小型水库除险加固工程技术分析研究

小型水库除险加固工程技术分析研究

刘崟

滁州市水利勘测设计院安徽滁州239000

摘要：小水库除险加固工程主要是对水库枢纽建筑物进行加固，具体包括三个方面的内容：一是大坝，二是泄洪建筑物，三是输水涵洞。具体措施应在对水库存在问题进行相关复核后，通过比选以确定相应的加固措施，防止管理运行条件改变后坝体失稳或溢洪道泄流能力偏小，可能形成洪水漫溢造成的垮坝失事。本文主要介绍土石坝小水库常规加固措施，通过多方面研究分析，为类似工程加固提供参考。

关键词：除险加固；防洪安全；防渗方案；措施

1.1大坝加固

1.1.1大坝防洪安全加固

水库加固前首先应根据《防洪标准》确定水库的洪水标准，复核大坝坝顶高程是否满足防洪要求。通常采用2种工程措施来提高水库的防洪能力，一是加高大坝提高水库的防洪能力，二是拓宽溢洪道，增大泄流量。

（1）大坝加高

1）在坝顶上游坝肩新建防浪墙。防浪墙主要功能是防止风浪翻越坝顶，在某些情况下还要有挡水功能，因此防浪墙的结构型式及尺寸应根据强度、稳定等要求确定，其基础和大坝防渗体要求紧密结合，同时尽量做到外型美观，它对于提高大坝外观有很好的效果。防浪墙需设置伸缩缝，做好止水，一般高出坝顶1.0m~1.2m。

2）利用土料加高大坝。通常有2种加培方式，一是采用在大坝下游坡加高培厚土料的方法，对土料的要求不高，可采用粘粒含量较低的壤土或透水性较好的砂性土回填，施工较方便，且不需要放空库水，可以保留水库一定的灌溉、水面养殖、城市供水及生态等方面的效益；二是结合防渗，采用在大坝上游坡增设粘土斜墙加高培厚的方法，这种方法实施时，由于小水库库容较小，一般放空水库库容，再进行粘土加培，对土料要求较高，同时需控制好施工质量。

（2）溢洪建拓宽

一般小水库溢洪道多采用自由出流的堰流或者明渠型式。为提高溢洪道溢洪能力，应根据地形条件，在不降低现状溢洪道堰底高程，不减少水库兴利库容和工程效益的前提下对溢洪道进行拓宽。同时要注意对进口水流条件的改善和提高控制段下游的过水能力，使溢洪流量增加后能相互适应，不致形成冲刷和漫溢。

1.1.2大坝防渗加固

大坝防渗加固可以减少通过坝体和坝基的渗流量；降低浸润线，增加下游坝坡的稳定性；降低渗透坡降，防止渗透变形。防渗加固是水库除险加固中的关键环节，对水库除险加固有着重要的意义。防渗加固主要有如下措施：

（1）粘土截水槽：一般布置在大坝的底部，横贯整个河床并延伸到两岸。

（2）劈裂灌浆：是指沿坝轴线附近布置灌浆孔，以建立连续的防渗帷幕，通过压力泥浆的劈裂、挤压、渗透、充填、湿化固结，解决坝体的渗透稳定和变形稳定。

（3）粘土斜墙：是在大坝上游坝脚设置粘土截水槽，截水槽底部与不透水层具有良好结合，大坝与粘土斜墙形成一体的防渗方案。

（4）粘土井柱：是利用冲抓式机具，在土坝渗漏范围内造孔，将坝身原本杂填土用冲抓机具挖除，形成垂直的孔洞，再将粘性土回填挤实，孔与孔相连形成一道连续的粘土心墙。

（5）帷幕灌浆：是将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成连续的阻水帷幕，以减小渗流量和降低渗透压力的灌浆工程。

（6）多头小直径深层搅拌桩：是自坝顶顺轴线方向布置，利用深层搅拌机将水泥浆体高压喷射进土体，旋转钻头的同时搅拌浆液，形成由一系列桩柱体互相搭接而成的起防渗作用的连续墙体。

（7）土工膜防渗：是一种土工合成材料，将土工膜铺设在需要防渗处理的坡面上进行防渗，具有较好的防渗效果。

（8）混凝土防渗墙：是沿大坝坝轴线方向建造的一道起防渗作用的连续墙。可建在坝体中，也可深入到基岩以下一定深度，以截断坝体和坝基的渗漏通道。

1.1.3大坝坝坡稳定加固

坝坡较陡、库区水位骤降，坝体土料含水量变化，土料力学性能改变或坝基施工质量差，蓄水后产生顺软弱夹层的整体滑动，都容易导致坝体失稳。坝坡的稳定加固主要采用以下几种方法：

