水库大坝除险加固防渗设计处理研究

郑宇

摘 要： 如何保障水库大坝稳定性和防渗效果，是水库工程建设中应重视的主要问题。为了提升水库大坝的建设效能，以宣城市郎溪县某小型水库除险加固项目为主要研究对象，结合该工程中大坝部分的加固防渗设计情况，对加固防渗设计的要求和应用的设计方法与思路进行充分分析，希望能够为相关工程的建设提供借鉴的经验和思路。

关键词： 水库大坝 除险加固 防渗设计 水库工程

中图分类号： TV54文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）06-0056-03

Research on the Treatment of the Design of Reinforcement and Seepage Control for Reservoir Dams

ZHENG Yu

Langxi County Bureau of Water Resources， Xuancheng， Anhui Province， 242100 China

Abstract： How to ensure the stability and anti-seepage effect of reservoir dams is a main issue that should be paid attention to in the construction of reservoir projects. In order to improve the construction efficiency of reservoir dams， taking the reinforcement project of a small reservoir in Langxi County in Xuancheng City as a main research object， and combined with the reinforcement and anti-seepage design of the dam in this project， this article fully analyzes requirements for reinforcement and anti-seepage design and its design methods and ideas， hoping to pro‐vide referential experience and ideas for the construction of related projects.

Key Words： Reservoir dam； Reinforcement for risk elimination； Anti seepage design； Reservoir project

水库工程是水利工程的基本类型之一，其通过调洪蓄水来保障区域范围内的水利条件，促进地区农业及经济的发展。对于水库工程的建设，应能够以大坝的加固防渗设计为重点关注对象，强调防渗性能以及结构稳定性对大坝治理和水库整体功能作用的影响。基于此，结合实例对水库大坝除险加固防渗设计进行分析，对提升水库大坝的建设水平具有积极的意义。

1 工程概况

本文案例水库为小（2）型水库。大坝为均质土坝，坝顶长度140.0 m，坝顶高程74.70～75.00 m，最大坝高11.50 m，坝顶宽度5.00 m。现状迎水坡坡比为1∶3；背水坡坡比为1∶2.5，采用草皮护坡。基于大坝防渗设计的要求，对项目K0+000～K0+136段采用高压摆喷防渗墙；同时以加固大坝溢洪道为主要目的，溢洪道上设交通桥。采用钢筋砼结构，桥板采用C30现浇钢筋砼桥板，厚400 mm；底板采用钢筋混凝土底板，厚400 mm。底板底高程72.20 m，设计基底承载力110 kPa。

2 水库大坝除险加固防渗的工作侧重点

该水库大坝存在以下几个方面的问题：（1）坝顶混凝土道路面层存在纵横向裂缝，其中坝顶纵向存在一处通长裂缝；（2）背水坡有多处大面积散渗，左坝段出逸点偏高，背水坡坡面局部塌陷；（3）无安全监测设施；（4）坝坡发现存在白蚁活动迹象。

溢洪道位于大坝左侧，为开敞式明渠结构。溢洪道上游顺水流方向设直立式浆砌石挡墙。溢洪道整体结构基本完好，局部有破损，修补即可。溢洪道控制段交通桥不满足防汛交通要求[1]。

在经过渗流有限元计算复核后发现，渗透坡降不满足要求，出逸点偏高且无贴坡反滤设施。且运行过程中大坝背水坡坝脚排水沟以上坡面有散浸、渗水现象。而坝顶部分因近年曾实施灌浆工程，压力控制不当，已形成纵向裂缝；大坝迎水坡临近溢洪道侧护坡垫层被冲刷淘空，导致砼护坡局部塌陷。将该水库大坝鉴定为病险水库，需要对其进行除险加固设计优化，确保达到水库大坝的安全运行标准[2]。

3 水库大坝除险加固防渗设计的处理路径

3.1 规范施工作业流程与行为

案例工程在水库大坝的除险加固防渗设计中，主要划分为坝体结构除险加固、大坝防渗加固、泄洪设施除险加固三方面的内容[3]。

在坝体结构的除险加固中，基于不改变原有工程布局的前提，背水坡清基后种植草皮并设纵横排水系统，同时采取蚁巢开挖、药物诱杀、药物毒杀等措施来实现对白蚁的综合防治；在大坝的防渗加固方面，主要采取高压摆喷防渗设计；在泄洪设施除险加固方面，主要通过拆除重建溢洪道控制段和修复部分破损露筋处为主要内容。

在施工组织设计中，以主体工程的施工内容为例，应能够在明确水库现场基本施工条件和情况的基础上，针对主要涉及到的高压摆喷防渗墙、混凝土工程以及沥青道路铺设等环节和内容，加强相关作业标准参数与实际施工步骤流程的规划设计。

以高压摆喷防渗墙的施工组织设计为例，在该部分的设计中，基于防渗墙搭接长度不小于0.3 m的设计要求，强调施工前应在空旷地带打试验桩，明确气压、气量等参数的大小，进而对喷灰量及搅拌速度进行优化调节，同时通过调整桩距验证搭接长度是否满足设计要求。施工组织设计应强调施工过程中遵循的参数标准和要求，控制浆液喷射压力25～40 MPa、流量70～ 150 L/min，密度1.4～1.5 g/cm3，回浆密度≥1.3 g/cm3；气体喷射压力0.6～1.2 MPa、流量0.8～1.5 m3/min，气嘴环状间隙1.0～1.5 mm；土层中提升速度10～20 cm/min、摆喷摆速为提升速度值的0.8～1.0倍[4]。施工完成后应能够选择具有代表性的地层，对其进行高喷灌浆试验。而在防渗墙的施工方面，则强调设计阶段应明确钻孔允许偏差、施工作业顺序以及喷浆压力、用浆量、提升速度等施工参数的相关要求，做好记录和质量检验工作，以此来保障除险加固防渗设计符合水库大坝的实际要求。

