摘要:水库是我国水利工程重要组成部分,对于农业经济发展以及农业生产有着非常重要和关键的作用,但由于一些水库长久没有维修加固,存在着各种质量病害问题,加上水库建造时候的材料质量比较低劣,在时间的推移下,整体的质量以及坚固程度也大大受损。因此，为保证小型水库正常可持续使用和运行,本文通过理论联系实际,提出了合理的水库除险加固设计方案。以供水库除险加固工程施工提供参考。
关键词: 水库；除险加固；稳定性
引言
随着不少水库在使用过程有了损耗,同时由于多年运行管理不善,导致其病险比率大大提高，导致现存的很大一其安全问题越来越受到政府和人们的重视。又由于病险水库在设计运行过程中,难免因为抵御洪水能力的下降,导致安全事故出现,从而造成人们生命安全受损。因此,加强水库除险加固工作具有重要意义。
1 水库工程概况
某水库枢纽工程由拦河坝、输水洞、溢洪道组成。拦河坝类型为黏土心墙加斜墙坝，坝高22m，坝顶高程69.5m，坝顶宽4m，坝底宽117.325m，上游坝坡设一级马道，在60m高程以上坡比为1∶2.75，以下为1∶3.0。下游坝坡至上而下为1∶2，1∶2.5，下游高程 61.5m 处设1.5m 宽马道，大坝全长 220m。水库总库容790.4万m3，兴利库容为574万m3，调洪库容为196.4万m3，共用库容为438万m3。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000) 规 定，水库工程规模属于小(1) 型水库，所以水库现状工程规模为: 工程等别为IV等，主要建筑物级别为4级。水库的设计标准是50a一遇，校核标准是1000a一遇。水库设计正常蓄水位66.5m，相应库容654万m3;死水位57.0m，相应库容为80万m3; 设计洪水位67.0mm，校核洪水位68.0m，相应库容为790.4万m3。
2 水库工程现状及主要问题
(1)拦河坝: 坝体通过现场检查发现，大坝上游坝肩塌陷明显，迎水坡有100m2下沉比较明显，坝顶有31m 长不同程度沉陷，最大沉陷量为27cm，最小沉陷量为5cm。
(2)溢洪道: 通过现场检查，溢洪道陡坡段底板及边墙破坏严重，局部有裂缝，且下部排水管全部被堵死，无法排水。左侧导流墙(浆砌石墙)坍塌并有明显的绕坝渗流现象。溢洪道下游挑坎破损严重并有渗水现象，海漫破损严重。
(3)输水洞: 输水洞原为无衬砌的无压隧洞，1985年兴建电站时，在输水洞内加衬6mm钢板，改为有压隧洞，但输水洞进口没有改造，仍为原建梯级卧管，年久失修，不好运用，现已不再运用，输水洞现靠 电站出口闸控制，故输水洞进口呈无控制状态。
(4)管理房: 年久失修，破坏严重，上坝阶梯及护栏部分损坏，结构失稳，危及人身安全。
(5)上坝公路: 水库现在的上坝公路为砂石路，由于长时间没有养护维修，现在路面破损严重。在汛期时防汛物资不能及时迅速送达到坝顶。
(6)坝顶路及配套设施: 坝顶宽度为4m，不能满足防汛时车辆的顺畅通行，坝顶没有照明设备。
(7)闸门及启闭机: 溢洪道闸门漏水严重、启闭机老化，启闭机室年久失修，溢洪道上工作桥、栏杆锈蚀严重。工作桥在溢洪道闸墩顶部的位置使溢洪道弧形闸门不能完全打开。
3 水库除险加固设计相关计算成果复核
(1) 根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000) 规定，水库工程规模属于小(1)型水库，水库的设计标准是50a一遇，校核标准是1000a一遇。某水库的工程等别为IV等，主要建筑物工程等级为4级。
