試論病險(xiǎn)水庫(kù)加固措施

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摘 要：加快病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固，確保水庫(kù)安全，充分發(fā)揮防洪和興利效益，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，具有重要意義。提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)主要采用加高大壩、增加水庫(kù)調(diào)蓄洪水能力和擴(kuò)建、增建溢洪道的辦法，提高水庫(kù)工程質(zhì)量重點(diǎn)要解決好防滲問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：病險(xiǎn)水庫(kù) 加固 措施 大壩

　　加快病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固，確保水庫(kù)安全，充分發(fā)揮防洪和興利效益，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，具有十分重要的意義。

　　一、提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的工程措施

　　提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)的工程措施：一是加高大壩、增加水庫(kù)調(diào)蓄洪水能力，對(duì)削減洪峰的作用較大，對(duì)下游淹沒(méi)影響也較小；二是擴(kuò)建或增建溢洪道，加大泄洪量，對(duì)削減洪峰的作用不是太大，但對(duì)下游淹沒(méi)影響卻較大。據(jù)分析，單獨(dú)采用加高大壩措施的水庫(kù)，最大泄流量一般為最大入庫(kù)洪峰流量的40％以下；單獨(dú)采用擴(kuò)建或增建溢洪道措施的水庫(kù)，最大泄流量一般為最大入庫(kù)洪峰流量的70％以上。因此，對(duì)下游防洪有重要要求的水庫(kù)應(yīng)盡可能采取以增加壩高為主，必要時(shí)再結(jié)合擴(kuò)建泄洪設(shè)施的辦法進(jìn)行。

　　對(duì)已建成的水庫(kù)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，要進(jìn)行工程安全鑒定。如發(fā)現(xiàn)防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低或較大的工程質(zhì)量問(wèn)題，要及時(shí)進(jìn)行擴(kuò)建加固。一般加固順序，應(yīng)先處理工程質(zhì)量，然后提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，也可結(jié)合提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，一并進(jìn)行處理。

　　1.大壩加高

　　適當(dāng)加高大壩，可以較大地增加調(diào)蓄能力，提高防洪標(biāo)準(zhǔn)。一般采取以下措施。

　?、?ldquo;戴帽”加高

　　從壩頂上直接加高，而不是從背坡腳開(kāi)始培厚加高。加高部分，迎水面可以利用防浪墻直立加高，背水面上部坡度加陡一些，與下游坡面相接，一般也應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算，在安全的條件下進(jìn)行。限于壩坡穩(wěn)定的要求，加高的高度有一定限制，不能加高過(guò)大，影響壩坡穩(wěn)定。一般加高1～2ｍ，最大不宜超過(guò)3ｍ。如加高過(guò)多，則必須加寬壩身。一般從背水坡腳加寬加厚，保證壩坡穩(wěn)定。如福建省的汀溪水庫(kù)（中型），在河南省“75.8”大洪水后，經(jīng)復(fù)核防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，采取相應(yīng)的工程措施，將主副壩戴帽加高50ｃｍ，即滿足可能最大洪水標(biāo)準(zhǔn)的要求，核算后壩坡也是穩(wěn)定的。

　?、趶拇髩伪乘屡嗪窦痈?/p>

　　這一措施，比“戴帽”加高工程量要大，造價(jià)也高。但為了滿足大壩壩坡穩(wěn)定的要求，也只有采取這一措施。加高大壩可以超過(guò)3ｍ，根據(jù)需要來(lái)定。如山西省漳澤水庫(kù)（大型），防洪標(biāo)準(zhǔn)僅有百年一遇洪水。為提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，從背水坡壩腳培厚加高大壩5ｍ，同時(shí)延長(zhǎng)壩內(nèi)輸水涵洞工程，以滿足規(guī)范要求的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.溢洪道拓寬、加深或增建

　?、僖绾榈劳貙?，并增設(shè)閘門

　　在地形、地質(zhì)條件許可而且增加開(kāi)挖量不大的情況下，將原溢洪道拓寬，而不降低堰頂高程，這是增加下泄流量、提高防洪標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng)措施，投資也比較少，但不應(yīng)增加泄流量過(guò)多，以免加重下游河道的負(fù)擔(dān)。

　　②溢洪道加深，并安設(shè)閘門

　　像福建省杜塘水庫(kù)（中型），原有溢洪道設(shè)有6ｍ高的溢流堰一道，堰頂自由溢流，未設(shè)閘門，為提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，將原有實(shí)用堰降低3.5ｍ，并增建閘門4孔，加大了下泄流量，滿足了防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　③溢洪道拓寬、堰頂降低并增設(shè)閘門

　　采取這一措施提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，如福建省活盤水庫(kù)（中型），經(jīng)過(guò)洪水復(fù)核，設(shè)計(jì)洪水位超過(guò)壩頂1.25ｍ。為了提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，將溢洪道拓寬1.5ｍ，堰頂降低2.5ｍ，并安設(shè)閘門，不僅可以提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，還可以把正常高水位提高2.5ｍ，相應(yīng)增加庫(kù)容3500萬(wàn)立方米.

