中小型土石坝水库除险加固设计分析

宋阳

（重庆陆洋工程设计有限公司，重庆 401121）

0 引言

水库工程中的除险加固设计是延长水库使用寿命的一项关键举措，这对水利工程的建设与实施具有重要意义。在中小型水库建设项目管理中，常见的要数土石坝的工程施工了。土石坝的项目工程施工较为容易，并且通常都是采用就地取材的施工方式来进行施工，因此，土石坝工程越来越广泛地被应用于中小型水库建设中。但是，土石坝建设工程仍然还存在一些安全问题，最常见的一个问题也就是坝体渗漏情况，并且随着坝体渗漏情况的不断加剧，将来还会直接导致更多的坝体变形，影响安全。我国中小型水库数量较多，因此必须加强对中小型土石坝水库除险加固设计工作的研究，从而为中小型水库从业人员的施工提供借鉴经验。

1 土石坝渗漏产生的成因

造成小型土石坝渗漏的主要成因有很多。具体分析方法如下：①坝基础的问题。在坝体施工建设过程中，没有及时做好坝体基础的有效透水层处理工作，相关的坝体截面排水槽等设施没有有效的排水处理，都会直接引起土石坝基层的渗漏；②材料质量问题。土石坝坝体作为我国中小型水库工程中目前应用最广的一种坝体，其中最关键的一点就是在原材料的使用选择上采取就地取材的基本原则。就地取材虽然可以大大方便建筑施工，减少建筑成本，但是，同样也严重限制了建筑材料的正确选择。如果没有充分深入分析这种材料的结构特性，将来会导致一些土石坝在首次投入使用后就会出现大量渗漏或者变形开裂问题，导致土石坝体内部出现渗水问题；③施工工艺问题。在建设整个土石坝的施工管理过程中，任何一个环节出现问题，都将直接导致整个土石坝工程出现安全问题。比如，没有经过防水黏土分层密封而夯实，灌浆不严实等问题，都认为是可能导致后期土石坝工程出现严重渗漏或者变形的重要组成因素。由此可见，在施工过程中，一定要注意保证施工工艺的安全科学性和合理性；④地质问题。水文地质环境条件良好是我国中小型水库建设的重要地质条件之一。在施工中小型土石坝时，需要事先充分考虑并分析当地的具体地质条件情况，以便在符合当地实际的情况下，进行科学的工程基础设施防渗，避免造成土石坝工程出现较大渗漏或者变形。另外，还需要特别注意管涌的异常出现，避免出现重大坝体垮塌事故。

2 中小型土石坝水库除险加固设计要点

为了降低使用风险，有必要做好风险消除和加固工作。确保工程施工的质量，需要结合实际情况，来选择合适的除险加固技术。设计期间，首先要对技术要点进行全面的了解与掌握，并通过合理设计提高土石坝自身的除险能力。具体设计时，首先要对现场勘查资料和工程要求进行足够的了解与掌握，土石坝在使用过程中可能会受到各种内外因素的影响，因此在最不利条件下，应按标准准确计算其承载力和耐久性。如果不符合要求，应重新设计和计算，直到满足初始要求。对材料的铺设厚度进行严格的控制，可以选择一些相对较薄的材料，并采用高压灌浆的方法进行施工。

2.1 土石坝排水设计

在土石坝排水设计中：①要做好大坝的排水工作。为了节省投资，石棱光滑美观，可以在干石块外面铺一块石头；②要做好坝面排水设计工作。具体设计时，可以使用现浇混凝土的方法进行处置，施工期间可以在每隔2~3m的位置处设置一个排水孔，设计时可以采用梅花形的布置形式。灌浆设计中，要根据工程现场地质地貌状况选择合理的材料。施工之前，技术人员必须要合理检查设计方案并且要严格把控排水工作。

2.2 土石坝基础设计

控制好整个土石坝的结构基础，不仅可以有效保证整个土石坝的基础质量，还可以防止整个土石坝的渗漏或者土石变形等各种危险情况的发生。特别是在大坝主体结构基础工程建设中，稳固的大坝主体基础工程结构可以有效地保证土石坝主体的最大工程承载力。在不断提高钢筋混凝土和砂石坝基层浇筑结构基础的黏土防水材料处理，和提高强度，可以考虑通过基层铺盖，采用人工或者天然的各种新型黏土防水材料组合来对其进行防水加固。另外，还有一点必需特别注意的是检查空气排水阀和空气减压的实际使用情况，将两者进行互相结合统一起来处理，可以防止发生漏水或者渗漏。