3.2 大坝稳定性计算分析

考虑各种外界客观因素可能对工程质量和稳定性造成的影响，可以通过对大坝稳定系数的计算，明确各项因素对大坝稳定性影响的重要程度，进而依据计算结果，对水库大坝进行除险加固优化设计，并适当采取能够强化水土保持设计的措施和方案。

从水库大坝的稳定性出发，案例工程应用BIM模型软件，将大坝工程现场环境的勘察结果输入到系统软件中，直接依据系统程序和工具来对大坝稳定性进行分析。这一过程中，仅需要在系统软件中输入大坝设计建造的相关要求，即可实现对大坝稳定性结果的对比分析。例如：依据土石坝的设计规范要求，基于大坝土的抗剪强度指标内容，计算得到水库大坝施工期、水位降落期以及稳定渗流期的大坝抗滑稳定安全系数，将其与大坝土的物理力学相关指标结合起来（见表1），对大坝断面及渗流相关参数进行计算，可以得到不同工况下大坝边坡的抗滑稳定性。

基于表1中的结果与断面计算的结果，则可以得到表2中的数据。以水库大坝迎水坡稳定情况的计算为例，如图1所示，综合以上抗滑稳定的计算结果，可以证实设计洪水水位降落至正常蓄水位工况下，大坝的稳定系数符合相关工程的建设要求。

在明确以上除险加固处理设计思路的基础上，案例工程强调施工阶段产生的废水及雨水经充分沉淀后尽可能回用；及时清理排水沟及沉沙池中沉淀的泥沙，集中堆放施工材料，注重现场管理和监督，主体绿化工程尽量安排春秋季种植；工程竣工后需注重水土保持措施与后续绿化景观的管理养护，确保水土保持功能正常发挥[5]。

3.3 完善大坝施工技术应用标准

从工程技术操作规范性的角度进行优化设计，应能够在遵循技术应用基本流程的前提下，围绕大坝设计建造的要求，完善用于大坝施工技术应用的标准，以便能够让各项设计内容真正落实。

具体而言，在水库大坝的除险加固防渗设计中，应强调明确施工技术应用过程中涉及到的材料参数、施工参数标准，严格按照现行规范实施，并编制符合大坝工程现场情况的施工图纸，在图纸中明确相应的设计参数值。例如：案例水库工程中的混凝土用量主要体现在溢洪道拆建中，主要采用商品混凝土，胶轮车配合1 m3自动翻斗车运至各施工工作面，采用2.2 kW插入式振捣器和平板式振捣器振捣。

在混凝土工程的施工中，基于除险加固防渗设计的目的和要求，应能够在技术应用中体现以下几个方面的标准要求：

在基础开挖后，应及时进行基面找平和测量放线，加强抽水，严禁地基表层被水浸入，及时将砼垫层浇好。然后再进行立模作业，按照扎筋、安装止水、沥青板和砼浇筑、养护拆模的顺序进行施工。在模板制作阶段，要体现模板强度与刚度的制作标准和要求等内容，强调模板拼缝连接的紧密型，模板表面涂刷脱模剂。在混凝土浇筑施工部分，设计要求混凝土振捣和搅拌作业过程中压缩水压力35～40 MPa，水流量70～80 L/min，提升速度10 cm/min，转动速度8～10 r/min，摆角不小于30°；在混凝土表面防腐处理部分，按《工业建筑防腐蚀设计标准》（G/T 50046—2018）要求做好建筑物和设备的防腐[6]。其中，混凝土最大水灰比0.55，最小水泥用量300 kg/m3，控制裂缝宽度不超过0.20 mm。

3.4 建立健全工程信息化

采用信息化的系统和监测手段，通过水雨情测报、安全监测、视频监控等设备，实现对水库大坝除险加固防渗处理前后的实时监控，对监测中发现的异常情况进行及时预警。案例工程在大坝的除险加固防渗设计中，以工程现场的气象、水文、地质灾害等方面为重点，针对超过水库汛限水位情况下的大坝、溢洪道、输水涵管等关键部位进行加密监测，对可能因超标洪水导致渗漏、管涌的情况，能够及时发出预警。

4 结语

综上所述，做好水库大坝的除险加固防渗设计，有利于保障水库大坝的运行安全和工程建设质量。结合案例工程水库大坝建设实际要求和现场情况，对水库大坝的除险加固防渗设计，应从水库大坝设计规划的相关参数入手，在对相关防渗系数进行科学计算的基础上，结合环境保护与工程管理的要求，充分发挥信息化技术和系统的作用，保障水库大坝设计的科学性。

参考文献

[1]刘胜利.某水库大坝防渗加固处理设计方案[J].河南水利与南水北调，2023，52（3）：71-72.

[2]聂鹏，谭歆，刘栋.车田江水库除险加固工程中的防渗处理设计[J].湖南工业职业技术学院学报，2023， 23（1）：20-23，47.

[3]杨奎.防渗处理设计在水库除险加固工程中的应用[J].黑龙江水利科技，2022，50（2）：158-160.

[4]江波.中小型水库大坝除险加固防渗设计的处理措施[J].工程技术研究，2021，6（14）：239-240.

[5]唐刚.小型水库除险加固工程中灌浆施工技术的应用[J].低碳世界，2023，13（11）：76-78.

[6]舒志泉.石河水库除险加固工程中大坝工程设计研究[J].陕西水利，2023（11）：172-173，176.