【摘 要】中小型病险水库中主要存在着防洪标准低、坝体及坝基渗漏严重、输水泄水建筑物逐渐的老化、电气及金属结构不能满足大坝的运行等问题，在进行中小型病险水库除险加固的过程中，针对所列的病险原因，对大坝加高与泄水建筑物扩建方案比选，选择出相应的加固技术进行加固，以此保证大坝建筑物的安全及下游农作物和百姓的生命安全。
【关键词】病险水库；坝体；加固；技术措施；
【Abstract】There are many problems existing in the small and medium-sized reservoirs with unsafe factors， such as low standard for controlling flood， serious leakage existing in dam body and foundation， gradual dysfunction of structure for delivering and releasing water， insufficient electric and metal structure for smoothly function of dams， etc. In the process of reinforcing these unsafe reservoirs， by selecting and comparing the plans either heightening the dams or expanding the releasing structures in accordance with the respective causes， proper consolidating measures or technologies will be chosen to make sure the safety of dam buildings as well as the safety of crops and life of people in the downstream.
【Key words】unsafe reservoirs， dam body， consolidate， technological measures
1引言
据2008年《全国病险水库除险加固专项规划》统计，我国共有病险水库30413座，占水库总数的36.3%，这些水库大多建于上世纪50年代至70年代，普遍存在防洪标准低、质量差、年久失修等问题，直接威胁着水库的防洪安全[1]。
病险水库大坝是指水库大坝存在病险情况。三类坝通常指大坝的实际抗御洪水标准低于水利部颁发的水利枢纽工程除险加固近期非常运用标准，工程存在严重的质量问题，影响大坝安全，不能正常运行的坝。此类坝为最为常见的当前病险水库大坝，此坝急于加固。因此本文结合近几年对大型、中小型病险水库的加固设计的几个主要的加固大坝技术做一阐述[2]。
2中小型病险水库主要问题
据调查分析研究，我国的病险水库中存在的病险问题多种多样，其中主要体现在如下几点[3]：
1）防洪标准较低。主要原因为：一是大多数的水库由于种种历史原因，本身设计洪水标准低，不满足实际运用要求；二是随着我国经济的飞速发展，建筑行业中的工程建设规程和规范的要求逐渐的统一并成熟，原有的技术规程和规范已不能满足现有要求；三是随着水文系列资料的延长，特别是受实测大洪水系列资料的影响，重新核定工程洪水标准后，新的工程防洪标准不能满足国家标准；四是在施工过程中由于各种的原因，本身的设计洪水标准不能满足实际运用要求。
2）坝体稳定性较差。坝体的不稳定包括整体的不稳定相对建基面整体滑动和部分坝段坝体从整个坝体上分离的失稳。其主要表现在坝基坝肩的抗滑稳定问题、边坡稳定问题、渗流稳定问题等。其中渗流问题主要是沿坝基和坝肩或坝体与岸坡的接触部位产生管涌流土，如拱坝上滑失稳、金属面板失稳、长架空输水管道失稳或镇墩等强度问题。由于我国的中小型水库基本上为19世纪50年代至70年代修建的，在这些水库中可能由于设计时质量较差，施工时由于某个环节的问题，主要为人为或其他因素的原因，为了较快的完成工程任务，偷工减料，从而难于保证施工的质量。部分的水库大坝的坝体断面不足，坝坡或坝体存在着抗滑稳定及坝体裂缝等众多问题。同时坝体中存在接触冲刷破坏、流土、管涌等严重问题，从而危及水库大坝的安全及下游人民的生命安全。
3）水库中各建筑物老化
中小型病险水库由于修建年代老远，输水、泄水建筑物受到水流的冲刷，建筑物出现了部分的裂缝、漏筋，从而导致了建筑的漏水严重，影响建筑物结构的整体性。特别是遇坝下埋管时，极易导致接触冲刷破坏，危机大坝的整体安全。
4）机电设备及金属结构不能正常的运行
