袁东

摘要：中小型水库在全国水库中所占比例巨大，更容易发生病险问题，水库除险加固需求尤为迫切。对水库进行除险加固设计，不但会对社会经济带来效益，还将消除洪水对周边下游城镇、道路等基础生活设施的威胁，充分发挥水库的防洪减灾作用。本文结合某中型水库除险加固的工程案例，探讨了大坝除险加固的地质条件、工程布置、坝顶加高方案选择、混凝土裂缝处理及观测设计等步骤，提出相关建议，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：水库 大坝 除险 加固

Study on Danger Elimination and Reinforcement Design of a Medium-Sized Reservoir Dam in A River in Hubei Province

YUAN Dong

（Honghu Water Resources Survey and Design Institute， Honghu， Hubei Province， 433200 China）

Abstract： Small and medium-sized reservoirs account for a large proportion of reservoirs in China， which is more prone to dangerous problems. The demand for danger elimination and reinforcement of reservoirs is particularly urgent. The danger elimination and reinforcement design of the reservoir will not only bring benefits to the social economy， but also eliminate the threat of flood to the surrounding downstream towns， roads and other basic living facilities， and give full play to the flood control and disaster reduction function of the reservoir. Combined with the engineering case of danger elimination and reinforcement of a medium-sized reservoir， this paper discusses the geological conditions， engineering layout， selection of dam crest heightening scheme， concrete crack treatment and observation design of dam danger elimination and reinforcement. It puts forward relevant suggestions， which is believed to be beneficial to colleagues engaged in relevant work.

Key Words： Reservoir; Dam; Danger elimination; Reinforcement

1工程概況

某水库坝址上方集水面积185km2，干流长28km，河道平均落差1.4%，水库区域年平均降水量1670mm年平均流量5.84m3/s。水库正常库位346.00m，总库容6094万m3，电站装机容量13MW。主体建筑由主坝、次坝、溢洪道、引水洞、导流洞、电站等组成[1]。在消除和加固灾害之前，该水库工程任务主要是发电，兼顾灌溉和防洪;该水库经除险加固后，为中型水库，主要用于防洪、发电、灌溉。

大坝存在的主要问题有：（1）水库坝顶高程不符合防洪安全要求;大坝渗漏稳定性及安全隐患; （3） 1#～2#和21#～22#面板接头变形近年来有发展趋势[2]。

2除险加固设计

根据大坝安全技术鉴定提出的问题，某一级水库大坝除险加固有以下解决措施：（1）加高坝顶高程;（2）对主坝上游混凝土面板裂缝进行处理;（3）延伸主坝两岸帷幕灌浆[3]。

根据一级水库大坝的特点，大坝除险加固有两方案进行比选：方案1是上游面板延长加高，下游坝体采用堆石材料进行拼宽;方案2是在原有滑模平台顶部增设直立挡墙。经各方案技术经济比较，大坝加固采用了方案一，主要理由有：（1）坝顶挡墙高度在合理范围内，挡墙底部应力情况较好;（2）新老混凝土面板、面板与防浪墙接缝受力情况较直立挡墙方案较好;（3）下游堆石加高施工面较大，堆石体碾压施工方便[4]。

总体加固方案：（1）拆除原坝顶上游原挡土墙和原坝顶下游挡土墙，346.30m以上高程开挖道碴和岩体，对坝体进行分区新填石。 （2）上游前面板以1：1.3的斜率延伸上升。加长面板采用C25W6F100钢筋混凝土面板，厚度为0.3m。延伸板以“L”形连接到新建的波纹混凝土墙[5]。 （3）新旧面板的伸缩缝，面板与上游波浪墙之间的伸缩缝采用两种滞水方式。底部采用“W”型止水铜箔，前水面采用SR止水材料。（4）在下游岩体强化过程中，拆除下游原有块石护坡。下游坝坡加坡后坡度为1：1.3，采用混凝土桁架梁结合条石护坡和局部绿化处理。 （5）二级坝位于大坝主坝右岸的细盆内，溢洪道与大坝二级坝相连，位于二级坝右侧。引水洞入口位于大坝主坝右坝肩上游150 m处的陡壁内。大坝加固钢筋截面如图1所示。

2.1 大坝坝顶加高设计

主坝加固后，坝顶长度与原坝顶长度相同，仍为217.70 m，坝顶最大高度为78.32 m，距坝顶宽度为6.0 m，坝顶高程为354.50 m，挡浪墙顶高程为355.70 m。新填坝体的填石子垫区、过渡区、主要填石区、次要填石区和坝脊静碾压区共有5个主要填筑区。此外，在板接缝附近建立了一个特殊的缓冲区域。缓冲区水平宽度为1.5 m，过渡区水平宽度为3.5m。

347.02m高程上的上游面是原始面板基础上的延伸和凸起面板。摊铺时，截去保留钢筋混凝土面板上三角区域，使新旧混凝土接触面垂直于钢筋混凝土面板表面。延伸段面板采用C25W6F100混凝土，厚度0.3m，坡度1：1.3。面板中部采用单层双向钢筋，纵横向平均配筋率为0.4%。面板下方有水平宽度为1.5m的缓冲层和水平宽度为3.5 m的过渡层。

