小型水库除险加固工程设计探讨

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

1． 工程现状

小型水库的经济效益比较显著，这是公认的。这些水库主要是为农业生产提供灌溉水源，也为人民生活用水和工业用水提供水源，同时为防御洪水灾难也发挥了一定的重要作用，近年来越来越受到养殖业青睐，利用水库养殖业已成了一项专门行业。然而，由于各种原因许多水库都不同程度存在一些病险问题，尤其是上世纪50-70年代不平凡的特定的历史条件时期由群众投劳建成的水库尾工和隐患较大较多，一直是水利行业长期治理完善的重点之一。

这类水库分布区域广、多偏僻、坝型多、老化失修、欠完建、病种多、防洪标准低，工程本身质量差，存在不同程度的渗漏，放水系统破损无法正常起闭，蓄水不正常，绝大部分工程带病运行且由村组级行政领导代管，达不到有关规程规范的要求，多位于深山狭谷的高位溪沟中，险情大，形成的这些大量病险水库，不仅造成水库不能正常运行，不能充分发挥其效益，而且还严重威胁到下游人民生命财产的安全，对其进行除险加固处理迫在眉睫。

2． 存在问题

由于全县的大多数水库建于2O世纪50年代后期至7O年代初期，多属“ 无”或“三边”工程。因此，中小型水库存在很多问题：

① 病险率高，病害严重。据调查，全县现有小型水库均有不同程度的险情。防洪标准低、大坝渗漏、裂缝和坝坡滑塌、溢洪道泄洪标准不够、放水建筑物不能发挥正常功能等问题普遍存在。5座小(一)型水库和22座小(二)型水库的防洪标准达不到部份除险加固非常运用标准。

② 缺乏大坝安全观测、水情测报和防汛抢险设施，工程盲目运行，极易失事。

③ 管理工作薄弱，特别是乡村管理的小型水库，日常管理和养护工作无人负责，安全管理责任无法落实。

3．小型水库病险原因分析及对策

3．1 坝基渗漏

很多病险库都存在坝基渗漏问题，究其原因有很多，但大多数病险水库是在上世纪5O至70年代建成，属于“三边”工程，对坝基没有很好地按技术要求进行处理，不是清基不到位导致坝基与坝体接触面成为渗水薄弱环节，就是截水槽的开挖深度不够，留下了渗水通道，或者坝体填筑标准不够，压实度根本满足不了设计要求，给坝体稳定埋下安全隐患。有些水库的坝基渗漏是因为坝基位于覆盖层上，而覆盖层的渗透系数大，允许渗透比降较低，原设计的坝基截水槽或者其它处理措施的深度没有达到相对不透水层或者截水悬挂帷幕的深度不够，不能有效的阻止渗漏或延长渗径，甚至就根本没有进行坝基处理。针对这些情况，可结合覆盖层的深浅、库区情况、附近粘土料源实际进行垂直截渗或者水平铺盖。如果覆盖层很厚，而附近又有丰富的粘土料源，施工没有太大困难，则采取水平铺盖是比较适宜的；相反，如果附近没有粘土料源，覆盖层又较薄，采取垂直防渗的优越性就比较明显。 垂直截渗墙的方案选择中，还应根据覆盖层的颗粒级配情况，施工场地情况，结合经济指标分析进行选择。如覆盖层为砂卵石，厚度超过30m，选择混凝土截渗墙比较稳妥；如果为粉细砂，厚度又较小，则采用高喷灌浆即可。例如同裕水库和横陂水库就采用了高压旋喷灌浆对坝基进行加固，效果良好。

3．2 坝体渗漏

坝体渗漏多由于坝体填筑材料或者填筑标准不符合要求，密实度不够，渗透系数偏大。针对类似这种情况，采取如下三种措施比较适宜：

①对坝体采用高压旋喷灌浆造墙，或采用冲抓套井回填粘土造墙，来切断坝体内上、下游的渗水通道，以防止坝体渗漏。例如同裕水库和横陂水库就采用了高压旋喷灌浆对坝体进行加固，效果良好。

②首先应对坝体进行必要的充填灌浆，增加坝体的密实度，然后在坝体上游坡铺设复合土工膜，要注意处理好土工膜与坝基的结合部位。

③采用劈裂灌浆，劈裂灌浆利用了坝体填筑的自然应力状态，是一种既节约又效果良好的措施。对于坝体填筑标准不符合要求的，可以劈裂两排，不但可以在两排之间形成很好的防渗层，而且因为其灌浆压力较大，还可以在两排灌浆孔以外的一定范闱内，对坝体起到较好的加固作用。另外，还可以将坝基一定深度劈开，对坝体和坝基的结合面也起到很好的防渗作用。

