海南水库除险加固设计方案优化措施

王培寿，惠帅先

（海南世佳工程勘察设计咨询有限公司，海南海口570226）

海南水库除险加固设计方案优化措施

王培寿，惠帅先

（海南世佳工程勘察设计咨询有限公司，海南海口570226）

在水利工程建设项目中，水库的除险加固是其中最为重要的一个环节。做好水库的除险加固工作对确保人民的生命、财产安全有着重要意义。海南省由于具有特殊的地理位置与气候条件，对水库除险加固设计方案进行优化也就显得尤为重要。本文对如何优化海南水库除险加固设计方案进行探讨，为今后水库除险加固工作提供技术支撑。

海南；水库；除险加固；设计方案；优化措施

海南省降水量较大，全年无论是降雨地点还是降雨时间都不均匀，海南省内河流都存在着长度短、坡度陡的特点，加之蓄水工程较少，经常会致使洪水来的迅速、退的迅速，这既不能保障用水，又无法有效控制用水，不但无法有效利用雨水资源，而且容易发生洪涝灾害，水库建设不但能最大限度的实现水资源利用［1］，而且能有效降低洪灾、旱灾的发生从而保障居民的生命财产安全。根据国家2013年“全国病险水库除险加固专项规划”的要求，海南省也对岛内多座病险水库进行全面检测加固，以最大程度提高水资源利用率并降低自然灾害带来的破坏性。

1 水库病险问题

海南省大部分水库都是20世纪建成，大部分都是土坝，由于受到当时经济条件及技术条件的制约，大坝的清基工作完成的不彻底（如图1所示），坝体也未能使用进退法碾压而是多使用平碾或者是羊角碾等人工予以夯实处理（如图2所示），压实度根本无法满足相关规范要求。就当前实际情况来看，这一类的水库一般都存在着防洪标准低，坝体、坝基出现渗漏，库区严重淤积，未设置坝脚排水系统或者存在滑坡现象等问题。就水库的溢洪道来说，也大多为临时溢洪道，有些虽然已经建立了永久性的溢洪道，但相关管理部门只是做了应急加固，并没有完善相关的水力计算，即使建设也依然无法达到设计规范要求；设计的泄洪量小，一旦遇到特大洪水，水库最高水位会接近坝顶，直接影响到大坝的安全运行。

图1 大坝清基工作示意图

图2 坝体夯实示意图

2 现场勘察

由于历史遗留因素，海南省大部分病险水库建库等相关资料已经不甚完全，而制定相应的加固优化措施，就必须要对水库的安全鉴定及核查建议等相关资料予以复核［2］。在对大坝是否出现渗漏问题勘察的过程中，需要将重点放在两坝肩上，检查是否存在着绕漏问题，同时对发现的渗漏问题进行判断，是属于正常渗漏还是非正常渗漏［3］。正常渗漏是指渗水问题发生在排水体上，且渗漏水经由排水体排出，水呈清澈状且渗漏量与水库设计允许范围相符；非正常渗漏则是指渗漏量远超出设计的允许值，或者表现为接触流土、接触冲刷、管涌等。

（1）溢洪道存在的病险。多为临时溢洪道［4］，另外就是溢洪道堵塞问题。对溢洪道进口的堵塞、两岸山体是否即将出现或已经出现滑坡问题进行勘察；检查进口段淤积是否已经影响水流通过，是否发生墙壁倾斜的问题；溢洪道陡坡段混凝土厚度以及钢筋保护层厚度是否符合要求，有无出现掉渣现象；同时对过流能力与防洪要求是否相符予以复核。另外，如若溢洪道与坝体过于相近，对其出水口是否可能会冲刷坝体坝脚或者已经出现冲刷坝体坝脚予以勘察。

（2）涵管存在的病险问题。由于实地勘察过程中，大部分水库水位很高，不能直接对涵管进口处勘察，只能从涵管出口表面大体把握涵管情况，或者通过向水库管理员询问相关信息，对涵管直径、渗漏水是否呈锈色以及接触点渗漏等问题予以综合勘察；同时，由于涵管年久失修、各种自然因素及人为因素，造成管体的破坏，最终出现裂缝、磨损，有些已经到了报废年限，存在较大的更新问题。

