中小型病险水库大坝除险加固技术研究

赵修斌

（盛源鑫项目管理股份有限公司 710016）

中小型病险水库大坝除险加固技术研究

赵修斌

（盛源鑫项目管理股份有限公司 710016）

我国是目前世界上拥有土石坝最多的国家之一，其中中小型水库大坝以土石坝为主要坝型。土石坝工程在防汛抗旱等工程中起到了重要作用，推动着人类工农业的发展，但由于各种客观条件原因的限制，使得土石坝存在严重的质量缺陷，影响到了人民的生命财产安全。因此本文通过一个工程实例对中小型土石坝危险性进行分析，提出了一套加固设计方案，通过工程实例进行了验证，具有一定的可靠性，希望该设计方案对同类型工程起到参考作用。

中小型病险水库；除险加固；加固要点；防渗设计

某水库以灌溉为主，总容量为1143万立方米，年平均径流量为1453.2立方米，其水库大坝坝址以上的控制流域为17.3平方千米，兼顾汛期防洪和人们生活等功能。水库建于1967年，为当地的农业发展和社会经济的发展起到了重要作用，由于技术和经济原因，使得其质量缺陷日益暴露，并危及到下游人民的生命财产安全，在当地政府的组织下对其虽然进行过几次加固，但效果扔不能然人满意，因此被列为了该省病险中型水库名列。

1 大坝除险加固必要性

经过对该坝体进行现场考察发现概水库大坝存在多重安全隐患，在坝顶多处出现了裂缝，同时在对防浪墙也没有设置伸缩缝，收到周围环境的影响，挡土墙产生了隆起膨胀变形，严重影响到安全性。经过专家评估分析，水库北边的山体具有较大的滑坡可能性，且当滑坡产生后将直接进入水库溢洪道，堵塞溢洪道，使发生洪水时严重影响水库大坝的安全。由于施工质量问题，在输水涵洞内表面处，混凝土表面蜂窝明显，麻面严重，冲刷严重，特别是在洞底。各个阀门因为锈蚀风化老化等原因启闭困难。在坝顶的防汛公路也因为受到上文提到的滑坡体的影响，对出现险情时的防汛工作带来不利影响，隧洞出水节制闸也和输水涵存在同样问题，蜂窝、麻面、露石、孔洞等缺陷。所以根据相关规定和要求，对该大坝必须进行除险加固。

2 除险加固方法介绍

目前长财用的除险加固方法有两种，混凝土防渗墙技术和灌浆法，二者都是对坝体进行垂直防渗。混凝土防渗墙技术是在掏槽孔内注浆防渗，具体是利用特殊的掏槽机械设备在坝体上进行掏槽，是两边到达坝体两岸的稳定基岩层或防渗层，掏槽底部到达稳定防渗基岩段，施工中为了防止塌孔，在注入混凝土之前在掏槽孔内注满泥浆，再当注混凝土时将导管插槽孔底部进行注入混凝土置换出泥浆，达到坝体防渗的目的[1-3]。该方法环境适应性较强，在各种复杂底层中都可满足要求。灌浆法则是向被灌地层中预先打入套管，将制备的浆液通过高压泵注入地层中，堵塞孔隙、裂隙或溶洞，阻断透水源，达到防治目的，该方法中的地层通常宜为砂卵石、溶洞或裂隙较大的基岩等。

3 除险加固方案选择

对本工程进行分析，在该大坝加固方案主要采用以下两种，抓斗法造混凝土防渗墙结合帷幕灌浆和高压摆喷灌浆防渗墙结合帷幕灌浆。抓斗法造混凝土防渗墙结合帷幕灌浆方案采用抓斗法造混凝土防渗墙处理方法对坝体填土和坝基覆盖层进行防渗处理，处理长度为367m，防渗墙厚度为0.6m，墙体底部深入到稳定基岩0.5m，坝体中轴线位于墙体悲凉1m处，进行帷幕灌浆时帷幕孔中轴线与防渗墙的中轴线重合，按一排布置，孔距2.5m，布置150孔，总长度为灌注范围为375m，具体的灌注深度根据施工实际情况进行确定。在方案II中采用高压摆喷灌浆防渗墙结合帷幕灌浆进行处理，该方案采用二管高压摆喷灌浆防渗墙对坝体填土及坝基覆盖层进行防渗处理，防渗板墙位置设计与方案I相同，处理范围也相同，进行帷幕灌浆时与方案I比较，在基岩段时采用旋喷方式，以旋喷固结体作为坝基帷幕灌浆的压顶板。通过综合分析，对两种方案进行比较，方案一工艺较为先进，投资少，因此本工程中采用方案一进行大坝除险加固处理。