④根据工程的具体情况，采取往上游坝坡贴防渗斜墙、铺设复合土工膜、加大坝体断面等措施。例如大屋水库的坝体加固就采用了临水侧铺设复合土工膜和培土加厚的措施，效果良好。

3．3 坝体稳定不满足规范要求

常见的原因有上游坝体渗透系数太小而坡比较陡，浸润线偏高，坝体断面偏陡等。根据规范规定，坝体稳定应对正常运行期的上下游坝坡、水位骤降的上游坝坡、一定蓄水位与地震组合的上下游坝坡、施工期上下游坝坡进行抗滑稳定验算。

如果上游坝体渗透系数太小而坡比较陡，使得在水位骤降工况下，上游坝体内的水不能及时排出坝体，增大了土体重量(此时一般为饱和容重)，由于含水量大而减小了凝聚力和内摩擦角，从而造成上游坡失稳，处理措施一般是减缓坝坡。

如果浸润线偏高，说明坝下游坡脚的排水不畅，坝体各层之间的渗透性不完全符合逐渐增大的原则，处理措施主要是增加坝体内部排水和坝坡脚排水体，一般采用贴坡棱体排水。当然也可放缓坝坡，但往往不经济。例如同裕水库加固工程，因原下游坡脚被小鱼池堵死，导致下游坡脚排水不畅，通过可放缓坝坡与坝脚之间设置导渗沟，增加贴坡排水棱体，使排水口外露，彻底疏通了排水通道，除险加固以后，运行良好。

坝体断面偏陡一般采取的措施是加培断面，如果工程实际情况允许，结合技术经济指标分析，也可住下游加培。需要注意，在这种情况下应复核施工期坝坡稳定。除险加固后，水库运行良好。

3．4 溢洪道布置不合理、泄洪标准不够

多数病险水库的溢洪道设计平面布置不尽合理，这种情况多出现在岩石基础上，由于多为人工开挖，所以经常按照岩体的坚硬程度变化，随意性较大，很少能按设计断面与线路完成施工。尤其是控制段的堰型，即不是WES堰，也不是直坎宽顶堰(驼峰堰非常少见)，梯形的断面型式居多，这与当时的施工水平也有很大关系，造成泄洪时流量系数和过水断面不够，从而泄洪能力不足。

常见的问题还有纵剖面设计、消能设施设计不合理，甚至无消能防冲设施，空蚀破坏严重，经常是泄一次洪就被破坏一次，坡与坡的衔接、泄槽与消力池的衔接非常的不合理，又没有补气措施，所以经常空蚀破坏。

溢洪道的泄槽底板下的排水措施很薄弱，有的根本没有排水系统，从而泄洪时造成失稳破坏。

针对以上情况，应该根据《溢洪道设计规范》(SL252—2000)，结合工程实际情况，对平面布置、控制段、泄槽、排水、消能设施等进行系统设计，结合水库调洪，认真复核泄量，使其满足现行规范要求。

3．5 放水设施老化失修，不满足原设计要求

这种情况多出现于病险水库，原工程绝大多数为放水卧管，年久失修，淤积严重，不能满足放水要求，一般应废弃原放水卧管，另建放水斜管和放水隧洞。但要充分考虑水库淤积发展对放水的影响。

3．6 其他常见病害

其它常见的病害还有：上游坝坡无护坡、下游坝坡无排水或者排水系统不完整、坝顶宽度不足、坝顶高度不够、背水坡脚无反滤、无监测设施等等，针对这些问题，应该根据工程等级，严格按照《碾压土石坝设计规范》(SL274—2001)进行完善设汁，这里不再累赘。

应该说明的是，不论什么病害，均应认真分析原因，结合工程实际，进行详细的技术经济比较后合理选择方案，不能盲目或者主观的采取措施，避免采取的措施不力，造成投资浪费。

除上述工程措施外，还应强调的是，应加强对监测资料的整理和分析，为工程的安全运行提供科学依据；加强非工程措施的投入和管理，对施工质量的管理和加固后工程运行的管理。

4．结 语

小型病险水库数量多、病险程度严重。先做好小型水库除险加固工作对促进地区经济发展，保障社会稳定意义重大。而要做好除险加固设计，是要对病险水库除险加固工作现场调查，为除险加固设计方案提供工程依据，这样才能达到病险水库除险加固的目的。