水利水電工程水庫大壩病害分析及整治措施

段旺彪

（烏恰縣水利局,新疆 烏恰 845450）

我國有許多老舊水庫大壩工程，這些老舊工程由于建造時(shí)間比較久，又疏于養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致存在很多安全隱患。因此，需要針對存在病害的老舊水庫大壩工程進(jìn)行整治，在確保其安全性的前提下，使其基本功能得以保存。

1 工程概況

某水庫位于北方的一個(gè)縣城內(nèi)，其校核洪水位1 061.45 m，設(shè)計(jì)洪水位1 060.52 m。正常蓄水位1 060.80 m，死水位1 037.36m；總庫容為149萬 m3，正常庫容128萬 m3，死庫容1.7萬m3；水庫設(shè)計(jì)灌溉面積722.11公頃，此水壩始建于1976年2月，1981年完工。最大壩高22.23 m，壩頂寬4.6 m,壩頂長125 m，壩頂高程1 165.00 m。大壩上游采用400 mm厚的水泥土護(hù)坡，坡率為l :2.3～l :3.2；大壩下游未護(hù)坡,坡率為l :1.75～l :3.18；坡腳設(shè)置干砌條石排水棱體,棱體頂部高程1 146.3m，棱體內(nèi)側(cè)無反濾。

2 大壩病害分析

通過對大壩施工總結(jié)和水庫運(yùn)行資料進(jìn)行查閱，并結(jié)合水庫現(xiàn)場勘察工作得知水庫大壩存在以下病害。

2.1 滲透現(xiàn)象

通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，水庫大壩左壩肩1 146 m及1 129 m高程處出現(xiàn)少量滲漏現(xiàn)象，壩體外坡1 143 m高程出現(xiàn)局部滲漏。

為了對大壩出現(xiàn)滲漏的原因進(jìn)行分析，制定合理的除險(xiǎn)加固方案，本文采用Geo—slope分析軟件中的SEEP／W模塊進(jìn)行滲流計(jì)算。為方便計(jì)算，對大壩最大橫剖面進(jìn)行了簡化。滲流計(jì)算參數(shù)采用此水庫土工試驗(yàn)的成果參數(shù)值，壩體各主要材料滲透系數(shù)見表1。

表1 各種材料滲透系數(shù)

2.2 地震病害分析

地震是造成水利水電工程水庫大壩病害問題的重要原因，在進(jìn)行水庫設(shè)計(jì)的工作中應(yīng)將地震問題考慮在內(nèi)。這里所說的地震被稱作水庫地震，并不是人們常說的地震，水庫蓄水是導(dǎo)致此種地震發(fā)生的主要原因，其發(fā)生位置通常是水壩旁邊或鄰近水庫的下游。一般情況下我們認(rèn)為水庫發(fā)生地震的契機(jī)與水庫所在地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，比如地質(zhì)結(jié)構(gòu)非?；钴S，活動(dòng)斷層引發(fā)水庫地震。進(jìn)一步來說，是水庫下面的巖石層受到水庫蓄水造成的壓力，讓其中儲(chǔ)藏的能力得以釋放而打破地殼應(yīng)力的平衡，從而讓地震發(fā)生。

2.3 白蟻病害分析

“千里之堤，潰于蟻穴”，白蟻病害在水庫大壩使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)，并且可以對水壩造成嚴(yán)重危害。比如導(dǎo)致水壩出現(xiàn)管涌、滑坡等危險(xiǎn)情況，白蟻會(huì)在水壩內(nèi)部挖掘眾多的苗圃墻，螞蟻爬行的通道也四通八達(dá)，嚴(yán)重破壞了水壩的穩(wěn)定性和牢固性，為水壩帶來巨大安全隱患。

