摘要：水库土坝结构的安全是保障水库正常运行的不可缺少的因素。水库土坝长期运行蓄水情况下，土坝会由于各种原因导致结构被破坏，严重影响了水库的安全运行。为保证水库土坝的正常运行，须对土坝进行问题分析并进行除险加固设计。本文结合实际，简要的介绍在水库土坝中存在的问题，比较分析提出的几种加固设计的方案，从中选取了最经济合理的、施工简单易行的、技术可靠的方案。
关键词：水库土坝；除险加固；设计
引言
水库在我国的数量非常多，它在人民生活生产方面都发挥了重要的作用，水利也已成为了社会关注的重点，所以对病险水库大坝进行除险加固处理十分有必要。我国以前修建的水库大坝大部分都是土石坝，如图1所示，且大多数土坝兴建于20 世纪 50 ～ 70 年代，由于年代久远，以前的设计标准较低及施工质量较差等原因而导致土坝质量不好，多数土坝普遍存在坝体填筑土质量较差、不密实、压实度不均匀、渗透性较大等问题，由于这些问题的存在，导致水库土坝在长时间的运行过程中出现渗漏严重、大坝变形等现象，严重威胁下游人民生命及财产的安全。为确保水库土坝的安全，保证水库土坝的正常运行，须对其病险问题进行分析，根据实际情况对土坝采取相应的除险加固设计和科学的管理办法。
图1 土石坝
1.水库土坝渗漏的种类和原因
（1）坝体渗漏。土坝坝体渗漏最主要的原因有以下几种：①筑坝土料质量较差，未满足规范要求；②筑坝土料质量满足规范要求情况下施工质量较差，坝体压实不均匀等，导致坝体渗透系数大于《碾压式土石坝设计规范》规定的数值，不满足规范要求；③大坝太过单薄，导致下游坝坡浸润线溢出点较高，渗水量较大，对坝体造成破坏；④坝体下游坝坡的排水系统因杂物堵塞等原因失去了效用导致下游坝坡浸润线溢出点较高，坝体出现渗漏现象，或者坝体在施工时就没有设置坝体排水系统；⑤可能是动物在坝体中筑巢，导致土质坝体内部出现了空隙的情况，比如白蚁。
（2）坝基、坝肩渗漏或绕坝渗漏。导致坝基、坝肩渗漏或绕坝渗漏的原因有以下几种：①在水库土坝建造过程中，截水槽设计的太浅甚至是没有设置截水槽，导致水库蓄水后出现坝基渗漏现象；②坝基风化较严重，施工时坝基防渗处理不完善，甚至未对坝基进行防渗处理等，导致水库蓄水后出现坝基渗漏现象；③水库周围的岩体结构碎裂，常年暴露在环境的侵蚀作用下，岩体的破裂程度不断发展，使水库坝体的透水性增强，或者施工时坝肩处理不完善，甚至未对坝肩进行处理等，导致水库蓄水后出现坝基渗漏现象。
2.水库土坝加固对我国经济和社会的影响
我国地大物广，水利资源丰富，水库大坝的主要功用是防洪、灌溉、发电、供水等，其中防洪为重中之重，水库大坝能否安全防洪严重影响到了下游人民的生命及财产安全。过去由于过于重视经济的发展，忽略了对自然环境的保护，导致自然环境遭到比较严重的破坏，生态平衡失调，各种自然灾害频繁发生，尤其是植被的破坏加重了水患的发生，危害到人民的生命财产安全。对于水库大坝防洪抗灾来说，水库大坝的结构是否安全，能不能满足防洪要求，安全阻挡洪水的冲击，保护下游人民的安全，更是重中之重。
3.水库土坝加固设计方案
从古至今，水患就一直危害着人民的生命财产安全，对水库土坝的除险加固设计也在不断进行。目前，在水库的土坝除险加固设计方案中所包含的内容主要有：坝顶加高、坝体培厚、坝体排水设计、坝面防渗设计、混凝土防渗墙设计、坝体的截渗设计和加强对水库土坝的日常管理等。
3.1坝顶加高、设防浪墙