（3）启闭设施方面存在的病险问题。在勘察过程中，由于启闭设备老化，致使启闭机已经无法正常运行，操作过程中险象环生，存在极大的安全隐患；尤其是泄洪洞工作闸门启闭机在启闭过程中钢丝绳突然断裂导致闸门坠落的事故，更是会使闸门严重变形。

3 除险加固设计方案优化要点分析

3.1 地质勘察

对水库进行除险加固的一个重要依据就是地质勘察工作，它也是水库加固初步设计的一个核心组成部分。由于病险水库已经长时间持续运行，而且年久失修，大部分的坝基、坝体等部位已经存在渗漏、塌陷等一系列问题，而地质勘察资料结果的精准度直接决定着水库防渗加固方案的优化［5］。在地质勘探过程中，需要着重注意对渗漏部分以及渗漏范围的探查，提前做好渗漏量的估算，并对渗漏性质予以判断，分析是否存在着更大的渗漏可能性；同时，结合整个大坝的外观、发生渗漏情况以及机械设备入场等方面选择最佳的水库防渗加固方案。

3.2 水文计算复核

由于海南省水库大都未长期监测，实测流量资料较为缺乏，设计暴雨就是依据水文的综合图集结果或暴雨查看手册等，通过瞬时单位线与经验单位线方法对设计洪水进行推算。设计洪水也多以“海南地区设计洪水计算”为参考依据，以水库实际地理位置为基础，将水库的特征参数诸如坡降、变差系数、库容或河长等输入到软件中，对软件计算的最终结果予以复核，检查是否合理，如若复核所得到的最终计算结果偏差比较大，也就说明某一项参数选择有误或成果不合理［6］。例如将海南省陵水县明后水库作为选取对象，将其各个参数输入至软件中，该软件对单位滞时线m1的默认值为2.56，将此参数与各项参数一同计算，所得结果洪峰流量过大，该流域值与洪模值之间存在着相当大的偏差。而如若以水文手册为依据，选取该手册中设定的单位滞时线m1值，为0.98，以此来代替软件默认值2.56，再次与所有值一同参与计算，结果则表明该水库无论是洪模值还是洪峰流量都比较合理。由此证明，不能仅仅将软件技术所得结果作为水库实际唯一的设计参照标准。

3.3 加固方案的设计优化

3.3.1 大坝加固方案的设计优化

（1）大坝防渗加固优化方案。当前大坝防渗加固方案主要有劈裂灌浆、冲抓套井、砼防渗墙及高压喷射灌浆等。冲抓套井可再造土质防渗墙，主要应用在局部堵漏中，在形成防渗体后，由于其与坝体沉降不同步，容易发生裂缝，影响防渗效果，因此应用不普遍；劈裂灌浆则是在坝中线劈开坝体，于缝隙中灌注浆液，以此形成防渗幕墙，虽然其造价较低，但形成的防渗幕墙较薄，局限了防渗效果；高压喷射灌浆则是采用水泥浆与坝体材料混合，凝固后形成防渗体，具有较好的防渗效果；砼防渗墙则是通过置换法，在坝体形成一道砼防渗墙，其成槽工艺较多，各种成墙深度均有相应的成槽工艺，在国内也得到广泛应用。

同时，坚持上堵、下排的防渗原则［7］。首先，就上堵原则来说，重点是做好水平与垂直的防渗，垂直防渗方面主要包括帷幕灌浆、深层搅拌桩、混凝土防渗墙等方面，水平防渗则主要以黏土铺盖为主。这些都要以水库实际出现的病险作为依据，选择相应合适的防渗方法。实践证明，以此对水库进行加固，能够有效避免坝脚发生渗漏。其次，就下排原则来说，是指在背水坡坝脚处进行反滤体或减压井的设置，根据不同的渗漏情况选择相应的i、w、或y型导渗沟形式。

（2）坝坡护坡优化方案。坝坡护坡设计的优化方案形式较多，其中像草皮护坡就是最常见的一种护坡形式，同时也极具经济性，不仅可以取得较好的护坡效果，而且可以美化环境；填补翻修措施则较适合用于由于施工质量差而造成的局部脱落、滑动、塌陷等破坏处；加厚反滤垫层则是专门针对反滤垫层厚度不够而发生的护坡破坏；对于风浪较大、吹程较远且常发生破坏的护坡坝段，则可以采用浆砌石或者现浇混凝土的方式加固处理。

