浅析水库除险加固的相关措施

来源：职称驿站所属分类：水力论文
发布时间：2013-01-21浏览：24次

　　摘要：水库工程是流域防洪安全保护系统和水资源开发利用系统的重要组成部分，然而据2000年底统计，全国有3万余座水库存在着不同程度病险或安全隐患，占水库总数的36.3%，其中绝大多数为中小型水库，约占病险水库总数的95.9%。本文针对水库除险加固相关的问题与具体措施进行了分析与探讨。

　　关键词：水库除险加固,措施

　　我国一部分水库建成于“大跃进”和“文革”期间。这个期间修建的水库，限于当时特殊的历史条件，如水文站点少及普遍存在的设计、技术、施工力量和资金不足等因素，设计规范不完善，“三边”(边勘测、边设计、边施工)工程多，水库实际运行标准远低于设计标准。

　　重建设、轻管理，以及缺乏维修养护费用造成管护不规范，特别是一些中小型水库根本就没有观测设施及手段，水库的病险情况不能及时掌握，更不能得到及时处理，最终形成重大隐患。

　　一、病险水库存在的主要问题

　　1、水库防洪标准低

　　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，工程防洪标准低于国家标准;三是随着科技进步和社会经济的发展，工程建设规程和规范的要求在不断强化和统一，原有标准低于新规范要求。

　　2、抗震标准低

　　我国目前很多水库抗震标准低。地震液化是饱和砂土在地震作用下，由于严重丧失抗剪强度而由固体状态向液体状态的转化现象，其实质上是由于土体中孔隙水压力上升，使土骨架的有效应力降低以致完全消失所造成的。地震液化严重影响土石坝的安全，对土石坝造成最严重的破坏。大多数的水库由于历史原因，在原来的设计中对这一方面的要求没有给予高度重视。对于地震有可能造成坝体的变形破坏，以及沙土液化等问题没有采取必要的防范措施。

　　3、严重的渗流问题

　　原勘探工作深度不够、设计不合理或施工不严格及材料或结构老化等，都可能引起坝体、坝基或坝肩渗透压力增大、浸润线偏高或渗漏量增大等渗流问题。主要表现为以下几种形

　　式：一是坝体渗漏，主要形式是沿坝体产生的纵向裂缝以及结构面发生的集中渗漏;二是坝基渗漏，主要通过坝基未处理的第四纪冲洪积层、风化层及透水的裂隙向下游渗漏;三是绕坝渗漏，主要表现在两坝肩，坝体与基岩的结合层面上的渗漏，以及通过风化层、透水的破碎带向下游绕渗。

　　4、土石坝坝体变形问题

　　由于现有的水库坝体大多采用的是土石坝，与其他类型的坝体比较，变形破坏有其自身的特点：构成坝体的介质(主要是土粒)在应力和地下水的作用下发生位移，因此带来坝体的变形破坏。土石坝坝体变形问题主要有以下表现形式：坝体裂缝、滑坡和塌陷以及护坡的破坏。

　　5、大坝稳定性差和强度问题

　　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。首先是坝基、坝肩的抗滑稳定问题;其次是边坡稳定问题，主要表现在滑移边界条件的存在，以及边坡出现变形;第三是渗透稳定问题，主要表现在沿坝基和坝肩或坝体与岸坡的接触部位产生管涌、流土等。在失稳问题中还必须注意一些特殊的失稳问题，如拱坝的上滑失稳、金属面板失稳、长架空输水管道失稳或镇墩失稳等。对于强度问题，主要表现为产生裂缝、接缝宽度增加、内部融蚀、表面冻融等，其中贯穿性裂缝对坝体安全极为不利。产生裂缝的主要原因有拉应力过大或有效应力减少、材料的抗剪或抗拉强度降低、温度应力、土石坝材料的干容重和密实度不能满足要求等。

　　6、其他安全问题

　　输、放水及泄洪建筑物老化，破坏较为普遍，如闸门的锈蚀严重，启闭机不能正常使用;材料和结构老化;防汛公路不畅，管理设施、水文测报、大坝观测设备等不完善;水库淤

　　积、山体滑坡、南方白蚁破坏等，均需引起高度重视。

　　二、对于水库除险加固的几点建议

　　1、为病险水库加固提供资金保证

　　病险水库加固工程投资大、周期长、社会效益显著，应以公共投入为主。按照 “分级管理，分级负责”的原则，各级政府都应建立相应的专项治理资金。但是，要加快病险水库的治理步伐，仅靠政府的投入是不够的，必须建立和完善多元化、多层次、多渠道的投资体系。结合病险水库治理，积极稳妥地搞好小型水库的产权制度改革。在防汛责任制得到切实落实的前提下，可采取拍卖、租赁、承包、股份合作等方式筹集治理资金，尽可能将资金投向现有病险水库的治理。