第一步根据收集到的数据计算坝顶高度，如果现状坝顶高程不满足规范要求，可以选择对坝体进行加高处理或者增设防浪墙，不过防浪墙一般更为便宜而且容易控制施工质量，所以一般采用防浪墙方案较多，可以有效加固水库土坝。
3.2坝体培厚
造成土坝坝体渗流的重要缘由之一是大坝太过单薄，可以选择对上下游坝坡进行培厚加固处理，一般情况下选择一侧进行培厚加固，比较容易控制施工质量，需要注意的是加固培厚的坝体与老坝体结合处、与坝基结合处需处理完善，防止出现沉降不均匀的现象。
3.3坝体排水设计
坝体出现渗漏现象的原因之一可能是坝体下游坝坡的排水系统因杂物堵塞等原因失去了效用。可以选择重建坝体排水系统，有坝体内竖式排水、坝体内水平排水、棱体排水、贴坡排水等多种形式，同时也要保证坝面排水系统的通畅，避免堵塞后对坝体产生影响。另外，定期巡查水库大坝，对可能出现的渗流破坏、滑坡、沉陷或是裂缝现象采取有效的措施。
3.4混凝土防渗墙设计
这种方法是在坝体的主体或者是基础部位用冲击钻打孔，将混凝土通过打出的孔槽注入土坝坝体内，形成混凝土墙，加强防渗的效果。但是注入混凝土后，坝体原结构对未凝结的混凝土产生作用，混凝土墙会产生变形，所以需要保证混凝土墙的变形与土层变形方向一致。总体来说，这种方法防渗效比较好，但是施工难度比较大，混凝土的配比比较麻烦，质量不能保障，而且施工速度比较慢。
3.5坝体的截渗设计
（1）劈裂灌浆处理
劈裂灌浆的处理方法是找土坝面上应力比较小的那面，人为的用泥浆压力地劈开坝体，将泥浆灌入，利用泥浆相互挤压、坝体湿陷密实等作用，使坝体内的的裂缝、洞穴等隐患用泥浆挤压密实，形成竖直边浆体防渗墙。同时由于灌入的泥浆产生的压力会使得坝体内部所产生的应力再分配，改善坝体内的受力状态，促进稳定。
（2）高压旋喷灌浆方案
在加固技术中最为常见就是高压旋喷灌浆，通过打孔，将灌浆管移到对应的位置，然后打开喷头，通过25～35MPa高压的作用下，将高压射流喷射出来，通过强于土体强度的高压射流，将松动的土层剥落，部分土粒排除后，其余剩下的部分与灌浆融合，与土体部分重新凝结，形成防渗墙。这种方法连接稳定而且可灌性及可控性均很好。
3.6水库土坝的管理
（1）土坝表面的保护维修。由于风吹日晒及人为活动的作用，土坝表面会有一定的破损，为了防止破损变严重、扩大，需要定期对土坝进行养护维修。土坝表面的维修与保护一般有以下几个方面：首先，检查坝坡上的砌石，并对破损的砌石进行替换，修补的方法一般是先翻砌，然后用混凝土对裂缝进行处理；其次，注意保护坝体两侧的的草皮，重物不允许堆放在坝面、坝坡上；最后，保护坝顶防浪墙的完整。
（2）设备的保护维修。对观测设备进行定期的养护维修，尤其是对观测土坝浸润线用的测压管和对观测库水位用的水尺，必须应妥善保护，严禁动摇。
4.韶关市新丰县遥田水库大坝工程案例分析
4.1工程概况
遥田水库位于新丰县遥田镇联丰村，距县城60km。水库为小（1）型蓄水工程，总库容为305.10万m³，水库以灌溉为主，主要肩负遥田镇江石、枚寮、茶江、大马、长安等村水田3500多亩、耕地4500亩的灌溉任务。水库所在河流为北江水系翁江下游三级支流遥田河下游，坝址以上集雨面积4.94km2，干流河长5.38km，平均比降5.9%。水库大坝为均质土坝，最大坝高44.7m，坝顶长度119m，坝顶宽度4.25m，输水隧洞位于大坝左坝肩，溢洪道位于大坝右侧坝肩。
4.2基本资料
