摘要：在社会经济发展中做好病险水库的除险加固工作十分的必要，文章结合工程实例，指出了该水库大坝在运行中存在的病险，提出了适宜该工程的除险加固设计方案，论述了其合理性，经对加固后的坝体稳定进行校核，表明大坝除险加固后安全可靠，可为今后类似工程的除险加固方案选择提供一定的借鉴。
关键词：水库大坝；除险加固；设计方案；稳定性
水库在水利建设中占有重要的地位，我国的小型水库分布的区域广，坝型多样，在确保区域供水安全、防洪安全、粮食安全方面发挥了巨大的作用。随着社会经济的日益繁荣发展，人们对水资源的需求量与日俱增，也逐渐的认识到水库的重要性，水库建设质量也得到人们的重视。然而，由于水库承受巨大压力以及年久失修等各种原因，许多水库都不同程度存在一些病险，部分大坝出现裂隙、漏水等问题。水库大坝除险加固是目前水利建设中亟需解决的问题，研究小型水库的安全隐患及除险加固技术措施具有十分重要的现实意义。
1 工程概况
某水库是一宗以灌溉为主、兼顾防洪、养殖等综合效益的小型水库，担负着该地区农田灌溉和工业、生活设施等的防洪任务。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、输水涵管、坝后电站、灌溉渠道、防汛公路、管理房屋等建筑物组成。水库工程按20年一遇洪水标准设计，200年一遇洪水标准校核，水库设计洪水位57.24m，相应库容为39.8万m3；正常蓄水位56.4m，相应库容为33.3万m3，校核洪水位57.51m，相应库容为42.2万m3。水库运行至今已近40a，期间曾有几次不同程度的修缮，但修复工作多是从水库设施及表损现状进行，水库潜在的病害及坝体渗漏并未得到科学评估及彻底施治。由于当初受条件限制，建坝时设备落后，工艺落后，缺少可依据的规范和标准，加之资金投入不足，致使大坝在建设初期就存在诸多质量问题和安全隐患。为确保下游人民群众的生命财产安全，保证下游公路、铁路的正常运行，发挥水库的最大效益，经安全鉴定，鉴定该水库为三类坝，需进行除险加固。
实测大坝迎水坡为1：2.6～1：3.0，背水坡为二级坡，坡比自上而下依次为1：2.6～1：3.1，1：1.81～1：1.88。实测大坝坝顶净宽4.4～5.0m，坝顶高程59.5～59.8m，防浪墙顶高程60.6m，坝长215m。
2 大坝存在的问题
该水库大坝已渗流严重，安全隐患较多，存在的主要问题为：
（1）迎水坡护坡块石风化严重，局部产生沉降，凹凸不平，应重新更换块石。
（2）背水坡坡比不满足稳定要求，需要填筑培厚，无上坝台阶，没设排水沟，且坝脚无排水体。
（3）水库大坝无监测设施，水库目前无观测资料对坝体进行观测分析，处于盲目运行状态，需对水库观测设备进行配置。
（4）上坝道路既窄又陡，雨天泥泞不堪，无法满足施工和汛期运送抢险物资的要求。
3 大坝稳定复核
3.1 断面稳定计算
（1）断面确定
稳定计算选取实测的3个横断面和1个纵断面。
（2）设计参数的选取见表1。
表1 土坝土料计算指标.png)
（3）渗流分析计算
采用《理正渗流分析计算软件》得出表2计算渗流量。
表2 渗流分析计算成果表.png)
（4）大坝稳定计算
根据《中国地震力参数区划图》（GB 18306－2001）、《中国地震烈度区划图》，水库地震基本烈度为Ⅵ度，根据《水工建筑物抗震设计规范》（DL 5073－2000）的规定，水库设计烈度定位Ⅵ度，抗震复核不需计算。
3.2 计算工况
依据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》确定。
（1）正常工作条件下：分为正常高水位、设计洪水位、1/3水位时的上游坡及下游坡的稳定渗流期，采用瑞典圆弧法进行现状稳定计算。
正常高水位：上游坡K计＝1.452＞K允＝1.15；下游坡K计＝1.119＜K允＝1.15。
设计洪水位：上游坡K计＝1.483＞K允＝1.15；下游坡K计＝1.108＜K允＝1.15。
1/3水位：上游坡K计＝1.234＞K允＝1.15；下游坡K计＝1.236＞K允＝1.15。
（2）非常运用条件下：分为校核洪水位时上游坡、下游坡的稳定渗流期。采用瑞典圆弧法进行现状稳定计算。
校核洪水位：上游坡稳定K计＝1.492＞K允＝1.15；下游坡稳定K计＝1.104＜K允＝1.15；骤降死水位上游坡K计＝1.503＞K允＝1.15。
通过计算，土坝下游坡稳定计算的边坡系数小于规范允许值。
4 大坝加固设计方案
4.1 坝顶
水库大坝现状坝顶宽为4.4～5.0m，对坝顶修整，填筑10cm厚的碎石路面，路面向下游倾斜2%，以利于坝顶排水，下游坝肩铺设花岗岩路缘石。靠近路缘石侧设置横向排水沟，收集坝顶雨水，排水沟壁厚6cm，沟宽24cm，预制钢筋混凝土板盖顶。根据现状断面大坝坝顶高程复核计算，坝顶高程为58.29m，现状坝顶高程59.49～59.8m，满足要求，大坝无需加高。