（3）坡脚优化方案。坡脚加固方案的优化设计在诸多方案中主要选择2种方式，即贴坡排水与棱体排水，贴坡排水具有构造简单、便于维修且节省材料等优点，其缺点则在于无法降低浸润线，容易受到冰冻的限制而失效，一般主要用于浸润线较低且工程下游无水的中等高度坝中；棱体排水则可以降低浸润线，避免坝坡的渗透及冻胀变形，保护下游坝脚不受到水的冲刷，常用于河床多水部分的下游坝脚处。

3.3.2 涵管加固方案的设计优化

水库的涵管加固通常使用新建涵管或内衬钢管。若选择原涵管内衬钢管，则要注意对土坝与涵管外壁相接部分的灌浆，以及在出口部分粘贴坡反滤体；如果选择新建涵管，则要注意由于土坝断面为梯形对涵管施加的负荷是不均匀的，所以在优化设计时需要将沉陷缝的因素也考虑入内，一旦涉及到断面的开挖，必须极大限度的控制台阶数量，同时保证老土体与新土体的完美结合；另外，若施工条件允许，也可直接挖除旧涵管，在坝肩新建输水隧洞。

3.3.3 坝顶的加固设计方案优化

坝顶加固设计除了需要考虑路面结构组成、整体施工情况之外，还需要将坝顶路面的排水情况考虑在内，下游需要设置与坝坡横向排水沟相接的排水口，使整个坝顶向下游倾斜保持2%～3%左右。并依据对坝顶高程的实际测量结果，如果设计坝顶高程与实际现状不符，宽度与设计规范要求不符，则可以通过削低坝顶的方法来解决（见表1）。

表1 2种小型水库坝顶设计宽度参照

3.3.4 溢洪道加固方案的设计优化

对水库除险加固设计方案的优化应遵循确保水库正常蓄水的基本原则。对溢洪道进行改建或扩建时，应该与实地的地质条件相结合，包括溢洪道的宽度、长度以及位置等，避免大范围的坝体扩挖，亦要避免对山体已发生滑坡处的扩挖。为防治坝脚受到水流冲刷或回流淘刷，应确保坝脚与下泄水流存在一些距离，采取相应的措施予以防护；就常用溢洪道堰型来看，对驼峰堰与实用堰进行比较，由于驼峰堰的流量系数值要高于实用堰，且泄流能力大，为满足安全泄洪要求，将堰型选定为驼峰堰。

4 结语

就水库除险加固时面临的可参考资料少、设计力量不足等一系列问题，在对水库除险加固设计方案进行优化时，必须依据实际的工作大纲，明确设计内容，并严格依据设计原则，选择相适应的加固方案，使水库病险加固工程能够顺利、安全实施，起到应有的除险加固效果。

［1］孙洪民.碾压土石坝水库除险加固工程地质勘探方法的探究［J］.水利水电技术，2014，45（4）：127-129.

［2］严祖文，魏迎奇，张国栋，等.病险水库除险加固现状分析及对策［J］.水利水电技术，2010，41（10）：76-79.

［3］保雪飞，卢昆生，向金宝，等.大坝防渗技术在某水库除险加固工程中的应用［J］.中国水利，2012，11（6）：40-41，46.

［4］马晓东.水库除险加固中帷幕灌浆技术的应用探讨［J］.中国水运（下半月），2011，11（10）：182-183.

［5］马健，武营军，丁晔，等.液压抓斗造塑性砼防渗墙在梅铺水库除险加固中的应用［J］.探矿工程-岩土钻掘工程，2010，37（8）：64-66，69.

［6］曾繁运.浅谈塑性混凝土防渗墙在水库除险加固中的应用［J］.科技信息，2012，25（33）：825，789.

［7］刘永堂.土工膜与灌浆在水库除险加固中防渗的优缺点［J］.低碳世界，2014，23（14）：122-123.

TV698.2+3

B

1672-2469（2015）12-0103-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.036

王培寿（1983年—），男，工程师。