　　④增設(shè)溢洪道

　　在地形條件許可的情況下，開(kāi)挖工程量不大，也可考慮增設(shè)溢洪道。投資可能大一些，但施工不受已建工程制約。

　　3.大壩加高與溢洪道改建或增建相結(jié)合

　?、俅髩芜m當(dāng)加高結(jié)合溢洪道拓寬

　　為提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，增加水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容，加大下泄流量，可采用適當(dāng)加高大壩與改建溢洪道的綜合措施。如北京市官?gòu)d水庫(kù)（大型），由于水庫(kù)泥沙淤積嚴(yán)重，防洪標(biāo)準(zhǔn)降至300年一遇洪水，水庫(kù)下游有北京市，位置重要，需要提高防洪標(biāo)準(zhǔn)。采取了大壩適當(dāng)加高和溢洪道加寬的措施。大壩從背水坡腳培厚加高7ｍ，由原來(lái)45ｍ加高到52ｍ，結(jié)合抗震，其壩坡也滿足抗震要求。大壩左岸溢洪道原凈寬20ｍ，擴(kuò)寬為52ｍ，閘室4孔，每孔凈寬13ｍ。泄洪流量由原1200ｍ3／ｓ，增加為6000ｍ3／ｓ，抗洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了可能最大洪水標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，增大了庫(kù)容，也提高了供水效益，加固是成功的。

　?、诖髩芜m當(dāng)加高與溢洪道堰頂降低并更換閘門

　　如福建省東圳水庫(kù)（大型），為提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，大壩加高4ｍ，并充分考慮了大壩抗震要求；溢洪道過(guò)水寬50ｍ不變，將其上2ｍ高的堰檻拆除，更換閘門5扇，以加大泄洪流量，滿足了提高防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　?、鄞髩渭痈吲c溢洪道增設(shè)閘門

　　如福建省眉力水庫(kù)（中型），充分利用水庫(kù)有利條件，提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)。主壩加高4.5ｍ，副壩加高4ｍ，溢洪道由原來(lái)無(wú)閘寬頂堰改為有閘實(shí)用堰，寬度和深度不變，正常水位由67.6ｍ提高到72.8ｍ。既增加了調(diào)蓄庫(kù)容，也加大了溢洪道泄洪量，增加有效庫(kù)容890萬(wàn)立方米，加大泄洪量445立方米／ｓ。

　?、艽髩芜m當(dāng)加高并增設(shè)新溢洪道

　　如福建省黃崗水庫(kù)（中型），壩址兩岸河谷地形狹窄，山坡甚陡，無(wú)適合做開(kāi)敞式溢洪道的地址，采用泄洪洞泄洪，最大泄洪量1460立方米／ｓ，滿足不了復(fù)核后防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求。為了提高標(biāo)準(zhǔn)，如單純依靠加高大壩，會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題，如庫(kù)區(qū)移民和其他建筑物改建等。同時(shí)，加大泄洪洞也有困難。通過(guò)多方案比較分析，采用了適當(dāng)加高大壩與增設(shè)新溢洪道相結(jié)合的措施，將主副壩加高2ｍ，并在副壩右岸開(kāi)挖新溢洪道，滿足了水庫(kù)提高標(biāo)準(zhǔn)。

　　二、提高水庫(kù)工程質(zhì)量的措施

　　關(guān)于工程質(zhì)量問(wèn)題，土石壩主要是滲漏、滑坡和裂縫，其中滑坡和裂縫的產(chǎn)生，有的也與滲漏有關(guān)，所以處理土石壩質(zhì)量，關(guān)鍵是防滲，這里主要是針對(duì)防滲提出一些常用的工程措施。一般處理防滲的原則是“上堵下排”。上堵的措施有水平防滲與垂直防滲。水平防滲有黏土鋪蓋結(jié)合下排開(kāi)挖導(dǎo)滲溝、減壓井和水平蓋重壓滲等；垂直防滲有混凝土防滲墻、高壓噴射灌漿防滲、劈裂灌漿防滲，沖抓套井回填黏土防滲及土工合成材料防滲等。