　　2 、强化病险水库加固的前期工作，为搞好病险水库加固夯实基础

　　(1)做好水库大坝安全鉴定工作

　　在病险水库加固前期工作开始时，大坝安全鉴定主管部门应组织设计、施工、运行管理等方面的资深专家，严格按此办法全面准确地查找出水库存在的各种隐患，实事求是地确定水库的安全类别，科学而又有针对性地提出加固措施或建议。只有这样，才能做到有的放矢。

　　(2)对病险水库存在的严重隐患进行探查

　　病险水库的某些隐患，隐蔽性强。由于没有“对症下药”，致使其历经数次处理，仍未能彻底根治。这就需要委托具备相应资质的专业机构对这些隐患进行专题调研，找准隐患部位，分析产生原因，提出处理措施。

　　(3) 除险加固应与增容和恢复库容同时考虑

　　许多病险水库因存在安全隐患，汛期只能降低水位运行，调蓄能力大减;有些险库淤积严重，直接影响其效益的进一步发挥;有些险库，只要采取一些投资不大的工程措施，就可新增部分库容。在水库的病险得到有效排除的前提下，增容和恢复库容是提高水库自身经济效益和社会效益。据初步测算，采取除险加固和排沙减淤等措施，恢复、增加或保持每1m3库容所需投资仅是新修水库的 1/5 左右。因此对水资源紧缺地区有增容或恢复库容潜力的病险库，即使在投资受到限制的情况下，也应一次规划，分期实施。

　　(4) 除险加固应与综合利用及管理设施的改善相结合

　　病险水库由于修建时客观条件的制约以及建成后投入的更改、维修资金不足，普遍存在着防汛调度系统、雨水情测报系统、防汛道路及防汛物资仓库等管理设施难以满足要求的问题。病险水库加固规划时，应考虑增设防汛指挥调度网络系统及通信预警系统、水文水情测报自动化系统、大坝监测自动化系统等先进的管理设施。对不能满足需要的防汛道路及防汛物资仓库等管理设施一并予以改造。

　　(5) 努力提高病险水库加固的科技含量

　　前期工作应思路新、起点高，广泛采用新技术、新方法、新材料、新工艺，力求体现先进性、科学性和经济性。在病险水库加固时，应通过各种途径收集这方面的信息，广泛依托科研、设计、施工、大专院校等方面的技术力量，加以推广应用。坚持加固与提高、加固与技术进步相结合，力求在病险水库治理的技术经济方面有所突破。

　　三、水库除险加固具体措施

　　1 坝体填筑质量差采取的加固措施

　　由于坝体填筑质量差，导致大坝稳定分析结果为不稳定，主要是坝体填筑干密度指标不够，或填坝土料不符合设计要求，导致内摩擦角 φ(度)、凝聚力 c(T/m2)、渗透系数 k(cm/s)等多种物理力学指标达不到设计要求。坝体质量差，钻探取样时会出现掉钻，采样困难等现象。坝体的病症有：大坝坝体沉降变形量过大，河槽和岸坡段出现多道纵横向裂缝，围绕某一中心的环向裂缝，大坝下游坡出现大面积的浸湿现象，渗水逸出点较高，高于下游的排水棱体，大坝出现滑坡等。坝体填筑质量不一定会造成抗滑不稳定，但却可以造成某一局部或某一横断面，某一层面浸润线抬高，出现渗透变形破坏现象。解决此类病险问题，主要要使原来较为疏松的土体在某个范围之内得到一定程度的压实。目前国内最为有效最经济实用的加固措施就是对土坝坝体进行灌浆，即把配比好的粘土浆液用灌浆机产生一定的压力灌进大坝空隙、裂隙及孔穴，以达到防止渗水和固结的目的。土坝坝体灌浆分为充填式和劈裂式两种。充填式灌浆主要利用浆液自重将浆液注入坝体隐患处，以填塞洞穴和裂隙。劈裂式灌浆是运用坝体坝应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗泥墙，填塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力，同时通过浆、坝互压和湿陷，使坝体内部应力重新分布，提高坝体变形稳定性、整体性。

