芻議我區(qū)病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)問題

　　摘要：我區(qū)病險(xiǎn)水庫的特點(diǎn)主要是防洪標(biāo)準(zhǔn)不能滿足要求，大壩存在滲漏問題，抗震標(biāo)準(zhǔn)不夠．大壩穩(wěn)定和強(qiáng)度不能滿足要求等。除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)應(yīng)注意設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)、工程規(guī)模、設(shè)計(jì)深度和方案比選等問題。

　　關(guān)鍵詞：水庫；除險(xiǎn)加固；設(shè)計(jì)；

　　一、我區(qū)水庫病害特點(diǎn)

　　我區(qū)絕大多數(shù)水庫修建于20世紀(jì)50一70年代．限于當(dāng)時的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)能力．工程質(zhì)量總體偏差。又以灌溉和防洪為主要功能，主要發(fā)揮社會效益，長期以來正常維護(hù)或更新投入不足，對于存在的病害未能及時處理，往往“積勞成疾”形成病險(xiǎn)水庫。

　　占我區(qū)水庫總數(shù)絕對多數(shù)的是中小型水庫．其主要建筑物通常由擋水建筑物、泄水建筑物及輸水建筑物等組成，部分水庫有發(fā)電建筑物。其中，擋水大壩以土石壩居多，砌石壩次之：泄水建筑物多為獨(dú)立的溢洪道，部分小型水庫也有采用輸水與泄洪相結(jié)合的涵管；中小型工程的輸水建筑物多為壩下涵管和輸水隧洞。

　　我區(qū)病險(xiǎn)水庫主要有以下問題：

　　(1)防洪標(biāo)準(zhǔn)不能滿足規(guī)范要求

　　主要現(xiàn)象是大壩壩頂高程不夠或泄水建筑物泄流能力不足。主要原因有：①隨著水文資料系列的延長，設(shè)計(jì)洪水洪量、洪峰和洪水過程發(fā)生較大改變；②原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；③泄水建筑物存在嚴(yán)重安全隱患，不能正常泄洪。

　　(2)運(yùn)行年限較長的大壩普遍存在不同程度的滲漏問題。特別是土石壩，滲漏問題更加突出

　　主要原因有：①早年修建的土石壩和部分重力壩清基不徹底．壩基和壩體防滲設(shè)計(jì)與處理標(biāo)準(zhǔn)偏低：②碾壓式土石壩填筑料不均勻，壓實(shí)度或密實(shí)度偏低；③壩體裂縫造成壩體和壩基長期滲漏沖刷形成集中滲漏通道。大壩滲漏主要表現(xiàn)為：下游壩坡、壩腳或壩下游一定范圍出現(xiàn)集中滲漏、管涌、散浸、流土等，導(dǎo)致一定范圍沼澤化。

　　(3)抗震標(biāo)準(zhǔn)不夠

　　主要原因有：①建設(shè)年代久遠(yuǎn)，當(dāng)時對地震問題認(rèn)識不足；②地震裂度及參數(shù)不斷修改補(bǔ)充。

　　(4)大壩穩(wěn)定和強(qiáng)度不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求

　　主要原因有：①土石壩壩坡抗滑穩(wěn)定、重力壩沿建基面或沿基礎(chǔ)深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；②土石壩護(hù)坡缺損或沖刷破壞，正常維護(hù)不及時；③混凝土和漿砌石壩建設(shè)時施工質(zhì)量差，漿砌石或混凝土壩強(qiáng)度偏低；④混凝土結(jié)構(gòu)碳化。

　　(5)泄水建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強(qiáng)度不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求

　　主要原因有：①結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫；②溢流面及泄槽未襯砌或襯砌質(zhì)量差，出現(xiàn)沖蝕破壞；③泄水建筑物出口無消能工或消能工不完善，不能保證安全下泄洪水。

　　(6)輸水建筑物進(jìn)口結(jié)構(gòu)單薄，穩(wěn)定和強(qiáng)度不能滿足要求

　　主要原因有：①早期修建的中小工程，涵管多為壩下埋管，容易產(chǎn)生接觸沖刷破壞，危及大壩安全；②輸水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量差或設(shè)計(jì)不完善．出現(xiàn)裂縫、沖蝕、漏水，甚至剝離、露筋．影響隧洞結(jié)構(gòu)安全。

　　(7)閘門、啟閉機(jī)和監(jiān)控設(shè)備老化、銹蝕嚴(yán)重。部分設(shè)備超過折舊年限。需淘汰更新

　　(8)管理設(shè)施落后或不完善，監(jiān)測設(shè)施失效或不完善

　　二、除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

　　病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的政策性和相對于新建工程更大的風(fēng)險(xiǎn)

　�、佟端畮齑髩伟踩�評價導(dǎo)則》(SL258—2000)規(guī)定，水庫大壩安全評價以現(xiàn)行有效規(guī)池為準(zhǔn)，工程質(zhì)量評價、洪水標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)、滲流、抗震和金屬結(jié)構(gòu)安全均需符合現(xiàn)行規(guī)范要求．因此，除險(xiǎn)加同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)以現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范為準(zhǔn)。