　　在病險(xiǎn)水庫(kù)防滲加固中，有的是壩基需要防滲加固，有的是壩基和壩體都需要防滲加固。在采取工程措施時(shí)，多采取垂直防滲措施。這是因?yàn)椴扇∵@一措施，一般不需要放空水庫(kù)。反之，如果采取水平防滲措施，則必須放空水庫(kù)，才能徹底進(jìn)行。而水庫(kù)長(zhǎng)期蓄水后，總會(huì)有些淤積，給水平防滲處理帶來(lái)一定的困難；在保持壩基滲透穩(wěn)定和截滲方面，水平防滲也不如垂直防滲徹底。同時(shí)，在我國(guó)北方地區(qū)，水資源緊缺，放空水庫(kù)一般要慎重。

　　1.垂直防滲措施

　　以混凝土防滲墻為例?；炷练罎B墻的主要優(yōu)點(diǎn)可以適應(yīng)各種不同材料的壩體和復(fù)雜的地基水文和工程地質(zhì)條件。如處理壩體、壩基整體防滲，可從壩頂建造防滲墻，直達(dá)基巖，墻的兩端與岸坡防滲設(shè)施或岸邊基巖相連接，墻的底部可嵌入新鮮巖層或弱風(fēng)化基巖內(nèi)一定深度。如僅處理壩基防滲，其防滲墻上部應(yīng)與壩體的防滲體相連接，并深入一定的深度。在處理中只要嚴(yán)格控制質(zhì)量，是可以達(dá)到徹底截?cái)酀B透水流的目的。這是病險(xiǎn)水庫(kù)防滲加固常用的一項(xiàng)措施。

　　混凝土防滲墻早在20世紀(jì)50年代初意大利和法國(guó)即開(kāi)始使用，隨后各國(guó)相繼引進(jìn)推廣。50年代末我國(guó)也開(kāi)始對(duì)混凝土防滲墻進(jìn)行研究和試用。40年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都在發(fā)展，在應(yīng)用范圍、墻體材料種類、墻的厚度和單位造價(jià)等方面都有了新的進(jìn)展。我國(guó)于1958年首先在山東省月子口（現(xiàn)名嶗山）水庫(kù)試驗(yàn)成功以后，相繼在密云白河主壩、毛家村壩、銅街子等壩使用，已建成40多道壩基混凝土防滲墻和10多道穿過(guò)壩體直達(dá)基巖的混凝土防滲墻，都取得了很好的效果。

　　在應(yīng)用范圍方面，開(kāi)始用在新建水工建筑物基礎(chǔ)上，后來(lái)推廣到病險(xiǎn)水庫(kù)土石壩壩體和壩基的處理，城市建筑物地下基礎(chǔ)和海港碼頭等工程，使用范圍不斷擴(kuò)大。

　　在墻體材料種類方面，發(fā)展尤為突出，其主要原因是：①防滲墻嵌入基巖內(nèi)，與地基聯(lián)合受力。由于地基是分散的覆蓋層或填筑料，在水庫(kù)蓄水后，會(huì)產(chǎn)生較大變形，防滲墻不可能抵抗這種變位，只能隨著變化，而混凝土墻的彈性模量偏高，一般在1000ＭＰａ以上，允許變形很小，彼此不相適應(yīng)，促使混凝土防滲墻產(chǎn)生較大應(yīng)力，以致有可能引起墻體的裂縫。在墻體內(nèi)加設(shè)鋼筋骨架，選用高標(biāo)號(hào)混凝土及加厚墻體等措施，可以獲得一定的效果，但是這些措施耗用鋼筋、水泥等材料，數(shù)量很大，因而加大了工程造價(jià)，延長(zhǎng)了工期，這就迫使在墻體材料上，研究如何向塑性過(guò)渡，降低材料的彈性模量，使之與地基彈性模量相接近，以提高墻的抗拉強(qiáng)度，適應(yīng)地基較大的變形。②混凝土防滲墻在目前使用的各種防滲措施中，單價(jià)比較高，約達(dá)1000元／平方米，在一定程度上，限制了發(fā)展，如果使用塑性混凝土，摻入一定比例的粉煤灰、黏土或膨潤(rùn)土等，可以減少水泥用量，降低防滲墻的成本。同時(shí)，仍具有一定的強(qiáng)度和較好的抗?jié)B性能，就可促使更大范圍的發(fā)展?；谏鲜鲈颍苄曰炷敛疟谎芯刻岢?。

