熊伟杰

(湖南欣盛建设有限公司,湖南 常德 415000)

长期以来，越来越多的水库存在着使用时间较长、维修不及时的质量问题，需要进行有效的除险加固处理，保证其运行安全性和可靠性。水库除险加固工程要分为3个阶段，分别为前期准备、实际施工以及后期验收。其中，施工阶段是最为重要的关键部分，是水库加固修复后功能能否得以改善的基础。为了保证水库加固后能够有效减少安全隐患，提高施工质量，在工程中要对施工管理工作予以高度重视，使水库发挥更大的社会效益。

1 工程概况

1.1 工程概况

杨坪水库位于常德市临澧县佘市桥镇歇驾村，属于道水水系，是一座以灌溉为主、兼顾防洪等综合利用的小(Ⅱ)水利工程。枢纽工程由大坝、溢洪道和输水涵管组成。杨坪水库大坝坝型为均质土坝，最大坝高为16.1m，现状坝顶高程为122.38m，坝顶轴线长245m，坝顶宽度4m，大坝上游坝坡坡比为1∶2.57，上游为C20砼防渗面板，护坡整体结构完好；大坝下游坝坡分3级，坡比分别为1∶2.5、1∶2.5、1∶3.2，平台高程分别为116.74m、112.83m。溢洪道堰型为开敞式溢洪道，堰顶高程为120.67m，溢洪道位于大坝右侧，溢洪道由进口段、控制段、泄槽段、消力池、泄洪渠组成[1]。输水涵洞位于大坝右侧坝体下部，为砌石拱涵。进口底板高程111.21m。输水涵洞周边渗水，启闭设备陈旧。水库在流域中有着重要的地位与作用，该水库建成四十多年来，经济效益与社会效益十分显著。

1.2 除险加固改造缘由

该水库兴建于1973年11月，1974年9月完成建设并开始运行。在后续使用中又进行多次扩建，到达现在规模。在当时技术、资金等众多方面的限制下，其设计标准和施工质量相对较低。该大坝的施工人员主要为当地村民，施工整体周期较长，并且专业指导不足，在施工质量上有很大欠缺，存在着填土混杂、清基不彻底、施工分层等问题。填筑土碾压情况欠佳，甚至很多局部存在漏压现象，无法满足土坝填筑的标准和要求。在长期的运行中出现了坝体散浸、坝肩渗漏等问题，威胁到大坝的安全使用，同时也对下游人民的生命财产安全产生严重威胁。

目前工程存在的问题和安全隐患主要有以下几个方面：①大坝坝肩渗漏严重，下游坝坡未整形达标，无反滤排水设施；②溢洪道进口段及泄槽段为浆砌石衬砌，整体结构完好，泄槽出口无消能设施，溢洪道整体淤塞、冲刷严重，泄洪渠不畅通；③白蚁危害严重；④输水涵无启闭机房，输水涵管为块石拱涵，经过多年运行，涵管管身老化出现渗漏；⑤无观测设施；⑥无防汛仓库。在长期的运行中大坝险情逐渐恶化，对其自身运行产生了严重隐患，为了更好地保护当地人民安全，必须要对其进行有效的除险加固处理。

2 除险加固设计

杨坪水库设计正常蓄水位120.67m，正常库容55万m3，死水位111.21m，死库容5.0万m3。水库设计灌溉面积700亩。该水库为小(Ⅱ)型水库，工程等别属Ⅴ等工程，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级；其设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇。消能防冲建筑物按10年一遇设计。水库特征水位及相应库容见表1。

表1 水库特征水位及相应库容表

2.1 挡水建筑物除险加固设计

2.1.1大坝存在的主要问题

(1)根据现场踏勘及管理人员介绍，杨坪水库长期运行以来坝体、坝基渗漏严重，2015年除险加固大坝采用冲抓套井及帷幕灌浆防渗，处理了坝体及坝基渗漏，但效果不明显，经过本次现场查勘发现，大坝坝肩及部分坝基依然出现渗漏情况，本次设计对坝体、坝肩进行防渗很有必要。

(2)下游坝坡未整修达标处理，且外坡排水沟不完整，水库建成已运行多年，在雨水冲刷作用下，下游坡面淘刷严，坝下渠道局部开裂、老化。第三，大坝下游坝脚没有设置反滤排水体，使排水不畅，效果差。

2.1.2坝顶改造设计

大坝坝顶为现状为混凝土路面，宽5.0m，坝顶中部布置一盏防汛太阳能路灯。

2.1.3大坝防渗处理

据当年现场施工人员回忆，施工为民工大兵团包片作业，设备简陋，大坝填筑用石夯和木夯夯砸压实。由于采用大批民工作业，缺乏技术指导和施工管理，无法达到施工要求。坝体分层填筑时存在上部密实而下部疏松的问题，导致有水平渗水带形成[2]。分段填筑上升速度存在差异，相邻处存在漏压、少压问题，导致大坝存在散浸问题。投入使用后相继存在不同险情，虽然对其进行修补和加固处理，但是其效果受到经费等方面的影响而不是十分理想，大坝运行安全存在严重问题。

