水利大坝除险加固的设计与施工

吴 剑

(贵阳市水利水电勘测设计研究院，贵阳 550001)

1 大坝的基本情况

目前大部分水利大坝随着流水的不断拍打和侵蚀，大坝的石壁上已经出现了裂缝，坝堤的高低程度参差不齐，诸多这样的问题直接成为了大坝的安全隐患，如何对大坝进行除险加固，成了迫在眉睫的问题。

2 水利建筑中存在的缺陷

经过长期的运作，大坝多多少少也出现了质量上的缺陷，这直接影响了水利系统的正常运营。

2.1 没有满足坝体的规范要求

主坝的壳体和墙心的填筑压实度没有达标，在过去，对水库的大坝进行过实地勘察，通过实体建筑勘察，了解坝体的填筑情况。期间，通过钻孔，探井和物探类似的主要方式，进行测试，得到结论是大坝的平均的压实度为0.86，坝壳为0.91，很显然，这两个指数都没有达到要求的平均水平。另外，坝体土的均匀性很差，有的地方还有塌方的迹象，这对水利工程的安全形成一大隐患[1]。

2.2 坝基和坝肩

构成坝基和坝肩的岩石在随着时间的推移会受到一定程度上的腐蚀，对于产生的沙土泥渣要进行及时的清理，不然会有透水的现象，极大地破坏了大坝的安全性。

3 大坝除险加固的设计方案

3.1 坝顶和坝坡的设计

水库大坝的坝顶应该有排水系统，因此坝顶的排水设计可以让坝顶的坡度倾斜约20°，并且在大坝下游铺设路缘石，与排水沟相连。

大坝坝身的坡度应当与坝高、坝型、坝基和力学相结合进行定夺。同时还要依据坝身的载荷量科学的计算坝坡的渗流和稳定性，最后评定大坝是否符合稳定的标准。

大坝上游的护坡可以根据实际情况建设1个戗台，依据安全稳定，节约资源，便于施工的原则进行设计，打造成预制混凝土块，预制干砌石的护坡形式。

要注意的是，预制干砌石护坡要留有足够多的排水口和纵横缝，护坡底部要设有基座[2]。坝坡厚度要依据反滤和雨水风浪冲击拍打的要求设定。如图1所示。

3.2 主坝采取的加固措施

在风化的岩层里钻孔是很困难的，水坝的坝基在5～20 m时，可以采取帷幕灌浆的方式进行灌浆。防渗施工时必须保证墙心质量，一点也不能遭到破坏。主坝进行加固，首先要修筑全长为360 m塑性混凝土防渗墙[3]。如图2所示。

图1 预制干砌石护坡示意图

图2 帷幕灌浆防渗施工方法示意图

3.2.1 防渗墙设计

塑性混凝土是建构防渗墙的主要材料，所以在施工时，采用膨润土浆液固定墙壁，采用两钻法进行穿凿，再用混凝土泵送浇注。首先，在施工过程中先用冲击钻钻主孔。

3.2.2 帷幕灌浆设计

坝基如果出现风化岩，采取帷幕灌浆的处理方法，帷幕灌浆与混凝土连成一体，防渗墙内的钢管通过预埋产生，导致钢管底部产生了风化岩，这时最恰当的处理方式就是用帷幕灌浆的方法。

在防渗墙中间预埋管径为10 cm的钢管，间距与凿孔的孔距一样均为2 cm，用定位安装架固定预埋的钢管，主要是在凿孔，清孔之后，混凝土浇筑之前进行即可。

直径为20 mm的定位架由钢管连接而成，垂直方向距离定位架10 m。

钢管完成之后，开始对混凝土进行浇注，强度要达到设计的80%采用钻孔灌浆。

3.3 灌溉发电隧洞的建筑加固设计

外界环境的影响，导致洞壁岩石剥落的迹象，如果没有被及时清理，就会扩大剥落的程度，所以清理时要观察实际情况，注意周围是否也被波及到的范围。

外界微生物不断地腐蚀，导致钢筋外露，破坏了水利工程的稳固性，千里之体溃于蚁穴。做好钢筋的防护措施，避免腐蚀，另外，可以用环氧砂浆进行修补，稳固洞口。

3.3.1 环氧砂浆建筑设计

最能体现工程的稳固性，主要在环氧砂浆和混凝土以及钢筋外露的地方，清理坝基底部混凝土钢筋外露的地方，及混凝土表面的乳皮，露出新的糙滤面，但不能让糙滤面受到污染，以达到防止钢筋受到腐蚀。

施工的时候，修补部位进行凿毛处理，用钢刷在钢筋外露的地方反复刷，处理掉外露部位的污染物及锈迹。用棉纱泡过丙酮擦拭基面，到丙酮挥发掉，混凝土变白之后，再涂刷基液。

3.3.2 环氧玻璃丝布建筑设计

清理已经被腐蚀生锈的钢板并进行凿毛，按照环氧砂浆施工工艺在钢板上面涂刷一层10 mm的环氧砂浆，并在环氧砂浆上面黏结0.25 mm厚的环氧玻璃丝布，使用前先用肥皂液进行脱蜡处理，粘贴≥1 mm厚度的四层环氧玻璃丝布。

