浅析小型危险水库除险加固工程措施

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唐山是个多水库的城市，共有大、中、小型水库155座，其中大中型水库有6座，小型149座，几乎全部分布在山区。近十几年来，由于上级领导的重视和国家对水利投资的加大，唐山的所有大、中型水库分别得到了不同程度的加固治理，防洪标准有所不同程度提高。然而，其它的小型水库多数是二十世纪六七十年代群众运动的产物，属于典型的“三边工程”，又经过几十年的长期运行，大多数小型水库都存在大坝坝体、坝基、坝肩漏水；水库放水洞和溢洪道年久失修，不能正常运用，有水不敢蓄的问题，如不及时发现问题并及早采取除险加固措施，就会极大地限制唐山市现代化的发展步伐，尤其对农业现代化的制约更为明显。
    2、小型水库的调洪验算
    小型水库的调洪验算在小型水库的设计中尤其重要，水库调洪均可以采用求解水量平衡方程近似积分式和泄流能力曲线两联力方程式。但由于各地水文地质情况不同，各地多以本地区的水文实测资料为主要依据，参考调洪资料，结合自然地理特性，制定出符合各地实际情况的暴雨和洪水曲线和经验公式。下面以唐山地区某小型水库为例：
    首先计算该水库300年一遇24h 的暴雨，采用公式Htp=Kp·Ht
    式中  Htp－－不同历时任一频率的暴雨量；
    Kp －－ 模比系数； 由《唐山市水文手册》查得
    Ht －－ 多年平均最大t时段暴雨量； 由《唐山市水文手册》查得计算洪水总量，采用经验公式W=0.1R·F
    式中  W －－洪水总量；  万m3
    R －－ 洪水径流深；  mm   由《唐山市水文手册》查得
    F －－ 流域面积；  Km2   F=27 Km2
    由该水库的蓄水量～水位曲线图查得最大洪水总量对应的库水位，从而确定泄水建筑物底高程。
    然后计算洪峰流量、洪水历时并绘制洪水过程线，分别采用公式：
    Qmp=(Cp·F)/(F+2)0.4   (1     式中  Qmp－－某一频率的洪峰流量;   m3/s   
    Cp －－ 某一频率的洪峰模系数;   
    T  －－ 洪水总历时;   h
    Tg －－ 涨水历时;   h
    J  －－ 河道比降;   ‰
    由以上数据可以清楚知道最大洪峰流量、洪水历时并绘制洪水过程线。
    最后用Д.И.高切林公式qm=Qm(1-V/W)计算水库最大出流量
    式中  qm－－  经调节后水库最大出库流量；  m3/s
    V －－  水库溢洪道底以上至设计最高水位间滞洪库容；  万m3
    这样就可以通过放水洞和溢洪道来调控水库，确保水库安全度汛。
    3、小型水库的除险加固措施
    除险加固措施有多种，可以具体问题具体分析，根据每个小型水库的实际情况，分别采取切合实际的除险加固措施。现在针对小型水库存在的主要问题，介绍一些工程中经常采用的典型的措施方法。
    3．1大坝迎水面喷锚措施
    小龙潭水库位于陡河滦县境内，1970年动工兴建，1972年竣工，水库建成试蓄水时就漏水。从1976年到1994年，曾先后组织8次堵漏灌浆，起到一定的作用，基本解决了两坝头绕渗问题，但没有彻底根除坝体漏水。1995年月10月2日，当水库蓄水量达到490万立方米，水位115.5米时，坝体突然出现3处明显漏水点，位置在沿坝线第二、三道伸缩缝处，第二排观测孔与91.5米高程线相交处，漏水量从15立方米/小时增加到77.6立方米/小时。针对上述漏水情况，96、98两年进行了帷幕灌浆，灌浆效果仍不很明显，坝体渗漏问题仍未解决，经过分析比较决定对大坝迎水面实施喷锚措施，具体施工工艺如下： 
    清基清坡面：先将迎水坡坝基处的淤积泥土清除，将坝根的岩面清理干净，在岩面做凿毛处理，然后将原坝坡护墙上的砂浆面清除，露出浆砌石面并做清面处理。
    埋锚挂网：在迎水坡护墙面，坝基岩面、两坝头岩面按梅花形排列埋设系统锚杆。钢筋网网格20cm×20cm。选用直径Φ10mm的钢筋为宜。用焊接方式与锚杆连接。
    喷混凝土：喷混凝土采用湿喷，将拌合好的丙乳豆石混凝土和水拌匀以后送到喷嘴处，再添加液体速凝剂，用压缩空气补给能量进行喷射。两坝头、坝基连接的喷面长度以坝体基岩连接处以5米为宜。
    3．2大坝坝体帷幕灌浆措施