　　我國(guó)在“七五”期間進(jìn)行了塑性混凝土的研究，并已將研究成果用于山西冊(cè)田水庫(kù)土石壩、新疆烏拉泊水庫(kù)土石壩、十三陵抽水蓄能電站以及福建省水口水電站上下游圍堰等工程防滲墻中，取得了新進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，國(guó)外又發(fā)展為自凝灰漿防滲墻，類似混凝土防滲墻，在槽孔泥漿中，加入各種固化劑和外加劑，經(jīng)攪拌均勻后，自凝成墻體，起到防滲的作用。自凝灰漿要同時(shí)滿足造孔固壁和成墻兩方面的要求，應(yīng)具有一定的流動(dòng)特性和后期成墻的強(qiáng)度，它類似塑性防滲墻，具有彈性模量低、接縫質(zhì)量易保證、墻體不易裂縫、抗?jié)B性能好、造價(jià)低、工藝比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。近幾年來(lái)，我國(guó)也在研究，個(gè)別工程開(kāi)始應(yīng)用，經(jīng)進(jìn)一步實(shí)踐后，才能推廣。

　　在墻的厚度和單位造價(jià)方面，從20世紀(jì)50年代后期開(kāi)始引進(jìn)原蘇聯(lián)的烏卡斯鉆機(jī)，成墻厚度0.8～1.0ｍ，從防滲角度要求，也不一定需要這樣厚度。但由于鉆機(jī)設(shè)備沒(méi)有更新，直到70年代末，墻的厚度一直保持不變，致使單位造價(jià)居高不下，到了80年代后，國(guó)內(nèi)水利部門研制成鋸槽成墻防滲，多頭小直徑深層攪拌截滲墻、液壓開(kāi)槽機(jī)成墻防滲墻、射水法成槽防滲墻等。同時(shí)，還從德國(guó)、意大利引進(jìn)薄抓斗成槽造墻防滲，從法國(guó)引進(jìn)振動(dòng)沉模造墻防滲，從日本引進(jìn)柱列式地下連續(xù)墻防滲等。墻的厚度愈來(lái)愈薄，在土層、沙層或砂礫層，可減薄到0.1ｍ?造價(jià)減到100元／平方米左右。

　　在混凝土防滲墻施工中，必須確保施工質(zhì)量，尤其應(yīng)注意兩槽孔混凝土墻間連接問(wèn)題，是保證防滲的關(guān)鍵，在連接部位，從孔口到孔底的任一高度連接的墻厚必須達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，而且混凝土墻間必須連接緊密，不能有夾泥層，以防滲透破壞。例如，北京市齋堂水庫(kù)，土石壩為黏土斜墻砂礫石壩，壩基砂卵石層深48ｍ，采用混凝土防滲墻，在施工中，由于質(zhì)量控制不嚴(yán)，槽孔兩墻接頭夾泥皮較厚，有的被滲流沖蝕流失，造成漏水，壩面塌坑，后在接縫處鉆孔，澆筑混凝土堵塞了縫隙，水庫(kù)才能正常運(yùn)行。

　　2.水平防滲措施

　　水平防滲分水平鋪蓋與排水減壓設(shè)施。

　?、偎戒伾w加固

　　加固水平防滲鋪蓋，必須檢查地區(qū)和壩址工程和水文地質(zhì)狀況，這是做好防滲加固的先決條件。通過(guò)勘察，了解壩基砂礫石平面和空間的分布情況、層次性質(zhì)和分布規(guī)律以及地下水動(dòng)態(tài)特性和滲透途徑等，以便針對(duì)不同的具體條件，可能發(fā)生的問(wèn)題、性質(zhì)和程度，以及已成的鋪蓋情況，確定加固鋪蓋的具體尺寸、范圍，鋪蓋層下是否需要增設(shè)反濾層，是否有軟弱基礎(chǔ)需要處理。同時(shí)，還要調(diào)查加固鋪蓋土料的料源、數(shù)量、級(jí)配、最大干容重、最優(yōu)含水量、滲透系數(shù)和允許坡降等。