(1)方案设计

根据大坝所存在的问题，对于其坝肩和坝身渗漏问题，再加上当年施工大坝填筑未压实，碾压质量不满足规范要求，若采用高喷灌浆，对坝体扰动较大，而充填灌浆由于灌浆压力较小，对坝体扰动亦较小，施工时有利于大坝稳定安全，因此本次除险加固施工采用充填灌浆技术。在大坝左右两坝肩坝顶作坝体充填灌浆，右坝肩灌浆轴线长50m，左坝肩长45m，右坝肩长45m，总长90m，双排布置，灌浆孔间排距3.0m，浆液采用水泥浆。

(2)灌浆材料与浆液控制

灌浆材料采用32.5普通硅酸盐水泥，要求新鲜而无变质结块现象。浆液采用水泥浆，水灰比1.2∶1～0.8∶1。通过浆液控制能够保证浆液质量及其水灰比的合理性，减少使用中的冒浆量。对此，浆液水灰比要≤1∶1。在试验中对工艺参数进行不断调整，减少冒浆量。施工前进行现场配方试验，保证浆液最优，提高施工质量。

2.1.4下游坝坡整修设计

大坝下游处坡面存在较多杂草，同时由于没有设置排水体，导致浸润线有所升高，土料逐渐发生软化，在雨水的作用下发生一定沉降，坡面不平整，同时坡比标准性不足，需要进行除杂和平整处理。

(1)在下游进行坡面平整和杂草处理，厚度0.3m，完成修整后坝坡主要为3级，坡比分别为1∶2.75、1∶2.75、1∶2.75，平台高程分别为116.74m、112.83m，第1级平台宽2.5m，第2级平台宽9.86m，设置内侧排水沟。通过设置纵向和竖向的排水沟来防止坝坡在雨水冲刷的作用下而形成雨淋沟。沿着山体与坝坡交接处设置竖向排水沟，采用C20砼衬砌。拆除重建过坝渠道，采用三合土防渗。

(2)新建行人阶梯，采用砼C20护砌厚200mm，断面尺寸为b×h=150mm×300mm。

2.1.5排水棱体设计

由于下游处没有社会排水棱体，无法进行顺畅排水，造成了坝体浸润线逐渐升高的问题。为了进行大坝的稳定渗流，根据其实际情况新建排水棱体，其顶部高程要比浸润线高出一点，应使浸润线在冻结深度以下，5级坝要大于1.5m。根据施工要求及现场观测来确定顶部宽度，通常要大于1.0mm。最终确定排水棱体顶高程108.96m，底高程为106.96m；体顶宽为1.43m，选择耐风化、质地坚硬的块石进行砌筑。排水棱体与坝体之间设置反滤层，反滤层由两层反滤料组成，选用耐风化的粗砂和碎石构成，每层粒径随渗流方向变大，第一层卵石反滤料厚度为200mm；第二层粗砂反滤料厚度为200mm。

2.2 溢洪道除险加固设计

2.2.1溢洪道加固改造设计方案

根据溢洪道存在的问题以及地质专业、水文专业和管理单位意见，经分析比较，本次设计将采用如下方法对其进行加固改造：①对溢洪道进行清淤；②新建消能设施，对泄洪渠进行衬砌。

2.2.2溢洪道结构布置

溢洪道由进口段、控制段、泄槽段、消力池组成，结构布置如下。

(1)进口段、控制段溢洪道堰型为开敞式溢洪道，堰顶高程为120.67m，进口段、控制段及泄流槽段为M7.5浆砌石护砌，现状较好。从桩号0-020～0+000为进口段，长20m，净宽2.0m，侧墙为M7.5浆砌石挡墙，底板为C25砼衬砌；控制段从桩号0+000～0+005，长5m，净宽2.0m，侧墙为M7.5浆砌石挡墙，底板为C25砼衬砌，顶部高程为123.10m，其中，控制段上部现状设有1座工作桥连接坝顶与村级公路。

(2)泄槽段控制段后接泄槽，泄槽段从桩号0+005～0+030，共长25m。净宽2m，坡降i=0.067。横断面为梯形，底板为砼结构。两侧均为M7.5浆砌石挡土墙，现状结构较好。

(3)永久缝、止水与排水设施泄槽横向永久缝2条；纵向缝1条(在边墙与底板交接处)，缝宽均为20mm。纵、横向永久缝均设橡皮止水，纵、横向永久缝处均设无砂管排水设施。