2.2 上游坝面混凝土裂缝处理设计

（1）面板周边接缝与岸坡段底墙伸缩缝缺陷的处理。采用新型SR-2型SR纳米保水塑料材料、EPDM橡胶增强SR防渗保护套和HK966弹性密封件，将周边接缝、伸缩缝等故障部位的表面从坡脚墙挡住银行的部分。更换封边剂、不锈钢膨胀螺栓和平板，恢复周边缝SR材料的鼓包形状，恢复SR防渗系统以适应接头变形，密封防渗性能。根据实际情况，加工件（主要是海拔320.0m以上的部分）将添加一种新型纳米SR-2 SR塑料水塞材料，恢复周边材料SR的凸起形状密封垫，恢复防水系统的充分性、SR密封垫变形密封的防渗性能，原防渗保护片、不锈钢膨胀螺丝、板等保留。

（2）面板张力纵缝缺陷的处理。在垂直面板拉接头上切槽。靠近错台面的面板混凝土应先打磨，使混凝土面板平整，然后加EPDM橡胶增强SR防渗保护层和HK966弹性封边剂密封防渗漏，与周边融为一体接缝。

（3）面板裂纹和缺陷的处理。对于死水位（323.68m）以下的混凝土板0.5mm以上的裂缝，先用LW/HW水溶性聚氨酯进行化学灌浆，并粘贴SR增强SBS防水罩板和HK966弹性边密封胶密封防水，在其表面形成一个整体灵活的SR防水系统。

2.3 拦河坝观测设计

（1）坝体表面变形观测。拦河坝主坝上游面板利用原保留的三向位移标点进行观测，共23个测点，面板重建后在原高程补设4个测点，原有19个三向位移测点保留。（2）面板变形观测。保留原有的16只球阀式水管沉降仪进行观测。（3）坝体内部变形观测。利用原有的垂直位移计各7个测点。（4）接缝变形观测。原面板周边缝有5组三向测缝计，本次加固新增3组三向测缝计，左岸挡墙与面板接缝。（5）面板应力应变观测。保留原有的应变计和无应力计进行观测，不再增设。（6）大坝渗流量观测。绕坝渗流新增12只孔隙水压力计。

2.4 大坝除险加固效果

根据大坝运行后实测数据分析，加固后大坝运行基本正常。 （1）坝顶新安装的钢筋混凝土板表面光滑，板内未发现明显裂缝。 （2）一旦隐患消除并加固，坝基处的廊道不再有渗水现象，廊道已完全干燥。 （3）除险加固后，计量堰出水量明显减少，说明大坝具有较好的防渗效果。（4）除险加固重新蓄水后，水管式沉降仪观测资料表明，坝体沉降已趋于稳定，坝体最大沉降变形10mm，新老混凝土面板接缝处伸缩缝变形最大值6mm，大坝变形总体正常。（5）绕坝渗流觀测资料表明，大坝左、右岸绕坝渗流的可能性较小，坝基防渗效果较好。

3拦河坝除险加固设计特点

混凝土面板堆石坝除险加固结合工程实际情况进行设计，具有以下特点。

（1）主坝采用面板坝加高技术。主坝除险加固后，大坝坝顶加高了4.70m。设计方案根据工程实际情况，上游面钢筋混凝土面板加高部分在原面板基础上延长加高，对原面板顶部水平止水铜片进行局部修补处理。设计过程中充分重视新、老坝体之间的不均匀沉降问题，采用有限元方法进行分析计算，并对坝体结构分区、填筑设计标准等进行了深入研究，较好地解决了以上问题。该方案的应用充分照顾工程现状，加快了施工进度，节省了工程投资，为工程尽快发挥效益创造了有利条件[6]。

（2）原混凝土面板裂缝处理特点。除险加固期间利用水库放空对主坝上游混凝土面板趾板及伸缩缝进行了全面检查。本次加固针对裂缝的不同成因，因地制宜、分别采用SR止水材料、三元乙丙橡胶增强型SR防渗保护盖片、HK966弹性封边剂、LW/HW水溶性聚氨酯和SBS增强型SR防渗盖片等新型止水材料进行防渗处理，效果明显，保证了大坝的安全运行。

4经验与建议

由于水库原导流洞进口已采用混凝土进行封堵，本次除险加固施工期间只能通过两根直径0.9m的放水管进行放空导流，且由于水库已运行20多年，放空管进口处泥沙淤积严重，因此施工期导流难度较大。虽然施工期间采取了多种措施进行处理，但由于放水管管径较小，而大坝上游集水面积有185km2，施工期间只能是边清淤边导流，对施工进度产生了一定影响。因此，在今后的类似工程设计过程中，应重视施工期导流问题，在查明水库原有资料的前提下，根据导流能力合理安排工期。

参考文献

[1]费强. 上年水库除险加固工程设计[D].沈阳：沈阳农业大学，2018.

[2]朱龙，赵珊珊.北京市中小型病险水库除险加固经验总结[J].人民长江，2018，49（S1）：219-222.

[3]粟强.浅谈水库大坝防渗墙混凝土加固与设计策略[J].珠江水运，2020（7）：66-69.

[4]陈方. 共青城市肖家水库除险加固工程的设计与研究[D].南昌：南昌大学，2019.

[5]王增.水利工程中小型水库除险加固设计研究[J].工程技术研究，2020，5（18）：223-224.

[6]郑善磊.陡山水库放水洞除险加固设计方案比选[J].山东水利，2020（7）：20-22.

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