大坝为均质土坝，实测坝顶地面高程239.40m，防浪墙顶高239.90m，坝基高程为195.20m，最大坝高为44.7m，坝顶长度为119m，坝顶宽度4.25m，大坝上游坝坡坡比为1：2.66，下游坝坡坡比自上而下分别为1：2.27（高程239.4m~233.57m）、1：2.44（高程233.57m~223.44m）、1：2.75（高程223.44m~214.04m）、1：2.94（高程214.04m~205.49m）。排水棱体顶高程为205.49m，棱体底高程193.47m，顶部宽度为5.06m，棱体外坡坡比为1：1.34，内坡坡比为1：1.5。
4.3存在问题
（1）遥田水库大坝现状为均质土坝，现状坝顶宽度为4.25m，不满足规范要求；大坝上下游坝坡坡度较陡，经计算，大坝现状坝坡稳定安全系数不满足规范要求。
（2）遥田水库大坝上游坝坡干砌石护坡腐蚀风化损坏严重，护坡质量差，基本不能防止波浪及雨水淘刷破坏上游坝坡，严重影响坝坡安全；下游坝坡排水沟因坝体土料受到冲刷流失导致淤积、杂草丛生，影响排水沟正常排水功能。
（3）坝体填筑土填筑质量较差，压实度不均匀，渗透性中等，坝体填筑土渗透系数大于《碾压式土石坝设计规范》规定的数值，不满足规范要求。
（4）存在坝基绕渗问题。经分析计算，大坝渗漏较为严重，不满足规范要求，严重影响大坝的安全运行，危及坝体稳定。
（5）经计算，大坝两侧坝肩下游浸润线最高溢出点，高于大坝下游坝坡排水棱体顶高程，且大坝两侧坝肩未设排水棱体，不满足规范要求。
（6）未设置大坝变形、位移及测压管观测设施，无法及时监测大坝的安全性态。
4.4加固建议
（1）由于遥田水库自建成以来，未由溢洪道进行过泄洪，水库正常运行时，库最高水位未达到设计正常水位，且现状上下游坝坡较陡不满足规范要求，坝身填筑土质量较差等原因，建议对现状水库大坝进行降坝处理。
（2）存在坝基绕渗问题，建议进行坝基防渗帷幕灌浆处理。
（3）现状坝体填筑土填筑质量较差，渗透系数不满足规范要求，建议土坝进行劈裂防渗灌浆处理，提高大坝坝体的防渗能力。
（4）现状上游坝坡干砌石护坡腐蚀风化损坏严重，建议清除大坝上游坝坡的干砌石护坡，对上游坝坡坝体土料进行清理平整，重新培土碾压，对大坝上游坝坡重新护面处理。
（5）现状游坝坡排水沟因坝体土料受到冲刷流失导致淤积严重，建议对排水沟进行处理。
（6）大坝两侧坝肩未设排水棱体，建议对排水棱体进行加长至两侧坝肩处。
（7）现状大坝未设置大坝变形、位移及测压管观测设施，建议新增大坝变形、位移及测压管观测设施。
（8）水库大坝加固后建议重新制定水库管理制度，落实管理人员的职责，重新制定报批水库调度规程及应急预案。
5.结束语
本文简单就水库的土坝施工中遇到的加固的问题进行了分析和讨论，并根据这些问题讨论了水库的土坝在施工中加固的具体过程和措施。由此可见，在对水库的土坝进行加固的过程中，根据环境和施工条件的不同，有很多的方法可以对土坝进行加固。因此在加固过程中，施工人员还要进行比较，综合考虑以上各种原因并结合各种加固技术的优点与缺点，才能得出最好的加固方案。
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论文作者:党方林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
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