　　在加固水平鋪蓋時(shí)，根據(jù)補(bǔ)做的詳細(xì)勘探試驗(yàn)資料，做出覆蓋沖積層的地質(zhì)剖面圖，進(jìn)一步查明各層顆粒級(jí)配、滲透系數(shù)和允許滲透坡降等。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)滿足的條件是：①鋪蓋下臥沖積層內(nèi)滲透坡降，不能超過(guò)沖積層土沙的允許滲透坡降，達(dá)到地基滲透穩(wěn)定；②通過(guò)鋪蓋的滲透坡降不能超過(guò)鋪蓋土的允許坡降，達(dá)到鋪蓋填土滲透穩(wěn)定；③下游滲流出逸處的剩余水頭，不至于產(chǎn)生滲透破壞，達(dá)到滲流出口滲透穩(wěn)定；④滲流量小于允許損失量，達(dá)到滲流損失量最小。這四條中，以第一條最為重要。為了滿足上述四條的要求，正確的加固設(shè)計(jì)，主要是確定補(bǔ)強(qiáng)的長(zhǎng)度、厚度、密實(shí)性及滲透性。鋪蓋長(zhǎng)度應(yīng)保持一定的水平滲徑，防止接觸沖刷及內(nèi)部管涌，并結(jié)合下游排水減壓設(shè)施，使出逸坡降小于允許值。鋪蓋有效長(zhǎng)度是指增加鋪蓋長(zhǎng)度，雖然可以減少自鋪蓋前端進(jìn)入壩基的滲流量，但通過(guò)鋪蓋本身滲入壩基的滲流量卻相應(yīng)地增大，在達(dá)到有效長(zhǎng)度后，再增加長(zhǎng)度就不再減少滲流量。鋪蓋有效長(zhǎng)度是隨鋪蓋不透水性增加而減小，隨鋪蓋厚度、壩基深度、壩基滲透性及水頭的增加而增長(zhǎng)。河南、河北等省一般采用鋪蓋長(zhǎng)度為5～8倍水頭，對(duì)水頭較大、砂礫石層較深時(shí)，采用8～10倍水頭。均質(zhì)壩底為不透水輪廓，鋪蓋長(zhǎng)度可適當(dāng)減短。對(duì)地質(zhì)層次復(fù)雜的，最好根據(jù)電擬試驗(yàn)來(lái)確定。鋪蓋厚度與密度應(yīng)滿足鋪蓋本身的滲透穩(wěn)定的要求，而不到于被水頭滲透力穿破。一般采用碾壓施工時(shí)，鋪蓋前端厚度為0.5～1.0ｍ，末端與壩體接合處厚度為1／6～1／10水頭，均質(zhì)壩體可稍薄些。如土料透水性較大，密實(shí)度較低，還應(yīng)加厚。鋪蓋透水愈小，厚度愈大，防滲作用愈好。一般應(yīng)是地基的幾百分之一，甚至上千分之一。鋪蓋加固應(yīng)嚴(yán)格控制質(zhì)量，特別是接觸部位，更要保證質(zhì)量。鋪蓋與地基接觸處，如地基透水性大、級(jí)配差的砂礫石層，則應(yīng)加鋪反濾層，以免水庫(kù)蓄水后，加固的鋪蓋，重復(fù)發(fā)生裂縫、塌坑等。在加固鋪蓋時(shí)，應(yīng)采用碾壓法施工。在特殊情況下，如不能放空水庫(kù)時(shí)，也可利用水中倒土、深水拋土、冰上鑿孔拋土及人工放淤等方法，但只能作為加固的輔助手段。

　　②排水減壓設(shè)施加固

　　排水減壓設(shè)施一般采用導(dǎo)滲溝、減壓井及水平蓋重壓滲等設(shè)施。對(duì)導(dǎo)滲溝的加固，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格掌握層間關(guān)系，防止導(dǎo)水溝淤堵。

　　一旦發(fā)生淤堵情況或局部破壞，應(yīng)及時(shí)清除和翻修。導(dǎo)滲溝的斷面應(yīng)滿足正常排除滲水的要求，不足者，予以擴(kuò)大。導(dǎo)滲溝還應(yīng)有一定的縱坡和排水出路，如發(fā)現(xiàn)有積水，應(yīng)及時(shí)加以整修，使?jié)B透水能夠及時(shí)地排除。對(duì)減壓井的加固，主要是解決井內(nèi)淤塞，起不到減壓作用的問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)沖水清理，但不要破壞井壁反濾層，以免失去反濾作用。還要防止人為地向井內(nèi)投小塊石，如已發(fā)現(xiàn)，及時(shí)設(shè)法清除，并加強(qiáng)井口保護(hù)，以防再次發(fā)生。對(duì)水平壓滲蓋重設(shè)施的加固，如發(fā)現(xiàn)反濾層失效或壓滲厚度不夠，就及時(shí)翻修，滿足設(shè)計(jì)厚度。

　　水利部水利建設(shè)與管理總站教授級(jí)高工