(2)坝体稳定计算方法根据碾压式土石坝设计规范(SL274—2001)规定，采用计及条块间作用力的简化毕肖普法计算坝坡抗滑稳定安全系数。
边坡稳定计算采用中国水利水电科学研究院的《土石坝边坡稳定分析程序(STAB95)》，在各种工况下，计算安全系数均 > 规范允许的安全系数稳定计算成果见表 1。
表1 土坝稳定计算成果表
(4)溢洪道堰体采用以5m为单位整体结构进行计算，作用在控制段上的荷载分为基本荷载和特殊荷载。对溢洪道控制段按抗剪断强度公式进行稳定计算和按材料力学法进行应力计算，计算结果表明，控制段的稳定安全系数满足规范要求，控制段闸墩与堰体是稳定的，基础应力均满足规范要求。
(5)消力池水跃消能计算按《溢洪道设计规范》(SL253—2000) 附录公式计算，经计算所需的消力池池深为3.8m，工程实测池长为39m，大于设计值，所以消力池满足规范要求。
(6)输水洞直径900mm。洞长92.8m，进口高程52.0m，出口高程 50.14m。输水洞进口采用卧管式进水口，进水由相继直立的26个直径60cm小闸门组成，可开启不同高度的放水口以满足出流的需要。
4 除险加固方案选择分析
(1)对于坝体部分，由于坝肩塌陷和坝坡沉陷导致坝体整体变形，故对坝体上下游进行护砌，坝肩塌 陷处进行修复。坝顶加宽，新建防浪墙，增设路灯，进而满足防汛需求，从而提高水库总体外观效果。
(2)坝体渗漏处理主要采用“上堵下排”的方法。“上堵 ”的防渗技术主要有垂直铺塑法、高压喷射灌浆法、混凝土防渗墙法、多头小直径深层搅拌桩法。“ 下排 ”的导渗技术主要有坝后排水减压井、反滤排水沟或下游坝透水盖重等措施。综合考虑水库的实际情况，采用“上堵”的防渗技术较为适宜。根据某水库的具体情况，此工程选用的防渗技术为垂直铺塑法和混凝土防渗墙法比较合理。
垂直铺塑法相对塑性防渗混凝土墙方法造价小，但是垂直铺塑法在坝顶施工时要求与原来的黏土心墙进行很好的连接，但是某水库修筑多年，原筑坝时的资料缺失，原黏土心墙的轴线位置无法确定，存在连接困难等问题。
塑性防渗混凝土墙施工时可以深入相对不透水层(中风化岩面层) 中1m，不用连接坝体原有的黏土心墙来一起作为防渗体，防渗墙自己本身就可以作为大坝的防渗体，而且防渗效果好。
综合以上分析，结合某水库除险加固工程的实际情况，采用塑性防渗混凝土墙技术比较适宜，并在大坝的左岸和右岸的溢洪道底板处做帷幕灌浆处理。
(3)溢洪道陡坡段的底板及边墙破坏严重，应拆除后重建; 新建启闭机室、溢洪道工作桥，更换溢洪道护拦; 原闸门除锈涂漆，更换闸门橡胶止水，更换闸门卷扬式启闭机，下游海漫段破损处应拆除重建。
(4)输水洞由于靠电站出口闸控制，故新建启闭塔。
(5)相应配套工程包括大坝安全监测设施、上坝公路、管理房。
5 除险加固工程设计
5.1坝体加固
5.1.1 上游坝坡
上游坝坡为干砌石护坡和抛石护坡，坝顶防浪墙至在死水位57. 0m以下1.5m，即高程55.50m以上为干砌石护坡，具体护坡形式由上往下为400mm厚的干砌块石护坡、150mm 碎石垫层和100mm细沙垫层。高程55.50m至坝脚为抛石护坡，把原坝坡上的干砌石拆除后用于抛石护坡的护坡材料。
5.1.2 下游坝坡
下游坝坡为碎石护坡，碎石护坡范围为从坝顶至坝脚，具体护坡形式由上往下为400mm碎石和200mm粗沙垫层。