随着时间的推移及水流的冲刷等原因，建筑物中的机电设备及金属结构逐渐的饿老化，部分的设备超过其正常运行时间年限，或由于水的侵蚀设备严重的遭到了腐蚀，因此不能正常的运行，严重的阻碍了水库的安全。
5）抗震性较差
大部分以前修建的水库不能满足现在新的地震烈度区划分图确定工程区基本烈度及现行水工抗震规范复核，水库的抗震标准较低。
6）管理设施、观测设备及防汛公路差
大部分的病险水库中的防汛公路标准较低，有的水库甚至没有防汛道路，并且其管理设施由于年代及使用的原因老化，多少的水库中的水文监测系统不完善。
3中小型水库病险问题的处理措施探究
3.1病险水库大坝断面加固
为使病险水库的防洪标准能够达到现有规定的标准，其主要加固措施有两种：一种为：将大坝加高，增加水库的调蓄洪水能力；另一种为：扩建或增建泄水建筑物，比如：溢洪道、隧洞或涵洞等。经技术经济比较后，确定采用加高大坝或采用增大泄洪能力，可能有的时候两者兼用。
增加坝体高度通常采用的形式如下[3-4]：
第一种加固形式为“戴帽”加高。具体措施是从坝顶上直接加高，迎水面可用防浪墙直立加高，背水面上部坡度加陡，可通过稳定分析确定，如加高高度大约为1-2m；
第二种形式为加高大坝背水面培厚。当第一种加固形式不能满足要求时，可从大坝背水坡培厚加高，从而满足大坝的渗流稳定条件。在对土石坝加固时，可要求背水面加培用风化料等透水料，迎水面加培宜采用粘土、壤土料。
3.2病险水库大坝防渗措施
对于病险水库中土石坝的防渗处理（坝体防渗处理、坝基防渗处理等），可选用混凝土防渗墙、帷幕灌浆、高压喷射灌浆、粘土斜墙防渗、冲抓套井粘土回填防渗墙、土工膜防渗、水泥土搅拌桩防渗墙、劈裂灌浆等措施[3-5]。
对于混凝土坝、浆砌石坝的防渗处理，可比选坝体及坝基灌浆防渗加固与坝体在迎水面重建防渗板下接基石帷幕灌浆方案，从而选择施工技术简单可行、经济合理的方案。
对于混凝土面板堆石坝，可对防渗面板及与基岩接触进行加固。例如某水库大坝为混凝土面板堆石坝，坝高70m，总库容2.78亿立方，水库蓄水运行以来，大坝出现了严重的漏水现象，经采取多种的检测认为可能主要是混凝土面板遭到了水流的严重冲刷。处理措施是根据情况采用修复面板，对面板结构缝或者裂缝宽度大于0.2m的贯穿性裂缝采用止水材料封堵等综合的措施加固，加固后该坝运行正常。
土石坝防渗处理中的高压喷射灌浆是利用高压泵使水获得20～4MPa的高压后，从孔径很小的喷嘴中喷射出来，以极高的速度冲击破坏土体，从土体脱落下来的土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力作用下，与浆液混合，从而形成一定形状，达到设计要求的固结体，起到加固或防渗的作用。主要适用于粘性土、壤土、砂土、砂砾石类土层或由几种土层组成复合地基的防渗。施工要求坝基内卵（漂）石不得集中，粒径一般不超过40cm；地下水处于静止或流速较小状态。
深层搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软粘土与水泥强制拌和，使软土地基硬结成具有一定强度的水泥加固土。水泥土深层搅拌桩既具有良好的挡土自立能力，同时其防水抗渗能力也相当优异。该工法具有施工速度快，施工造价低、施工工艺简单，以及成墙厚度均匀连续等优点，可用于水库大坝的防渗处理。
土石坝防渗中灌浆的方法处理堤坝坝体的渗漏，已有几十年的历史世纪年代，我国许多省份用此法处理了一批病险水库，并取得成效，也积累了经验特别是近些年来，在坝体灌浆机理研究方面有了长足的进步，并将理论研究成果用于实践，创造了更多更好的实践经验迄今，我国已有近千座土石坝通过灌浆脱险。由此可见，用灌浆方法处理坝体的裂缝和渗漏是成功的，是一个好方法。除了斜墙坝面板堆石坝外，均质坝和心墙坝的坝体都可以采取灌浆的处理方法，但需在灌浆前搞清问题的性质，以确定是否适于采用灌浆的方法，否则，可能导致不良效果。坝体的问题主要是渗流问题，若通过坝体的渗流在设计控制之下，坝体任何部位的土体都不会发生渗透破坏，则为正常渗流；反之，能引起土体渗透破坏的渗流，则为异常渗流，或称之渗漏。在土石坝运行中，允许正常渗流存在，但对异常渗流，则必须采取处理措施。因此，灌浆方法可用于坝体出现异常渗流的情况。
目前，坝体灌浆的方法可分为充填式和劈裂式两种，前者是指自重灌浆（孔口压力为零），后者是指利用灌浆压力劈开坝体，形成一道近于垂直并连续的浆体帷幕。其实，两种灌浆方法都是压力灌浆，只是所用的压力大小不同而已。这两种灌浆加固技术，在我国水利工作者的努力下都取得了富有成效的成果，为我国的病险土石坝加固处理作出了贡献。
混凝土防渗墙主要采用的为钻凿、锯槽、液压开槽机、射水、薄抓斗等工艺，在坝体或者地基中建造槽形孔，以泥浆固壁，然后采用直升导管，向槽孔内浇筑混凝土，形成连续的混凝土，以达到防渗目的。