3 水利水電工程水庫大壩病害整治措施

3.1 壩坡加固

3.1.1 壩坡加固設(shè)計(jì)工作分析

在對壩坡加固進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作中，應(yīng)注重上游的減載和削坡施工，并加強(qiáng)下游的加固增厚工作。首先要進(jìn)行施工設(shè)計(jì)工作，在具體的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)以壩坡穩(wěn)定性以及其他方面的計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，為了使壩坡的阻滑力盡可能得到提升，需要科學(xué)合理的選擇具體的拋石地點(diǎn)。此外，還要對壩體上部位置的坡度進(jìn)行削減，以此來提升邊坡的穩(wěn)定性。拋石的選擇在壩坡加固工作中占有重要地位，在設(shè)計(jì)選擇工作中，應(yīng)確保壩軸線的位置比原來壩坡的最低位置還要低，不然的話會(huì)對阻滑力產(chǎn)生影響，使阻滑力大幅度降低，并對壩體的穩(wěn)定性和牢固性造成影響。其次，如果壩軸線的滑弧無法達(dá)到出漏點(diǎn)的位置，也會(huì)對阻滑力造成巨大影響，導(dǎo)致抗滑作用難以實(shí)現(xiàn)，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)保證壩軸線的位置不能在太前面。在對上游壩體進(jìn)行削坡工作后，會(huì)出現(xiàn)大壩壩軸線往下移動(dòng)的情況，此時(shí)應(yīng)根據(jù)相關(guān)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求來分析壩軸線位置是否合理，能不能對壩頂?shù)膶挾群透叨纫筮M(jìn)行滿足。

當(dāng)結(jié)束了上游壩體的施工，還需要加厚下坡位置，在下坡加厚施工設(shè)計(jì)工作中應(yīng)注重施工材料的選用，確保材料質(zhì)量過硬，符合相關(guān)建筑要求標(biāo)準(zhǔn)，避免對施工過程和施工質(zhì)量造成影響。在具體的設(shè)計(jì)工作中，不僅需要保障施工的可靠性，另外也不能對施工過程中的經(jīng)濟(jì)性選擇忽視。在選擇風(fēng)化石渣材料方面，一般情況下可以將配比為1:2或者是1:2.5的材料應(yīng)用到施工工作中，在對下坡進(jìn)行加厚的工作中，還需要提前設(shè)計(jì)好下游的排水設(shè)施，對于排水設(shè)施的設(shè)計(jì)有兩個(gè)方面需要特別注意：其一，要為加厚施工的工作提供便利；其二，應(yīng)仔細(xì)地對馬道進(jìn)行檢查。在進(jìn)行下坡加厚施工過程中，制定施工方案時(shí)應(yīng)全面考慮到最不利的情況，如此才可以讓施工的穩(wěn)定性得到保障，并保證施工過程能夠達(dá)到施工性能的具體要求標(biāo)準(zhǔn)。在施工方案制定工作中，還需要制定出多種方案，并通過科學(xué)的計(jì)算來對各種方案的可行性進(jìn)行分析對比，最后選擇出最合適的方案。

3.1.2 壩坡具體加固措施

針對沒有設(shè)置防浪墻的土石壩，經(jīng)確認(rèn)可以繼續(xù)使用的情況下，就可以采取防浪墻的增設(shè)，對大壩進(jìn)行加高。另外，在對下游進(jìn)行培厚加高過程中，不需要將水庫中的水放空，以此來保證水庫可以正常運(yùn)行，能夠使效益得到保障。如果在壩坡不具備良好的穩(wěn)定性也無法滿足安全要求的情況下，施工工作應(yīng)以穩(wěn)定壩坡為基礎(chǔ)，同時(shí)在上游和下游對水壩開展培厚加高工作。針對混凝土水壩，可以通過以下兩種方法進(jìn)行加高：第一種，可以通過澆筑方式來進(jìn)行加高，同時(shí)將上下游的表面擴(kuò)大斷面；第二種，在完成澆筑工作之后，利用預(yù)應(yīng)力錨索將新澆筑的壩體和壩基相互連接起來，使其形成一個(gè)整體[1]。還可以采取植筋的方法對舊壩體或壩基與新澆筑的部分進(jìn)行結(jié)合，提高水壩的牢固性，并使水壩的受力性能得到增強(qiáng)。

提升泄洪能力，可以加深或擴(kuò)寬現(xiàn)存的溢洪道，如果有必要的情況下需要建立新的溢洪道。加固工作投資比較大，超出預(yù)算的情況下，可以建設(shè)簡單的溢洪道與自潰壩擋水相結(jié)合的方法來對泄洪能力進(jìn)行提升。某老舊水庫除險(xiǎn)加固工程施工現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 某老舊水庫除險(xiǎn)加固工程施工現(xiàn)場

3.2 防滲工作

3.2.1 除險(xiǎn)加固方案

一般情況下，水壩中壩基和壩肩的位置比較容易出現(xiàn)滲透情況，所以應(yīng)加強(qiáng)這兩個(gè)位置的防滲工作。在壩基和壩肩的防滲施工中，可以采用以下三種方案：（1）劈裂灌漿+排水棱體方案；（2）充填灌漿+排水棱體方案；（3）高壓擺噴灌漿+排水棱體方案。