2.3 坝基防渗加固处理

大坝上游坝坡在稳定水位各种工况下，其抗滑稳定安全系数大于现行规范值，上游坝坡稳定满足要求；下游坝坡在坝体采用混凝土防渗墙加固和培厚后，抗滑稳定安全系数满足规范要求。针对上、下游坝坡护坡现状，上游护坡拟维持现状不变，下游护坡待培厚完成后采用C15混凝土分格草皮护坡；下游排水棱体拆除重建，排水棱体与坝土间增设反滤保护层。需对大坝坝基及两坝肩进行帷幕灌浆处理，灌浆材料采用42.5等级的普通硅酸盐水泥。帷幕灌浆底界按透水率小于5Lu控制，同时考虑对坝基溶洞也进行灌浆。帷幕灌浆分三序施工，推荐用中等压力进行灌浆。实际施工控制孔距、压力可根据灌浆试验结果加以调整。帷幕灌浆轴线布置于坝轴线（防渗墙轴线）上游1.0m处，且与坝轴线平行。

2.4 高压喷射灌浆防渗设计

该种处理方法目前是最为常见的用于处理渗漏变形的方法之一，广泛的应用于中小型水库建设工程中，并且应用效果良好。通过采用高压渗漏喷射浆液灌浆坝体防渗的施工方法，可以有效缩短幕墙施工的持续时间，提高幕墙施工时的质量，并且通过加大浆液对幕墙坝体的高压渗漏控制力度，增加了坝体防渗的施工概率，进一步提高幕墙施工效率。土石坝高压喷射灌浆防渗技术设计如图1所示。

图1 土石坝高压喷射灌浆防渗技术设计

2.5 土工膜防渗设计

土工膜料的防渗处理方法目前使用的领域范围较为单一，其能够广泛作用于一些渗漏点和成因较为简单的中小型土石坝中。土工膜基层防渗的这种方法主要是通过薄膜增加基层渗漏的最大半径，变相降低了基层渗漏的数量，大大减少基层渗漏。但是，该种处理渗漏的方法还有一大困难，就是我们无法将它做到同时防止所有渗漏的变形。

2.6 下游坝坡进行培厚处理

石坝水库坝体设计为均质土坝，但在14.21m坝高处明显分层，土体性质迥异，14.21m坝高以上筑坝土料为中液限粘土14.21m坝高以下筑坝土料为高液限粘土，下游坝坡坡度较陡等情况。除险加固设计，拟对下游坝坡进行培厚处理，参照已建工程，初定培厚后下游坝坡坡比为1:3.0。

2.7 做好混凝土施工

小水库混凝土施工与普通混凝土施工不同，小水库混凝土施工在技术层面上存在独特性。因为小水库除险加固的施工时间长，工程量巨大，在施工过程中会受到多种因素的影响，容易受到外界环境的干扰，所以相对来说，小水库混凝土施工技术对于施工条件和对于混凝土强度的要求会更加的严格。为使混凝土结构在不同条件下，特别是在不同温度条件下混凝土的结构质量不发生明显变化，就要严格筛选水泥的不同种类，在不同使用条件下使用不同的水泥种类。

2.8 裂缝的处理

在进行小水库加固施工时，要做好小水库裂缝加固工作。例如，在一些土壤松散的地区，可以使用大型机械和设备来加固小水库，并增加小水库本身的密封性。同时，根据当地条件，区域地理环境和气候，可以选择适合当地用于加固工作的建筑材料和加固方法。这不仅改善了小水库本身的密封性，而且节省了金钱。

平时要加强水库的检查工作，检查期间，如果发现施工裂缝要及时修复。当工人维修和处理小水库相对较小的裂缝时，如果裂缝的宽度不超过0.2mm，修复过程中可以使用直接修复的方式，可以使用灌浆方法对裂缝表面进行封闭处理。在修复过程中，操作员可以使用填充锥和探针灌浆对小裂缝进行灌浆，然后在灌浆后用沥青对灌浆区域进行涂漆，防止裂缝再次发生。修复大裂缝时，首先需要在小水库上标记裂缝的大小和数量，并分析形成裂缝的原因。然后，我们制定目标修复计划，可以使用灌浆修复法进行处理，避免裂缝泄漏。在开展修复工作之前，应当对表面存在的杂物进行清理，以免影响其美观性。

3 结语

小水库加固工程的建设管理是一项长期的任务，为了保证小水库加固工程的可持续性，为人民群众提供服务，有必要不断提高科学的施工技术水平。通过及时采取各种综合防护措施，提高了坝体内的防渗防水能力，在正确维护防水土石坝长期使用安全的同时，也有效避免了后期的重大修坝的施工，帮助工程管理行政部门有效节省大量的维护资金。本文以土石坝水库为例，对其水库除险加固设计中出现的问题进行了深入的探讨，并针对这一措施提出了相关的除险加固措施，以期这些加固设计能够在土石坝水库中充分发挥其价值，同时希望能够为业界工作者提供一些有益的参考。