　　②由于是已運(yùn)行多年的工程，設(shè)計(jì)依據(jù)的水義、地質(zhì)和運(yùn)行管理等基礎(chǔ)資料通常較少，部分資料屬同憶整理，資料的不準(zhǔn)確導(dǎo)致設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)較大：實(shí)施過程中通常需采用動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方式．設(shè)計(jì)變更相對較多。

　�、凵婕暗膶�業(yè)多，但有專業(yè)工作量相對較少，對設(shè)計(jì)單位綜合能力和設(shè)計(jì)人員素質(zhì)要求很高。

　�、芪彝�病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固主要采用政府資金．除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)是工程建設(shè)程序的重要環(huán)節(jié)，沒計(jì)單位提出加固方案后，按基建程序分級報(bào)批，審批環(huán)節(jié)多，設(shè)計(jì)周期長。

　　三、除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

　　一般分為初步設(shè)計(jì)、招標(biāo)設(shè)計(jì)和施工詳圖三階段。其中初步設(shè)計(jì)是確定加固項(xiàng)目和確定設(shè)計(jì)方案的重要階段，各專業(yè)主要工作包括以下內(nèi)容：

　　(1)水文專業(yè)

　　收集當(dāng)?shù)厮�文、氣象資料，延長資料系列，復(fù)核設(shè)計(jì)洪水，提出施工分期洪水。大中型水庫還需完善或補(bǔ)充水文測報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　(2)地質(zhì)專業(yè)

　　根據(jù)安全鑒定結(jié)論和建議，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地質(zhì)勘探和巖土物理力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)，提出有關(guān)巖土物理力學(xué)參數(shù)．對壩體和壩基進(jìn)行地質(zhì)評價，從地質(zhì)角度對除險(xiǎn)加固方案提出建議，提出天然建筑材料料場性能和儲量。

　　(3)規(guī)劃專業(yè)

　　收集當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展基本資料，復(fù)核水庫工程規(guī)模和效益指標(biāo)，對除險(xiǎn)加固的必要性進(jìn)行論述．復(fù)核水庫庫容曲線和水庫調(diào)度原則，按現(xiàn)有資料進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，確定水庫特征水位。按有關(guān)政策規(guī)定，水庫除險(xiǎn)加固一般不得提高工程規(guī)模和等級。

　　(4)水工專業(yè)

　　針對各建筑物存在的問題，進(jìn)行除險(xiǎn)加同方案比選和推薦方案設(shè)計(jì)。方案主要從技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工工期及對環(huán)境的影響等方面進(jìn)行比較：比較方案在各方面應(yīng)是成立的方案。對大壩滲流、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強(qiáng)度進(jìn)行必要的驗(yàn)算，對泄水建筑物和輸水建筑物過流能力和消能防沖措施應(yīng)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算．必要時進(jìn)行水工模型試驗(yàn)。大壩等主要建筑物的安全監(jiān)測設(shè)計(jì)亦屬于水工專業(yè)的內(nèi)容。

　　(5)施工專業(yè)

　　對設(shè)計(jì)推薦方案和重要比較方案進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)．提出施工導(dǎo)流方案、施工總體布置、總工期和各加固項(xiàng)目的主要施工技術(shù)等。

　　(6)金屬結(jié)構(gòu)與機(jī)電專業(yè)在實(shí)際檢測資料的基礎(chǔ)上．對有關(guān)閘門、啟閉機(jī)及監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行改造或更新設(shè)計(jì)

　　(7)環(huán)境保護(hù)和水土保持專業(yè)提加固工程壩區(qū)環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)、水土保持方案及必要的投資。

　　(8)建筑交通專業(yè)

　　主要是完善管理設(shè)施方面的設(shè)計(jì)，涉及的主要內(nèi)容包括防汛公路和管理房改造設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

　　(9)概算

　　根據(jù)加固工程施工組織設(shè)計(jì)、當(dāng)?shù)夭牧蟽r格和水利行業(yè)定額編制設(shè)計(jì)概算。

　　(10)經(jīng)濟(jì)評價分析計(jì)算加固工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益和年運(yùn)行費(fèi)用，進(jìn)行國民經(jīng)濟(jì)評價．必要時進(jìn)行財(cái)務(wù)評價，論證項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)合理性。

　　四、除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)應(yīng)注意的主要問題

　　1．設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

　　我區(qū)對水利水電工程洪水標(biāo)準(zhǔn)作過多次調(diào)整，特別是“75•8”后一些水庫提高了洪水標(biāo)準(zhǔn)，致使部分水庫洪水標(biāo)準(zhǔn)偏高或偏低．加固設(shè)計(jì)時需按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定適當(dāng)調(diào)整洪水標(biāo)準(zhǔn)。此外，有些中、小型水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)多次調(diào)整，未經(jīng)有關(guān)政府部門批準(zhǔn)，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時需重新核定設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)整洪水標(biāo)準(zhǔn)時應(yīng)遵循以下原則：