在坝脚处做一贴坡式排水体，排水体范围为从右岸消力池边墙到左岸的上坝坡道处，长度为185.4m，排水体自下而上的砂砾料粒径分别为( d =0.25~1mm)厚150mm、(d=1~5mm)厚150mm 和( d = 5 ~ 20mm) 厚 250mm。在下游坝坡桩号0 +020.00 和桩号0 +190.00 处做两座上坝坡道。在下游坝坡高程61. 50处做一1. 5m宽的马道。
5.1.3 坝顶
原坝顶宽度为4m，根据《碾压式土石坝设计规范》低坝坝顶宽度为5～10m，而且原坝顶宽度不能满足防汛时交通要求，本次设计把坝顶宽度加宽到6m，将原有的砂砾料路面翻修为200mm厚混凝土路面。新建1m高的防浪墙，防浪墙底部伸入塑性防渗混凝土墙中，使大坝形成完整的防渗体。在防浪墙顶每隔20m设置一盏路灯，已备防汛应急时使用。
5.1.4 防渗墙设计
大坝坝基坝体均为水库的渗漏通道，某水库的坝基坝体防渗体均为塑性防渗混凝土墙，防渗墙底部深入相对不透水层的中风化岩层中1m。防渗墙设计技术参数见表3。
表 3 混凝土防渗墙设计技术参数
5.2 帷幕灌浆设计
在大坝左岸山体和右岸的溢洪道底板上进行帷幕灌浆处理。帷幕灌浆孔为两排，孔距为1.5m，三序施工。
5.3 溢洪道加固设计
5.3.1 陡坡段加固设计
由于陡坡段底板和边墙破坏比较严重，本次设计时将原底板和边墙拆除重建。经校核原消力池断面满足泄洪要求，新建消力池断面为与原断面相同的“U”型槽结构，边墙厚为300mm，边墙高为3m. 底板厚为500mm，底板宽为22m。消力池全长135.80m。
5.3.2 下游海漫段
下游海漫段破坏比较严重。这段设计为新建干砌石结构梯形渠道，渠道底宽38m，两岸边坡为1: 3，干砌石厚度为40mm; 海漫底板为600mm厚的铁丝石笼。海漫段全长50m。
新建启闭机室、新建溢洪道工作桥、更换溢洪道护拦、更换闸门启闭机。
5.4输水洞设计
输水洞是由6mm钢板衬砌，直径900mm。洞长92.8m，进口高程52. 0m，出口高程50.14m。输水洞放水是由相继直立的26个直径60cm小闸门组成，可开启不同高度的放水口以满足出流的需要。
由现场检查和运行情况分析，输水洞进口不满足安全控制要求，本次设计在输水洞进口处新建一个启闭塔。
启闭塔为分层取水的形式，塔高18.2m。启闭塔进口钢闸门一扇。
5.5工程观测设计
工程观测设计包括坝内埋设测压管、在溢洪道导流墙上设置水尺和在大坝左岸坝肩和溢洪道处各设置一处视频监视器，用于自动监视大坝和溢洪道的情况。
5.6其它工程设计
其它工程设计包括上坝公路和管理房。
1) 某水库现在的上坝公路为砂石路，由于长时间没有养护维修，现在路面破损严重。为了在汛期时防汛物资能够及时迅速送达到坝顶，本次设计将上坝公路重新翻修，修成沥青混凝土路面，路面扩宽至6.0m。长度为253.13m。
2) 管理房年久失修，破坏严重，本次设计新建管理房200m2。
6 结语
综上所述，水库的除险加固工程的质量关系着我国农业的发展状况,还影响着我国国民经济的可持续发展。因此，水库的除险加固设计不仅要尽量排除水库本身存在的安全隐患,还应注重与自然环境的协调发展,以保证经济效益、社会效益与环境效益的共赢。
参考文献：
[1]宋晓明.水库大坝除险加固设计及渗流分析[J]. 水利技术监督. 2015(04)
[2]李龙.水库除险加固设计探讨[J].工程技术研究. 2017(02)
论文作者:林琳
论文发表刊物:《防护工程》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/2
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