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浅析中小型水库大坝除险加固防渗设计的处理措施

2017-07-06王堂振 王堂钊

科技经济市场 2017年4期
关键词:除险加固基本原则处理措施

王堂振 王堂钊

摘要:中小型水库大坝是水利工程常见形式,在整个水利工程中扮演着重要角色,确保水库大坝具有较强的稳固性及防渗能力是尤为重要的,可以显著提升水库大坝工程质量,是充分发挥水库蓄水功能的前提,所以,就需要提高对中小型水库大坝除险加固防渗设计的重视力度。文章强调了中小型水库大坝除险加固防渗设计的重要意义,从其基本设计原则出发,指出了几种常用水库大坝除险加固防渗设计处理措施,并结合工程实例应用进行了详细分析,具有一定的技术指导和参考价值。

关键词:中小型水库大坝;除险加固;防渗设计;基本原则;处理措施

从当前我国水利工程整体运行使用情况来看,其中仍存在较多薄弱环节,尤其是水库大坝部分,经常因为维护和检修工作不到位,造成渗流现象的出现。不仅会降低水库大坝的稳固,降低其蓄水防洪能力,而且还容易引发险情,对人民群众的生命财产安全造成严重威胁。为避免这种现象的发生,就需要加强水库大坝除险加固防渗设计。

1.中小型水库大坝除险加固防渗设计的重要意义

在水利工程中,中小型水库是最为常见的建筑物,其主要作用是拦洪蓄水和调节水流,不仅能够供地区生产生活用水需求,确保水资源的合理利用,同时还能用作水力发电及水产养殖,实现水资源利用率的最大化,在促进地区经济发展方面发挥着重要作用。我国地域辽阔,河流分支众多,相对的人工建设的水库数量也比较多,但是,大量水库都是在上世纪50-70年代间完成修建的,尤其是很多中小型水库。受当时技术水平及经济条件的限制,水库设计标准和工程质量普遍较低,存在较多的质量隐患问题,再加上水库投入使用较长,很多水库都存在不同程度的维护不到位现象,降低了水库的正常使用性能,导致水库大坝稳固性较弱,渗流现象比较常见,水库大坝病害情况严重,发生险情的概率较大难以确保水库基础作用的有效发挥。

在推进水利工程建设过程中,必须提高对原有水库大坝改良的重视力度,做好水库大坝除险加固防渗处理工作,尤其是建设使用时间较长、存在病害现象的中小型水库大坝。在对中小型水库大坝进行除险加固防渗设计时,应从水库大坝工程特点及地区用水需求出发,找出存在的病害情况及险情隐患,结合水库大坝溢洪道泄流水面线基本情况,采取针对性有效措施,对水库大坝进行加固处理,提高其防渗性能,消除中小型水库大坝存在的病险隐患,提高水库大坝的安全性,确保其基础应用作用的充分发挥,增强水利工程的设计及建设的科学性及实用性,更好地服务于地区经济发展。所以,加强中小型水库大坝除险加固防渗设计,是当前我国水利事业发展过程中尤为重要的一项工作。

2.中小型水库大坝除险加固防渗设计基本原则

在对中小型水库大坝进行除险加固防渗设计时,需要遵循基本的设计原则,主要包括以下几点。第一,应该确保除险加固防渗设计符合水库大坝建设特点,在采取相应的处理措施之前,先对中小型水库进行全面勘察,了解水库的蓄水、灌溉、防洪等各项基本能力,掌握水库水位变化规律,在枯水期期间完成水库大坝除险加固防渗改良处理。第二,应严格按照中小型水库大坝防渗规定,从坝体和坝基的渗流渗径、渗流坡降、渗水量等多项设计参数进行综合考虑,提高除险加固防渗设计方案的规范性及可行性,使其防渗性能达到规定水平。第三,对于地质条件和施工条件复杂的中小型水库大坝,仅仅使用一种除险加固防渗技术,是很难实现较为理想的设计效果的,并且还容易出现工程成本较高的现象。所以,在实际处理过程中,应根据中小型水库大坝实际情况,将多种除险加固防渗技术加以联合利用,实现优势互补的设计处理效果,在提高水库大坝安全系数的同时,减少工程费用支出。第四,中小型水庫大坝除险加固防渗,在不同部位的设计原理是不一样,坝体和坝基的防渗设计原理分别为“前堵、中截、后排”和“前延、中截、后压排”,应严格按照该设计原理,在水库大坝上游处进行防渗加固处理。这些都是中小型水库大坝除险加固防渗设计时所要遵循的基本设计原则,进而才能保证防渗加固处理的科学性及有效性。