3.2.2 方案選擇和比較

劈裂灌漿具有機(jī)理明確、操作簡單的特點(diǎn)，對于防滲工作有很好的效果。高壓擺噴灌漿能夠形成結(jié)構(gòu)緊密的連續(xù)防滲體，并且有較大的強(qiáng)度和足夠的防滲性能，防滲效果良好。充填灌漿主要被應(yīng)用于局部裂縫或是空洞的防滲處理中，當(dāng)用于土壩全斷面的防滲處理時(shí)，由于不能讓灌漿壓力太大，所以會(huì)影響到灌漿效果。

3.2.3 加強(qiáng)孔底的淤泥清理工作

在防滲墻施工過程中，施工團(tuán)隊(duì)需要注重孔底淤泥的清理工作。淤泥清理的方法比較多，主要的淤泥清理方法有泵吸排渣法、潛水泵排渣以及抽筒出渣等。施工團(tuán)隊(duì)在選擇具體方法時(shí)應(yīng)對孔底淤泥的淤積厚度和分布等情況進(jìn)行分析，保證最后選用的方法具有合理性和科學(xué)性。另外，施工人員必須要遵照規(guī)范的流程來進(jìn)行淤泥清理工作，確保淤泥清理工作能夠取得很好的效果，從而來提升防滲墻的加固作用。

3.2.4 合理應(yīng)用造孔工藝

要想提升防滲施工工作的效率和質(zhì)量，就要加強(qiáng)對造孔工藝的應(yīng)用。一般情況下，在防滲墻施工過程中會(huì)應(yīng)用到鉆劈法、抓取法和鉆抓法等三種造孔工藝。其中鉆抓法主要是在結(jié)構(gòu)緊密的挖槽中應(yīng)用；抓取法主要是在顆粒直徑較小的土層中應(yīng)用；鉆劈法則主要應(yīng)用在砂卵石底層的施工工作中。以上三種造孔方法都能對防滲墻施工質(zhì)量造成一定影響，但使用特點(diǎn)都各不相同，這就要求施工人員在選擇時(shí)應(yīng)以具體的施工現(xiàn)場情況和施工需求為依據(jù)，做到科學(xué)合理使用造孔方法，從而促進(jìn)施工的質(zhì)量和進(jìn)度。

3.2.5 加強(qiáng)排水施工

排水施工在水庫大壩防滲施工工作中有著重要作用，目前的排水施工方法主要有棱柱式和貼坡式兩種。在使用棱柱式排水施工時(shí)，應(yīng)拆除原有的已經(jīng)失效的棱柱式排水設(shè)施，對于還可以使用的與新的棱柱式排水設(shè)施進(jìn)行結(jié)合，配合施工。為了節(jié)省成本，控制施工材料的使用，可以在原有的排水工程基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的加強(qiáng)維護(hù)施工，設(shè)置水平形式的排水帶就是比較常見的一種方法，其對新老排水工程進(jìn)行結(jié)合，對提升水庫大壩的排水功能。另外，為了提升水壩的外觀形象，在繼續(xù)排水施工的過程中還可以對其進(jìn)行美化，方法可以采用金包銀形式。

3.3 地震病害整治措施

因水庫地震而造成的影響很難進(jìn)行直接規(guī)避，需要做的是將應(yīng)對工作準(zhǔn)備妥當(dāng)。首先，應(yīng)對壩區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和土質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效掌握，對水庫大壩的具體等級進(jìn)行確認(rèn)，在對地震發(fā)生時(shí)可能帶來的危害程度分析工作中，可以科學(xué)運(yùn)用事件樹或FMECA等方法，從而確定受到地震影響后，水庫大壩遭受的破壞程度和潰決模式。另外，還需要對發(fā)生地震后對下游的影響程度進(jìn)行分析，加強(qiáng)大壩地震風(fēng)險(xiǎn)情況的監(jiān)測工作。在應(yīng)對地震現(xiàn)象時(shí)應(yīng)遵循合理的應(yīng)對原則，不斷積累應(yīng)對經(jīng)驗(yàn)，將實(shí)時(shí)分析工作進(jìn)行落實(shí)，從而逐漸建立起一套成熟的地震預(yù)警系統(tǒng)。