4.2 坝坡
迎水坡：将上游坝坡砌石拆除，抛石护砌、修坡，坡比仍为1：2.6～1：3.0，外购新石干砌，块石厚度0.30m，块石粒径大于30cm，下设20cm厚碎石垫层，粗砂垫层10cm。为解决坝体渗漏问题，砂垫层下铺设土工膜，膜下亦为10cm厚砂垫层，起到保护防渗膜的效果。
背水坡：由于背水坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求，本次加固重新设计下游坡面。坝坡为二级坡，戗台以上坡比由原来的1：2.6～1：3.0局部培厚至1：3.0，而戗台以下坡比应从现状1：1.81～1：1.88培厚至1：2.5。清除坡面杂草树木，平整坝面，采用草籽护坡。新建干砌石贴坡排水，干砌石厚度30cm，下设20cm厚碎石垫层和10cm厚的粗砂垫层，并在背水坡设置一道上坝台阶。
4.3 使用年限
水库属小（Ⅱ）型水库，根据《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》SL 654－2014规定，水库壅水建筑物大坝本次除险加固设计使用年限为50a。
4.4 设计大坝稳定复核
（1）断面确定
迎水坡维持不变，仍为1：2.6；背水坡分为二级，戗台以上仍为1：3.0，戗台以下1：2.5。
（2）设计断面渗流分析计算
采用《理正渗流分析计算软件》得出表3计算成果。
表3 渗流分析计算成果表.png)
（3）设计断面大坝稳定计算
计算工况依据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》确定。
①正常工作条件下：分为正常高水位、设计洪水位、1/3水位时的上游坡和下游坡的稳定渗流期及设计洪水位骤降死水位上游坡稳定渗流期，采用瑞典圆弧法进行现状稳定计算。
正常高水位：上游坡K计＝1.519＞K允＝1.15；下游坡K计＝1.239＞K允＝1.15。
设计洪水位：上游坡K计＝1.555＞K允＝1.15；下游坡K计＝1.181＞K允＝1.15。
骤降死水位：上游坡K计＝1.564＞K允＝1.15。
1/3水位：上游坡稳定渗流期K计＝1.287＞K允＝1.15；下游坡稳定渗流期K计＝1.408＞K允＝1.15。
②非常运用条件下：分为校核洪水位时上游坡、下游坡的稳定渗流期。采用瑞典圆弧法进行现状稳定计算。
校核洪水位：上游坡K计＝1.564＞K允＝1.15；下游坡K计＝1.164＞K允＝1.15；骤降死水位上游坡K计＝1.601＞K允＝1.15。
经过计算，土坝上游坡、下游坡稳定计算的边坡系数大于规范允许值，因此，说明设计断面合理。
4.5 坝顶高程确定
（1）大坝超高计算
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274－2001）进行大坝超高计算，计算公式见式（1）：
Y＝R＋e＋A（1）
式中：Y为坝顶超高，m；R为计算爬高，m；e为最大风雍水高度，m；A为安全加高，A（正常）＝0.5m，A（非常）＝0.3m，A（地震）＝1.2m。
（2）计算结果
根据相关计算，得出水库坝顶超高及坝顶高程见表4。
表4 水库坝顶超高及坝顶高程确定计算表.png)
（3）坝顶高程确定
设计洪水位加正常运用情况的坝顶计算超高：57.24＋1.05＝58.29m；校核洪水位加非常运用情况的坝顶计算超高：57.51＋0.62＝58.13m。
根据计算，本次计算坝顶高程为58.29m，小于现状坝顶高程59.5～59.8m，满足要求，因此坝顶高程仍为59.5～59.8m。
5 结束语
总之，水库除险加固对保证水库安全运行、保障群众生命财产安全等方面意义重大，安全评价鉴定需要认真排查病害、分析成因，除险加固要采取经济适宜的技术方案，保证工程质量和治理效果。本工程加固后运行良好，达到设计要求及目的，故实践证明其所采取的除险加固措施取得了较好效果，从根本上解决了问题，为发挥水库的经济效益和社会效益起到了积极作用，值得推广。
参考文献：
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[2]李运福.关于小型水库大坝除险加固方法探究[J].建筑知识：学术刊，2014：385-385
[3]巫文军.小型水库大坝除险加固施工安全管理问题探讨[J].技术与市场，2014（6）：321-321
论文作者:姚旭辉
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/17
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