等众多功能,运行库容为9563.65万m³,影响着周围423.32平方公路范围内的供水情况,设计使用的加固标准为100年一遇洪水。在正常运转时,最大下泄流量为867m³/s,设计洪水水位为124.62m,水库底部坡度在0.4%~0.6%之间。始建于1986年,经过多年的运行了,出现很多质量问题,为保证该水库能够安全稳定运行,充分发挥出该水库在当地经济和民生中的作用,需要开展出险加固措施。
2、水库大坝除险加固设计要点
2.1合理计算溢洪道泄流能力
在溢洪道泄流能力计算时,可采用如下公式:
此公式中,Q表示溢洪道泄流能力(m³);M为泄流系数,通常取值为1.48;L表示溢洪道侧堰的长度(m),在本工程中取值为53.7m;H表示行进流速的水头,在本工程了选择了第二流速系数。
就案例工程而言,在2017年对溢洪道进行过一次加固,现运行相对稳定。因此,在水库大坝除险加固设计中,只需要对水库溢洪道泄流能力进行复核即可。按照上述公式可知,本工程5%频率洪水最大流量约为264.25m³/s,1%频率的洪水最大流量为401.65m³/s,在其与时期,溢洪道的泄流能力基本上能够满足实际泄洪的需求【1】。
2.2拦河坝设计
抗滑加固是水库大坝除险加固设计的重中之重,对水库大坝而言,影响抗滑性的因素比较多,包括:水位降落期上下游坝坡的工况、260m稳定渗流期上下游坝坡的工况、265m稳定渗流期上下游坝坡的工况、水库大坝除险加固施工过程中上下游坝坡稳定工况等。在拦河坝设计中,如果水库大坝允许的安全系数,小于设计计算的安全系数,则表明水库大坝的安全标准符合要求,无需加固处理。如果小于安全系数,则表明该水库大坝正处于不安全状态,需要及时开展加固处理。
2.3坝基和大坝渗流
在水库大坝除险加固设计中,为准确获知大坝的渗流情况,在具体设计之前,需要对大坝的坝壳、心墙、基坝等结构的渗流系数进行全面分析和计算。设计内容包括:水库大坝的正常水位、洪水位、校核洪水位【2】。就案例工程而言,心墙的抗渗漏能力比较强,稳定性好。如果心墙连续性不足,就需要对土质坝基的稳定性进行重點分析。本工程心墙渗透比处于工程设计允许范围中,表明该水库大坝工程的渗透性比较好,目前还处于稳定状态。
2.4安全监测设计
安全监测设计是水库大坝除险加固设计的最后一步,也是比较重要第一步。无论是水库大坝除险加固施工,还是后期运行,都需要保证安全监测系统能够良好运行,以便及时获知水库大坝的运行情况,发现问题及时处理,提升水库大坝运行的安全性。因此,在水库大坝除险加固中,必须高度重视安全监测设计,以最大限度上提升水库大坝出险加固风险控制水平。在具体操作中,需要结合水库大坝实际情况,设计科学合理的安全监测系统,以便对水库大坝的溢洪道、拦水坝、检查孔、坝基等状态进行准确监测,为水库大坝出险加固工程措施的有效落实提供数据支撑。
3、水库大坝除险加固工程措施分析
3.1水库大坝培厚工程措施
大坝培厚是水库大坝除险加固的主要措施,其机理是通过增加坝体的厚度来增加坝体自重,提升大坝的稳定性。在案例工程出险加固中也采取了此种方法,设计采用护坡厚度为300mm。护坡由上至下为:干砌石护坡厚300m,碎石垫层200m,砂垫层100mm。根据实测资料,水库下游排水棱体顶现状高程13.45m~13.58m,低于下游最高水位13.79m,不满足规范要求,本次设计对原排水棱体进行拆除重建。本次设计下游坝体排水仍采用棱体排水,加固后排水棱体顶高程为14.30m,顶宽1.50m。
3.2大坝帷幕注浆施工措施
帷幕注浆施工措施,也是水库大坝除险加固常用的措施,可有效解决坝体裂缝、渗漏水等质量问题和安全问题。在采用此种水库大坝除险加固工程措施时,需要先进行现场施工布置,包括:布置供水系统、供电系统、灌浆系统等。尤其是为更好的满足帷幕注浆施工对用水量的需求,可在施工现场重新修建一个临时高位水池,通过潜水泵将水库中水输送到水池中,再由水池向浆液配制站和钻进供水。施工照明用电、灌浆泵用电、钻机用电、搅拌机用电等可以通过架设变压器的方法引入。如果附近没有电源,可配置柴油发电机,以保证供电的持续。
在帷幕灌浆施工中,需要对各道工序严格控制,先灌注主帷幕浆液,再灌注副帷幕浆液,按照逐步加密的原则进行施工。在相邻浆孔注浆时,先出浆的钻孔深度要比后注浆的钻孔深度高出15m以上。在坝土部分注浆时,可选择纯压入式填充灌浆,按照从上到下的原则,分段跟管钻灌。基岩部分可采用孔内循环灌浆法,以保证施工质量。
3.3检查孔施工和岩心鉴定
为验证水库大坝除险加固效果,当水库大坝出险加固结束之后,要按照设计标准和规范,静待一段时间之后,在异常位置布设一定数量的检查孔。利用布置好的检查孔进行压注入水试验。尤其是对帷幕体的防渗漏能力检测时,可进行压水试验。坝土体可采取注水试验,通过三段三点压水方法,以大于灌浆压力80%的压力,将试验水注入检查空中。每个检查孔都要做取芯试验,通过试验结果来判断水库大坝除险加固质量。当灌浆浆液和原坝体形成一个整体之后,表示本次水库大坝除险加固效果良好,如果检测效果不达标,需要重新做加固处理,以提升水库大坝的质量和运行的安全性。
参考文献:
[1]黄松,常倩倩.以某水库大坝为例探讨中小型水库除险加固工程措施[J].中国水运(下半月),2019,19(6):175-176.
[2]王福家.低弹模砼防渗墙在某水库大坝除险加固工程中的应用[J].陕西水利,2020,231(04):167-169.
作者简介:
马丛鑫,男,汉族,黑龙江双鸭山,1987年10月出生,本科,工程师,连云港市石梁河水库管理处,研究方向,水利工程生产运行。