4 防渗加固技术要点

（1）确定灌浆帷幕厚度

根据坝体地基基岩段岩石性质的不同，选择帷幕的布置方式（选用单排或双排帷幕），当采用单排帷幕时，帷幕宽度一般可采用孔距的 0.7-0.8倍进行计算。或者采用公式T=H/J进行计算，式中H为最大设计水头，m，T帷幕的允许比降。

（2）防渗处理后渗流计算

在防渗处理后渗流计算中通常采用理正软件实现，通过设定各参数进行结果计算，从计算出的结果中我们可以看到设计水位下坝体浸润线及其下游出逸点的位置还有坝体及坝基内的流网图。通过在“各点比降计算值图”中查找得不同土层之间的渗透比降均小于 0.5，坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降也均小于0.45，因此本工程中所采用的施工方案起到了除险加固作用[4]。

（3）上游块石护坡设计

在现有上下游坝坡不变的前提下对护坡进行处理，土石坝护坡一般从坡底到坡顶全断面护坡，坡体的下部采用抛石护坡，上部采用块石护坡，活泼主要作用在于保护坝体，使其不受暴雨风浪等外界力量的破坏，保证大坝的安全。干砌石护坡施工时为了避免因雨水冲刷而使石头下陷，要求石料以下砾石垫层铺设必须平整，同时也要保证在石块铺设时没有较大的缝隙，保证石块的稳定。

（4）下游坝面排水设计

在下游坝面设置纵横向的排水沟用来排出落在把面上的水。根据一般施工经验和设计规范要求，沿着大坝轴线方向，每50到100米布置一条横向的排水沟，排水沟断面尺寸一般为 0.3m×0.3m，施工材料选用混凝土或者浆砌石，边坡上的纵向排水沟断面宽一般为0.3到0.4m，深一般为0.2-0.3m，常布于马道内侧。在坝坡与岸坡连接处还应设置雨水截水沟，拦截雨水，避免雨水冲刷对坝体造成破坏。雨水截水沟的施工材料与排水沟相同，其尺寸大小根据当地的降雨量的大小来具体确定。

（5）大坝白蚁防治

白蚁是大坝非常危险的危险源，特别是在大坝的两端和山体的交汇处以及坝内坝外坡水位以上适合白蚁群居的地方都会遭到白蚁的危害，对此，在施工现场一般采用如下方法进行防治：第一，对于两岸坝面，主要通过预防和诱杀进行处理，同时辅以坝身灌浆来进行综合防治；第二，分析大坝产生自蚁的原因，采取相应的治本措施，应用物理化学的手段进行防治；第三，加固大坝自蚁预防主要对象还是大坝下游坡面和大坝与山体结合的部位，在此处应该加强防范。

5 结论

我国人口众多，拥有的水库也是最多的，因此水库安全与民生息息相关，研究水库安全具有重要意义。在我国土石坝是应用最多的一种坝型，由于技术材料等众多因素的影响，许多土石坝存在不同程度的缺陷，本文通过具体的工程实例，分析了除险危险的原因，对病险水库进行了除险加固设计，应对设计效果进行了验证，最后对护坡防护以及白蚁的防治进行了技术设计说明，保证坝体安全。

近十几年来，通过对 100多座病险水库的加固工程实践，对各类加固技术进行了系统研究，有关专家现在提出了堆石坝变形控制灌浆技术、面板堆石坝垫层灌浆加密技术、沥青混凝土心墙坝防渗体重构技术、大流量渗漏通道堵漏技术等，并在工程实际中进行应用验证，随着研究的不断深入，更新更有效的技术也将会在不久的将来出现。

[1]严祖文.病险水库除险加固技术研究综述[J].中国科技信息，2009 (16）39-41.

[2]程圣国.小型土石坝病险水库除险加固技术研究[J].小水电，2005 (06）43-44.

[3]谢天宇.病险水库除险加固[J].中国水利，2008 (24) : 20-21

[4]胡江.苏怀智.基于生命质量指数的病险水库除险加固效应评价方法[J].水利学报.2012 ( 7):852-868.

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