早期的混凝土防渗墙主要采用的为乌卡斯冲击钻机施工，成墙厚度一般为0.8m，价格较高。20世纪80年代后，施工工艺又出现了锯槽、液压开槽、射水及薄型抓斗等多种成墙方法。墙体厚度越来越薄，在土层、砂层或砂砾石层可减薄到0.1mm，造价也大大的降低了。墙体深度越来越大。例如黄河小浪底工程中右岸坝基防渗墙深度可达到81.9m。水库大坝加固中混凝土防渗墙厚度常用0.3-0.6m，根据计算分析确定，一般情况下使用常态混凝土。在长江干堤加固中墙后采用0.2-0.3m的混凝土防渗墙，均取得了明显的效果。对于坝基要求进行帷幕灌浆的工程，宜在钻孔后的槽孔中预埋灌浆管，再浇筑防渗墙混凝土，则墙体厚度大于等于0.6m，以利于施工。例如三峡工程中二期上游土石堰基岩灌浆采用在混凝土防渗墙内预埋灌浆管，帷幕灌浆也取得了明显的效果[4-6]。
目前在病险土石坝中加固措施采用的混凝土防渗墙加固实例较多，例如江西省老营盘水库、湖北省青山水库及徐家河水库等。在采用防渗墙措施时为保证灌浆质量，多采用顶部混凝土盖重等措施。
3.3输水、泄水建筑物加固
根据实际病险水库的情况及工程中对总布置方案的比较选择，对存在病险水库的泄水、输水建筑物，例如隧洞、涵洞、溢洪道进行加固。
1）溢洪道的加固
①溢洪道加宽，增设闸门
根据当地的地址情况条件及地形，在不降低堰顶宽度的情况下，将溢洪道加宽，以此可增加下泄流量从而提高防洪标准。此措施在投资的方面较少。
②溢洪道加深，增设闸门
为提高防洪标准，可将溢洪道中原有的实用堰降低，并可增设闸门，从而加大了泄流量，满足了防洪标准要求。
③重新增设溢洪道
根据地形条件，在地形条件允许的同时，可考虑增设溢洪道。但是此措施投资较大，但是施工不受已建工程制约。
2）输水管加固
加强对输水管的维护与管理，并实时检查输水管的使用情况，及时更新和改造。病险水库输水洞加固方案为保持原洞身。可将主坝左岸处进口斜卧管拆除重建，采用C25钢筋混凝土结构，净尺寸500×450mm，共计10个放水孔，顶部一阶均为通气孔，非常运行条件下临时封堵，其它放水孔通过φ350mm拍门控制；副坝右岸斜卧管拆除重建，保持原洞身，设3个放水孔，其中顶部孔不取水，非常运行条件下临时封堵，其它放水孔通过φ350mm拍门控制；副坝右岸局部整修。
3.4电气设备及金属结构设计
由于长时间的运行，电气设备及金属结构老化，必须对设备进行重新的设计。例如电气设备，电气设备主要用于管理所办公室提供照明及工作用电，其设计可从附近的村庄供电线路中引线接入管理所。金属结构可根据实际情况及尺寸购买适合建筑物的尺寸，应符合国家技术标准。
4除险加固过程中注意问题
1）一般中小型水库放水涵管除险加固处理要求工期短，采用内套钢管和灌浆处理比较合适，只要施工前做好充分准备，选择素质高的施工队伍，精心做好施工组织设计，使整个施工能够按计划紧凑有序进行，一般就可以保质保量完成任务。
2）施工时间要选定在年末枯水期进行，工程一定要确保在汛期前完成。因此，汛末随着水库水位下降，就要及时到施工现场布置核实设计有关数据。
3）为了确保工程施工的质量和安全，一定要按照有关规范进行施工，施工时要采取措施确保涵管内的通风和用电安全。同时在涵管套钢管前一定要将在涵管青苔污垢等清洗干净，以使新旧涵管之间灌浆结合紧密。
4）水库放水时涵管的漏水损失，不但直接影响水库的灌溉发电等经济效益，还将会危及土坝渠闸和下游人民生命财产的安全，因此要居安思危，抓紧时间对病险水库的涵管进行仔细检查，并及时安排资金进行除险加固，以发挥水利工程的经济效益和社会效益，确保水库的安全。
5结语
综合上述的加固措施，在对中小型病险水库进行除险加固时，首先要查明病险原因，针对具体的病险原因对坝体加高与泄水建筑物扩建方案比选，决定出适合满足防洪标准要求的加固方案，并分别对坝体进行断面加固、防渗措施加固、泄水及输水建筑物加固、电气及金属结构设计等，以此保证大坝的安全，以及下游农作物及人民的生命安全。
参考文献：
[1]周玲，胡伟.关于病险水库除险加固土石坝设计中几个问题的探讨[J].吉林水利，2006.09.
[2]赵洪岭.巴家嘴水库除险加固工程方案比选[J].人民黄河，2007，29（9）：73-74.
[3]翟政东，舒仲英，李龙国，等.下涧口砌石拱坝除险加固方案比选[J].中国农村水利水电，2007（1）：111-117.
[4]杜雷功.全国病险水库除险加固专项规划综述[J].水利水电工程设计，2003，22（3）：1-5.
[5]钮新强.大坝安全与安全管理若干重大问题及其对策[J].人民长江，2011，42（12）：1-5.
[6]雄威，田波，卢建华.水库大坝安全评价技术及方法探讨[J].人民长江，2011，42（12）：24-27.
相关热词搜索： 加固 水库 措施 技术