(4)消能防冲杨坪水库溢洪道消能防冲设施采用10年一遇的洪水标准。设计采用底流消能出水条件较好。消力池桩号0+030～0+034，消力池池深0.5m，池长4.0m，底板C25钢筋砼厚0.3m，侧墙为M7.5浆砌石重力式挡土墙墙高1.4m。侧墙、底板设排水孔，孔径φ50mm。

(5)尾渠段尾渠段桩号0+034～0+090，底板C25砼厚0.3m，侧墙为M7.5浆砌石重力式挡土墙墙高1.4～1.1m。

2.3 输水建筑物除险加固设计

2.3.1输水涵管存在的主要问题

根据安全鉴定资料、地勘资料、现场检查资料并经复核验算，输水涵管存在的主要问题如下：输水涵洞位于大坝右侧坝体下部，为砌石拱涵，进口底板高程111.21m。输水涵管经过多年运行，涵管管身老化出现渗漏，多次出现险情，且尺寸较小无法检修，出口无消能设施；闸门及启闭设施老化锈蚀严重，启闭机启动方式为人工启闭，操作不便，涵管需全部翻建并更换闸门及启闭设施[3]。

2.3.2设计方案拟定

为彻底消除输水涵管存在的隐患，保障下游灌面供水，以及便于日后检修，本次设计对原涵管、消力井、斜拉闸进行挖除，挖除后新建钢筋混凝土箱涵、消力井、斜拉闸、消力池，新建启闭机房，并按原设计参数要求恢复坝体[4]。

2.3.3加固方案设计

本次除险加固将涵管拆除，改建为钢筋混凝土箱涵，根据地质土方开挖建议值，其两边开挖坡比均为1∶1。新建的箱涵设在原址，采用钢筋砼箱涵，尺寸为0.8m×1.2m，厚0.3m，进口采用斜拉闸控制，5t手电两用启闭机；消力井采用C25钢筋砼，消力井上游侧设防空孔，孔径0.4m；箱涵长65m，进口底板高程为110.90m，出口底板高程为110.90m。

3 水库防渗加固中所用到的技术分析

3.1 高压旋喷灌浆施工技术

高压旋喷灌浆技术是一项常见的处理技术，在水库除险加固施工中较为常见，有着较好的加固效果[5]。但是在实际应用中对于现场土质有着相对较高的要求。一些软性地基会显著加大该技术的应用难度，例如沙土、粘性土等等。高压旋喷灌浆施工技术往往应用于工艺简单、设备要求不高的工程当中，需要通过该技术的应用就能够对水库坝体的结构效果以及实际组成进行整体把握和控制，有利于保证施工作业的安全性和稳定性，同时有效提高水库的强度[6]。

3.2 帷幕灌浆施工技术

相比于高压旋喷技术，帷幕灌浆技术的工艺更为简单，并且其施工成本较低，能够在保证施工质量的基础上降低所需成本，在水库除险加固工程中采用该技术，借助压送机械设备将浆液直接灌入到水库底部，使其以自然方式进行凝结，从而对水库起到加固作用。在压送时，要根据水库的实际情况来对浆液流量和流速进行有效控制，保证渗透效果和加固效果良好，满足除险加固的需求[7]。

3.3 劈裂式灌浆加固技术

劈裂式灌浆加固往往应用于坝体质量较差的土壤中，通过有效的加固，水库坝体整体强度显著提高。为了保证该技术的应用效果，使其加固作用更为明显，可以通过自动压力形成黏土幕布，但是要保证坝体轴线方向准确。在形成坝体幕布时要注意重力承载能力，同时移动时检测坝体密实度，保证其稳定性。

3.4 大坝防渗墙加固技术

在水库现场，其地貌因素以及地质因素都可能会对大坝防渗墙加固施工产生直接影响。如要较好地应用大坝防渗墙加固施工，必须要综合考虑到水库地理位置的具体特点，同时照顾到周边各种环境因素。同时，通过大坝防渗墙加固施工可以将坝体的不均匀沉降问题有效解决。在建立坝体过程中都是采用混凝土来进行防渗墙施工，在这过程中，需要在底部放置一定的基石，然后对坝体两侧进行处理，形成结构较好的防渗墙。同时由于坝体需要长时间使用，必须要保证其在均匀性、连续性和长久性方面的要求[8]。

4 结语

水库的正常运行是关系民生的基础保障，密切关系到人民自身利益，结合时代发展情况和水库运行状况，科学合理地分析水库运行中的实际问题，重视施工管理，加强后期维修保养，使水库发挥更大的经济效益和社会效益，杨坪水库项目完成后，渠道、大型建筑物及险工、隐患得以防渗、除险、加固，使干渠上跑水、漏水现象基本得到控制，因漏水、跑水灌道、建筑物附近的“冷浸田”及“泥脚田”得以改观，恢复正常产量，避免减产，并改善生态环境。