（1）坝坡稳定加固

土石坝坝坡的稳定加固，分为下游坝坡的稳定加固和上游坝坡的稳定加固；主要有加培土方放缓坝坡法和抛石压重及削坡放缓坝坡法。

①下游坝坡的稳定加固：可以采用下游坝坡面清表后加培土方使坝坡坡比变缓，其下部培土料应采用透水性好的材料，以利降低下游坝体浸润线，并在坝脚增设贴坡排水。对下游坝坡抗滑不稳定由浸润线较高原因导致的问题，应采用防渗措施降低浸润线。

②上游坝坡的稳定加固：当水库能放空库容时，可以采用在上游坝坡加培土方来使坝坡坡比变缓，一般采用比原坝坡透水性好的材料，以利于水库水位发生骤降时坝面的排水。有的水库加固无法放空库容时，水下加培土方部分无法碾压夯实时，一般采用抛石压重坝脚的方法使上游坝坡稳定。对上部坝坡局部偏陡的稳定问题，可采用削坡法使坝坡放缓。

（2）护坡加固

土石坝上游护坡型式可选用干砌块石护坡、浆砌块石护坡、预制混凝土块护坡及现浇混凝土护坡，根据当地材料情况进行技术经济比选，可选用不同的护坡型式，并加设垫层，同时做好安全防护措施；下游坝坡护坡有植草皮护坡、框格植草皮护坡等型式。对于具有生态功能的水库，其上游坡在校核洪洪水位以上可选用草皮护坡，使水库生态性及亲水性更强。

1.2溢洪道加固

小水库溢洪建筑物主要型式为开敞式明渠或堰流，建筑物安全加固主要是因为建筑物自身现状存在安全隐患或由于洪水位变化、单宽流量增加、流速加大等原因，使流态改变而造成溢洪建筑物或坝体的破坏。溢洪道加固主要从以下几个方面考虑：

（1）首先要根据溢洪道建筑物的级别，确定溢洪道的消能防冲标准；而且还需考虑遭遇低于消能防冲设计洪水标准的洪水泄洪时，溢洪道可能出现的损坏情况。

（2）对溢洪道布置靠近坝肩时，应重点加固溢洪道进口段、靠近坝体一侧及出口段，下泄水流回水不得冲刷坝脚。对溢洪道位于大坝坝体中部的，消能防冲洪水标准应提高至大坝设计洪水标准，确保大坝防洪安全。

（3）溢洪道进口渠底可采用干砌石、浆砌石或混凝土等进行衬砌，衬砌厚度可按照构造要求确定。

（4）控制段堰型可选用开敞式宽顶堰、实用堰、驼峰堰等型式，应根据水流、地形、地质条件等比选确定。开敞式溢流堰宜优先选用，因为它有较大的超泄能力。

（5）泄槽段底板的厚度应考虑沿轴线的水流特点、地质情况，并根据相关工程经验进行确定。泄槽底板的厚度原则上不小于0.3m。

（6）消能防冲段设计应综合考虑地质条件、河床的抗冲能力、下游水深等因素，通过技术经济比较，选定消力池的型式。

当消力池出口区地质条件较差时，可设置海漫和抛石防冲槽等。

（7）溢洪道出水渠应适当整修，确保下泄水流顺畅，避免冲刷坝脚。

1.3输水涵洞的加固

一般小水库的输水涵洞多采用涵管，过水断面积比较小。水库输水涵洞多用作灌溉及放空库容使用，涵底高程较低，因此一旦发生险情，处理比较困难，在水库加固设计中要认真细致地做好分析研究。根据水库输水涵洞病险问题不同的形成原因，结合已实施的加固工程经验，一般采用如下加固方案：

（1）对于小水库病险问题为由基础不均匀沉陷导致断裂的输水涵洞，一般采取拆除重建的处理方案。对涵洞底部进行地基处理，涵洞四周增设防渗截水环，以截断渗漏通道，防止出现接触渗漏。

（2）对于断面较大的拱形涵洞，有条件进入洞内施工的，可以在洞内增加素混凝土或钢筋混凝土衬砌，采用高压喷浆的方法进行施工。

（3）如涵洞存在接触渗漏，可以在进口进行加固，增做混凝土防渗截水环，并采用粘土进行回填，出口设置反滤导渗。

（4）一般涵洞应当在水库处于高水位时检查，并在枯水季节低水位时加固处理。施工前应有充分准备和周密的施工组织，不影响工程效益的发挥。

1.4水库除险加固的意义

随着水库建设的发展，水库安全越来越受到国内外重视。病险水库不仅不能正常发挥效益，而且存在较高的运行风险，严重威胁人们生命财产安全与社会的可持续发展。因此，病险水库进行除险加固对确保大坝安全和公共安全具有十分重要的意义。

参考文献：

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