3.中小型水库大坝除险加固防渗设计的处理措施

根据防渗设计技术原理的不同,可以将中小型水库大坝除险加固防渗设计分为不同类型,其中使用比较广泛的处理方法主要包括以下几种。

3.1混凝土防渗设计

混凝土防渗设计,是利用混凝土材料,在坝基竖直面设置防渗墙,进而对水库大坝起到防渗加固效果。混凝土防渗设计作用步骤较多,需要先使用专业器械,在坝基出现渗流现象的位置进行造槽作业,然后再进行清孔换浆作业,再将所有设置好的槽孔依次连接后,便可以浇筑混凝土,完成防渗墙的设置,整个施工过程比较复杂。在进行混凝土防渗设计时,对槽孔设置有着较高要求,应将孔内泥浆面控制在导墙最顶端30-50cm内,将槽孔位置偏差控制在3cm以下,清孔后槽孔内的泥浆厚度应小于10cm,在确定槽孔设置合格后,应在4h之内完成混凝土浇筑。但是,混凝土防渗设计对造槽设备依赖性较强,而造槽设备在小型水库大坝中并不适用,并且防渗墙在与地基连接时,其稳固性得不到保障。

3.2高压喷射灌浆防渗设计

在利用高压喷射灌浆防渗设计方法,对中小型水库进行出险加固防渗处理时,是利用喷射装置的高压力特性,将浆液灌注到水库大坝地基中的孔隙中,在射流的切削、冲击及搅拌作用下,浆液便会与地基相结合形成一个整体结构,实现对水库大坝地基的改造,使地基的密度及稳定性都得到增强,进而提高其防渗性能。高压喷射灌浆防渗设计施工作业面较小,施工任务量较少,在施工过程中,不会对水库大坝地基地面造成损伤,通过预先设定好的套管,可以更加迅速地完成水库大坝防渗加固处理,具有较强的可控性及可靠性。但是,该项技术需要耗费大量资金,经济效益较低,如果从经济角度考虑,并不是最为理想的水库大坝除险加固防渗处理方法。

3.3复合土工膜防渗设计

复合土工膜防渗设计,也是当前中小型水库除险加固防渗处理常用方法,土工膜和土工织物是构成复合土工膜的主要材料,具有良好的防渗性能,将其应用到水库大坝防渗加固中,能够实现较为理想的防渗效果。在实际施工过程中,施工准备工作是尤为重要的,需先要对水库大坝地基地面进行压实处理,并保证地面具有良好的平整性,然后才可以铺设复合土工膜。另外,还应该搭配混凝土和砂垫层,将其设置在复合土工膜上方,形成防渗体系,进而实现更加理想的防渗设计效果。在铺设复合人工膜的时候,优先选择宽度较大的,并使其紧贴地面,不能出现缝隙或者褶皱,并且在施工过程中,不能对复合土工膜造成损伤,避免降低其防渗性能。

4.工程实例分析

为了解防渗加固设计方法在中小型水库大坝除险加固防渗处理中的具体应用,结合某地一小(2)型水库进行了详细分析,根据该水库大坝实际渗流情况及具体因素,采取了针对性的合理化处理措施。现将分析过程整理如下。

4.1水库基本情况

某水库为小(2)型水库,主要作用是防洪、灌溉和养殖。坝址以上集雨面积8.37km2,总库容75万m3,水库大坝为5级建筑物,大坝形式为均质土坝,最大坝高为22m,坝顶长度及厚度分别为50.6m和4.2m。上游坝坡和下游坝坡形式分别为单坡和双坡形式,其中上游的坡度比为1:2.0,下游的上下坡坡度比分别为1:2.0和1:2.25.并且在下游坝脚处堆设有排水棱体。对大坝地质情况进行调查,可知其粘粒含量为40%左右,土层塑性在7.5-13.2之间,属于一般性地质土层。

4.2水库大坝除险加固防渗设计

该水库大坝有渗流现象出现,经调查分析后,发现造成渗流现象的因素主要有水坝施工质量差、防渗处理不到位两种。在对大坝进行防渗设计时,结合大坝结构特点,利用大坝最大断面值进行渗流计算,在得出具体的结构后,根据大坝地质情况调查所得资料,可知大坝渗流类型为流土渗流,对多种防渗设计技术进行分析后,决定采用高压喷射灌浆防渗设计方法,在确定防渗墙轴线后,在大坝上游位置设置防渗墙,以此实现防渗加固效果。水库大坝经改良设计后,渗流现象得到了有效控制,防渗性能得到了显著提高,确保了水库的正常使用。

5.结束语

水利工程作为兴利除害、利国利民的基础公共工程,在防洪抗涝、农田灌溉、水源调配、水力发电等众多方面发挥着重要作用,对维护社会稳定、促进经济发展意义重大。做好中小型水库大坝除险加固防渗设计,采取有效的处理措施提高其防渗性能,是确保水库基本作用及功能有效发挥的前提,同时也是水利工程建设过程中一项关键任务,必须提高重视力度并将其加以落实。

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