3.4 坝体培厚施工

坝体培厚施工包括基础开挖、堆石料填筑、风化料填筑和坝体反滤过滤料填筑等。

3.4.1 基础开挖

采用挖掘机进行基础开挖，必要时辅以人工清理，采用流水作业，开挖自上而下一次性完成。

通常施工工序是撒开挖线、清理场地、开挖、推土机集中、装运和弃土平整。

开挖时应当采用挖一段回填一段的方法，防止坝体产生新的滑动。

3.4.2 堆石料填筑

堆石料的填筑呈现为堆石料解小、石料运输、洒水、铺料、推平、碾压、质检与验收。

堆石料铺筑一般采用进占法，先使用推土机推平，然后人工找平。

为了保证碾压施工的质量，在碾压前应当适量洒水，进行振动平碾碾压，当空隙率和压实干容重满足施工要求后再进行下一层填筑施工，施工时要严格控制铺筑厚度、压实质量。

3.4.3 风化料填筑

风化料的一般填筑程序为风化料开挖、运输、洒水、铺料、推平、质检、下一层填筑。

3.4.4 坝体反滤过渡料填筑

反滤料填筑一般采用砂、碎石的混合料。为了确保反滤料能够和坝壳料平起填筑，在施工时应当先填反滤料。

铺筑施工时应当注意:反滤过渡料的含泥量、材质级配、有效宽度厚度、铺筑位置等均要符合设计要求，在施工过程中避免混入其他料物和杂物，反滤层内不得设置纵缝，反滤料的填筑层次不得发生错位，有效宽度不可以随意减小。

3.5 截渗、返滤、排水加固设计

大坝的坝体应该控制渗流量，使之处在一个合理的范围内，以达到水库渗流量稳定的要求。坝基和坝坡与防渗体连接必须符合抗渗的要求，通常可以采用高压旋喷混凝土墙混凝土截渗墙板、在上游坝脚处设置截水槽等方法进行坝基截渗。坝基截渗设计应当与坝体截渗设计相结合，选用较优的设计方案。

坝体的返滤和排水加固可以通过在坝体基部预埋钢管的末端渗流部位设置过渡层或反滤层，处理渗流溢出。

根据施工方法和材料用途，确定反滤层的厚度。在渗流溢出的部位设置排水管，可以通过贴坡排水法，综合采用坝顶、坝体、坝坡截水、集水、排水措施。

3.6 溢洪道加固设计

3.6.1 进水段

溢洪道进水渠段总长28.0 m，宽47.6 m，两侧采用直立式导墙。前段18 m导流设置为下潜式;后段接控制段导墙长10 m，顶部高程71.6 m;两侧导墙均采用C20埋石混凝土，导墙顶宽0.8 m，墙背坡比为1∶0.5。进水渠底板为现浇C20钢筋混凝土，底板高程为65.1 m，厚0.5 m。底板设有纵横缝。

3.6.2 控制段

溢洪道控制段长35.0 m，宽47.6 m，溢流堰堰型为宽顶堰，宽顶堰坎高1.0 m，斜坡式进口，堰顶高程66.1 m。

两侧边墙为C 20埋石混凝土重力式挡墙，顶高程71.6 m，顶宽0.8 m，墙背坡比1∶0.5，导墙迎水面层布钢筋网。

堰底板为现浇C 20混凝土钢筋混凝土，厚1.0 m。底设置有纵横缝及纵横排设施。

3.6.3 泄水段

泄槽段采用矩形断面，长100.00 m，宽47.6 m，纵坡i=0.196，泄槽边墙为C20埋石混凝土重力式挡墙，顶宽 0.8 m，墙背坡比为1∶0.5。

泄槽中段边墙高3.5 m，边墙上端接控制段边墙，下端接消力池边墙，底板为现浇C20钢筋混凝土，厚1.0 m。

底板设有纵横缝及纵横排设施。

3.6.4 消力池

消能防冲设施型式为底流消能，经水力计算，结合现状、地质条件确定消力池长41 m，深度3.8 m。底板为现浇C20钢筋混凝土，底板面高程46.5 m，厚1.2 m，迎水面层布钢筋网。

底板纵横分缝和设排水设施。消力池两侧墙挡墙采用C20埋石混凝土衡重式挡土墙，墙顶高55.7 m，顶宽 1.8 m，台宽 1.8 m，底宽 4.3 m，底部采用桩基础。消力池尾坎顶宽4.0 m，底宽4.0 m，高3.8 m。

4 结语

通过文章简短的介绍，初步了解了水坝的除险加固的措施，了解了水利工程进行除险加固会给当地和社会带来巨大的经济效益，加固除险除了能完善水利系统，同时也能提高水利工程整体的防洪系统，保障了人们的生命财产安全。

在施工管理中，要做到严谨的科学态度，对症下药，严格把握材料的选取和施工过程，确保每个环节都没不必要的错误，让水坝发挥最大的经济和社会作用。

[1]伯永年.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京:中国水利水电出版社，2001:7－8.

[2]牛运光.病险水库加固实例[M].北京:中国水利水电出版社，2002:2－4.

[3]华静，杨华舒，念红芬.病险土石坝防渗治理措施探析[J].云南水力发电，2005，21(04):21 －23.