    苏朗峪水库位于迁西县境内洒河上，系小（二）型水库，于1975年开始兴建，1977年完成。坝型为浆砌石拱坝。水库属70年代群众运动产物，施工时大坝砼防渗心墙采用人工振捣，造成砼心墙振捣不实，导致水库建成蓄水后坝体渗漏。漏水部位在死水位至正常水位之间，当水位超过死水位3米时，坝后呈潮湿状；水位超过死水位5米时，坝后出现细小明流；汛期水位达到正常水位时，坝后部分段呈射流状；冬季坝后结冰受冻融破坏，背坡坝面浆砌石勾缝部分脱落。
    针对坝体漏水问题，经过方案比选最后决定采取坝顶心墙垂直钻孔灌浆。方法如下：单排布孔，孔距2米。钻灌分三个施工次序，先钻灌第一孔序（孔距6米），再钻灌第二孔序（孔距4米），最后钻灌第三孔序（孔距2米）。采用150型钻机钻孔，孔径75mm，孔深达到漏水高程死水位以下1.5米，灌浆水泥标号采525#水泥。
    3．3土工膜和粘土水平防渗措施
    同胞峪水库位于迁西县境内，属横河系，系小（二）型水库，坝型为粘土斜墙坝。该水库是七十年代群众运动的产物，水库兴建时大坝基础未清到不透水基岩上，导致水库建成蓄水后坝基漏水严重，潜伏着安全隐患。开始准备在坝脚前做粘土截渗墙方案，但在开槽时出现流砂现象，正常情况不能开槽，经建设单位建议决定改为水平防渗措施，具体措施如下：
    对100米长的坝基在坝前做土工膜铺盖水平防渗。具体做法如下：首先将库水排干，在大坝迎水坡脚上游40米范围内找平库底，并在距大坝坡脚40米处挖一道深1.0米、宽0.5米的沟用来固定土工膜，然后铺设20厘米厚细砂垫层，垫层上铺设土工膜（两布一膜），其规格为300g/m2，最后在土工膜上铺设20厘米厚细砂做为保护层。
    对于水库左坝头迎水面400 m2范围内做粘土水平防渗工程，具体做法：先用推土机找平，然后在找平层上铺设1米厚的优质粘土，粘土层应分层碾压，达到规范要求的密实度，粘土层应与坝体内的粘土斜墙结合密实，最后在粘土层上铺设1米厚土料作为保护层，防止水库无水或少水时牲畜的破坏。
    3．4粘土截渗墙垂直防渗措施
    后韩庄水库位于迁西县境内，属滦河流域长河系，系小（二）型水库，坝型为粘土斜墙坝。水库兴建时，大坝基础未清到完整基岩上，水库建成蓄水后坝基就严重漏水，1978年曾在坝后做了排水反滤导渗工程，虽然缓解了险情，但渗漏问题仍未完全解决，依然潜伏着安全隐患。鉴于该水库粘土斜墙坝型和投资问题，根据漏水部位及漏水原因，决定采用坝前粘土防渗墙措施。
    具体做法如下：在迎水坡脚处开挖截渗槽，深挖至不透水基岩以下0.5米，探测平均深约为4.0米，截渗墙厚选用坝前水深10米的0.2倍，即2米。而后采用人工回填粘土并分层夯实，截渗墙与原粘土斜墙结合为一体，结合厚度为1.5米。
    3．5水库放水洞及其启闭设施损失采取的措施
    大河局水库位于遵化市境内沙河上。放水洞全长126.5米，洞径Φ1.5米，后100米为直径Φ0.8米的钢管，钢管进口处用砼浇注，放水洞最大泄量5.45立方米/秒。自水库建成至今，放水洞压力管道及闸门运行20多年，由于维修资金短缺造成年久失修，钢管锈蚀严重，再加上养护管理不善等原因，放水洞钢管已出现多处漏水，闸门丝杆发生严重变形，致使闸门启闭困难。
    经治理后放水洞100米长压力钢管段，更换成DN800毫米、壁厚10毫米的新钢管。首先将钢管进口段与放水洞衔接处的砼凿除，再将钢管上边的土料清除并开挖成1.5米宽2.5米深的沟槽，换成新管，然后再将新钢管与放水洞衔接处用砼重新浇注，钢管上面仍用土料进行填筑并夯实。同时将放水洞闸阀更换成Z945T-800的电动钢闸阀。
    3．6溢洪道损坏问题采取的措施
    八里铺水库位于迁西县境内的横河水系上，系小（二）型水库，溢洪道为岸边开敞式，堰顶高程23.8米，设计堰顶宽度9.1米，设计最大泄流量30秒立方米，经核实现有溢洪道未达到上述设计标准。为保障安全度汛，对其80米狭长溢洪道做开挖扩展处理。加宽溢洪道3.25米，达到设计宽度8.25米，平均开挖深度8米，溢洪道最大过水深度1.7米，达到小（二）型土坝设计标准，200年一遇，泄洪能力28.2秒立方米。
    4、结束语
    唐山市小型危险水库除险加固工程实施后，能够确保水库安全度汛，正常蓄水，发挥其应有的防洪社会效益和经济效益，大大保证了水库下游广大人民群众的生命财产安全，对于发展农村水利和农业现代化具有积极的意义。