3.4 白蟻病害整治措施

針對白蟻病害對水壩造成的危害，水庫大壩維護(hù)人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行大壩安全管理制定，絲毫不能放松警惕，做好定期檢查工作，在平時(shí)增加巡視的次數(shù)。針對白蟻的防治方法比較多，比如施藥法、煙熏法、挖槽法和灌漿毒土法等，下面針對幾種常用方法來具體介紹。

噴施滅蟻零粉劑。如果水壩存在大量的白蟻時(shí)，可以將泥被和泥線挑開，利用噴粉球?qū)缦侅`粉劑直接噴灑到白蟻的身上，由于白蟻是通過觸角的接觸來進(jìn)行相互之間的信息傳遞，所以這種方法可以使得藥物在白蟻群中得到迅速的傳播，從而讓消滅白蟻的目的有效實(shí)現(xiàn)。

灌漿毒土法。上文已經(jīng)提及，在通常情況下會(huì)使用灌漿法來進(jìn)行水壩的加固施工，所以在具體的施工過程中可以將一定數(shù)量的有機(jī)磷類藥品加入灌漿漿液中，實(shí)現(xiàn)對白蟻進(jìn)行預(yù)防和殺滅的效果。此種方法一方面能夠?qū)ο伒?、蟻巢和白蟻進(jìn)行消除，另一方面還可以對水壩土壤進(jìn)行毒化，對白蟻繁殖具有很好的防治作用。此外，還在背水坡和迎水坡之間造就了一道隔離墻，讓白蟻的行動(dòng)范圍得到有效控制。

4 水利水電工程水庫大壩施工質(zhì)量控制措施

4.1 加強(qiáng)施工技術(shù)水平

水利水電工程團(tuán)隊(duì)的施工技術(shù)水平對水庫大壩的整體質(zhì)量影響較大，為了減少水庫大壩在后期的使用過程中出現(xiàn)的病害，應(yīng)該對每一個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控，在根本上對施工技術(shù)進(jìn)行提升，尤其應(yīng)加強(qiáng)建筑企業(yè)管理人員的全局意識，對下屬工作人員的管理也應(yīng)加強(qiáng)，在施工過程中做好監(jiān)督工作，以此保證工程施工的順利進(jìn)行。施工企業(yè)可以為施工現(xiàn)場配備先進(jìn)的機(jī)器設(shè)備來進(jìn)行輔助施工，這也是提升施工技術(shù)水平的有效措施。另外，還要建立一套完善的施工管理制度，讓施工過程變得更加科學(xué)規(guī)范，防止不良工程的出現(xiàn)。除此之外，施工企業(yè)還可以借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，以此來提高施工技術(shù)水平，還要充分認(rèn)識到施工技術(shù)產(chǎn)品在水利水電工程施工安全中所發(fā)揮的重要作用，加大資金投入，提升水利水電工程施工的水平和效率[1]。

4.2 加強(qiáng)水庫大壩的養(yǎng)護(hù)維修工作

水庫大壩的日常養(yǎng)護(hù)工作對于大壩病害的整治工作有重大意義，也是保證施工質(zhì)量的前提條件[2]。因此，大壩維護(hù)工作人員在日常的養(yǎng)護(hù)維修工作中，應(yīng)積極提升自身的責(zé)任意識，將每天的巡堤工作落實(shí)到位，在巡邏的過程中不放過任何一個(gè)可疑問題。還應(yīng)加大對水庫保護(hù)工作的宣傳力度，切實(shí)做好水庫大壩病害的預(yù)防工作。此外，還應(yīng)加強(qiáng)對自動(dòng)化檢測工具的科學(xué)利用，從而做到對整個(gè)水庫大壩的運(yùn)行情況進(jìn)行有效監(jiān)督和控制，如果發(fā)現(xiàn)了存在的問題，應(yīng)立即采取有效措施予以解決，確保病害問題盡量在可控范圍之內(nèi)，從而促進(jìn)水庫大壩的正常有效運(yùn)行。

5 結(jié)語

綜上所述，目前在水利水電工程水庫大壩的施工以及使用環(huán)節(jié)中，仍存在諸多問題，水庫大壩的病害問題就是其中最主要的一種。病害問題為水庫大壩的安全性帶來嚴(yán)重影響，我們應(yīng)積極采取有效措施對病害問題進(jìn)行解決。

Analysis of Reservoir Dam Diseases and Treatment Measures for Water Conservancy and Hydropower Projects