　　2 大坝渗漏问题采取的加固措施

　　(1) 渗漏问题成因

　　1)坝体渗漏：①坝体填筑土料未经试验或试验资料不准确，或施工中擅自改变料场，材料不符合要求;②施工质量控制不严，坝料混杂，碾压不密实，雨旱季节施工无防护措施，层与层之间密实度不足，层间填土过厚，接合不良，有冻土、大块土、漏碾压土，有工段接头、新旧坝结合面不良，裂缝等现象。

　　2)坝基及绕坝渗漏：①坝基水文地质条件不良、不明，未经勘察或勘察资料不足;②坝体与坝基、坝肩岸坡接合处深度过浅，渗径不足;③水库坝肩、两岸台地、单薄岭的水文地质条件考虑不周。

　　3)穿坝建筑物接触渗漏： ①穿坝建筑物未设截水环;②穿坝建筑物纵向不均匀沉降引起横向裂缝，碾压不当造成穿坝建筑物破坏，建筑物周围土层压实不足;③穿坝建筑物设计标准低，且年久失修等。

　　(2)渗漏处理的措施

　　大坝渗漏处理的原则是“上堵下排”。“上堵”的措施有垂直防渗和水平防渗。垂直防渗加固的方法很多，经验成熟且运用较多的方法有：①垂直铺土工膜防渗;②混凝土防渗墙防渗，包括射水造墙，抓斗薄壁防渗墙，振动沉模防渗板墙等;③水泥浆防渗墙防渗，包括高压喷射灌浆、振动切槽高喷，深层搅拌桩等。水平防渗有粘土防渗(用土工膜铺盖和水下抛土等措施)。

　　“下排”的措施有：下游坝脚增设导渗沟，修复排水棱体等。

　　下面是近几年一些水库除险加固处理大坝渗漏问题常用且有效的施工方法：

　　1)劈裂灌浆

　　劈裂灌浆技术在大坝除险加固中，具有投资少，见效快，设备和技术简单，操作方便等优点，主要用于解决坝体填筑质量问题和渗漏、抗滑稳定性差。根据其作用机理，坝基、坝肩难以劈裂，故坝基、坝肩渗漏问题不能用劈裂灌浆方式解决。

　　2)塑性混凝土防渗墙

　　塑性混凝土防渗墙方案是采用 WY-300 型超薄型液压抓斗式成槽机造槽，塑性砼成墙，从施工条件看，塑性混凝土采用薄形抓斗机开槽，要求有较宽阔的施工平地，要求泥浆护壁，开槽多深成墙多深。开槽时如遇到粉细砂层，护壁困难，随时可能塌坍，给施工带来诸多不便，且开槽深度控制在20m 左右，不能太深。从成墙质量和防渗效果来看，抓斗成槽薄壁塑性混凝土防渗墙整体性最好，墙体连接密实，质量有保证，检测方便，防渗效果好。

　　3)高喷防渗墙

　　高喷防渗墙是采用 XJ100-A 型钻机造孔，利用高压泵喷射水泥浆液与土颗粒掺搅混合，按一定比例和质量大小有规律地重新排列成墙，形成的墙体弹性模量 102～103MPa，抗压强度3.0～5.0MPa，渗透系数10-5～10-7cm/s。这种防渗墙结构稳定性好，具有较强的防渗性和较强的变形适应性，但高喷墙的质量受客观及人为因素影响较大，当孔的深度较深时，孔斜较大，容易造成高喷墙不在一轴线上，墙不搭接。遇有较大粒径的砂卵石时，可能喷不开，影响高喷效果，板墙连接无法保证，整体检测难度大。

　　3穿坝建筑物接触渗漏处理

　　采用风钻钻孔，高压压入水泥浆或水泥粘土混合浆处理。如张湖坑水库输水涵洞处理洞壁接触渗漏问题时，采用此法进行，设计灌注的是水泥浆，第一个孔灌浆时，就灌进8吨水泥，其它部位再灌时，灌浆量相对小些。灌浆处理结束后，坝后渗漏问题得到消除，涵洞内无滴水、喷水现象，效果良好。

　　四、结束语

　　通过采取有效的加固措施，水库不安全隐患得到排除，确保水库下游人民生命财产的安全和促进地方经济的发展，其经济效益及社会效益是十分显著的。今后应大力推进病险水库除险加固工作，进一步增强水库抗御自然灾害的能力，为经济社会可持续发展提供坚实的保障。

　　参考文献：

　　[1]《病险水库土石坝加固设计30例》顾辉，陈卫国，中国水利水电出版社;

　　[2]《水库除险加固风险决策》严祖文，彭雪辉，张延亿中国水利水电出版社;

　　[3]《水库除险加固项目管理》傅忠友，吴雪雄，中国水利水电出版社;

《浅析水库除险加固的相关措施》

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