　　①洪水標(biāo)準(zhǔn)低于或高于現(xiàn)行規(guī)范要求，應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范對洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。若原防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，大幅度提高防洪標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)上的難度較大，需增加的投資較多，一般采用規(guī)范下限值；如原防洪標(biāo)準(zhǔn)超過規(guī)范規(guī)定，調(diào)整洪水標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)盡量選用規(guī)范規(guī)定的洪水標(biāo)準(zhǔn)上限值。對洪水標(biāo)準(zhǔn)按規(guī)范規(guī)定提級時．應(yīng)對水庫各建筑物安全現(xiàn)狀慎重研究．不宜將洪水標(biāo)準(zhǔn)定得過高

　�、谟行┧畮煸�設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)偏低，但滿足現(xiàn)行規(guī)范要求．加固設(shè)計(jì)時，對其設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)一般不作調(diào)整。

　�、�“75•8”后部分水庫校核洪水標(biāo)準(zhǔn)定得很高．增設(shè)了非常溢洪道．或另提出保壩洪水標(biāo)準(zhǔn)．超過現(xiàn)行規(guī)范要求。加固設(shè)計(jì)時應(yīng)研究非常泄洪設(shè)施(或措施)的可操作性，根據(jù)實(shí)際情況研究是否保留非常溢洪道：在投資增加不多的情況下．可考慮通過設(shè)置擋水子壩的措施滿足設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，保留超標(biāo)準(zhǔn)洪水時的泄洪功能。

　　2．工程規(guī)模

　　一般情況下。加固設(shè)計(jì)不改變水庫功能和調(diào)整水庫規(guī)模。

　�、儆行┧畮鞂�(shí)際運(yùn)行時雖然起到了城鎮(zhèn)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖及旅游等作用，但加固設(shè)計(jì)時原則上不將其增列為水庫功能。

　�、谟行┧畮煊捎谖刺幚砗靡泼駟栴}影響正常運(yùn)行．甚至一直處于降低水位運(yùn)行，但除險(xiǎn)加固費(fèi)用一般不得用于解決移民遺留問題。若當(dāng)?shù)卣�府承諾在一定時期內(nèi)解決移民問題，可按原批準(zhǔn)規(guī)模進(jìn)行加固設(shè)計(jì)；若小能解決移民問題，宜調(diào)整水庫規(guī)模，適降低正常蓄水位和防洪限制水位。

　�、劢�(jīng)充分論證．如確有必要且有可能結(jié)合除險(xiǎn)加固增加水庫功能和抬高蓄水位，則應(yīng)由受益方分?jǐn)偼顿Y。

　　3．設(shè)計(jì)深度和方案比選

　　在初步設(shè)計(jì)階段，對大壩防滲、壩體加高培厚、泄洪建筑物和輸水建筑物的改建等項(xiàng)目設(shè)計(jì)，應(yīng)進(jìn)行方案比選．推薦方案和比較方案應(yīng)達(dá)到同等深度。同時還應(yīng)注意比較方案應(yīng)是可行的方案，不可提出不可行的方案作為比較方案。

　　設(shè)計(jì)采用的方案應(yīng)達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)深度，應(yīng)按《水利水電工程設(shè)計(jì)工程量計(jì)算規(guī)定》計(jì)算相應(yīng)階段的設(shè)計(jì)工程量．不得任意擴(kuò)大或減少設(shè)計(jì)工程量。

　　4．土石壩滲流安全問題和防滲技術(shù)

　　土石壩筑壩材料具有一定滲透性．壩體滲流場的分布取決于不同區(qū)域筑壩材料的滲透性能。各類壩型對筑壩材料的滲透性能有一定要求，當(dāng)材料滲透性不滿足要求或防滲體產(chǎn)生裂縫時，壩體就會產(chǎn)生滲流異常，影響大壩安全和正常運(yùn)行。病險(xiǎn)水庫的土石壩一般都存在不同程度的滲流異常，主要表現(xiàn)在下游壩坡和壩腳一定范圍存在散浸、管涌及流土等現(xiàn)象土石壩滲透破壞的主要形式為集中滲漏及不同材料接觸面的接觸沖刷此外，排水及反濾設(shè)施淤堵和防滲體的破壞，也會導(dǎo)致壩體浸潤線增高，局部等勢線集巾，滲流坡降增大，從而產(chǎn)生集中滲漏。

　　對于土石壩的異常滲流現(xiàn)象采取何種適當(dāng)?shù)奶幚泶胧┦峭潦瘔渭油�設(shè)計(jì)的難題。按土石壩的滲流特點(diǎn)．處理滲流異�，F(xiàn)象有兩類處理方式．一類是恢復(fù)或增強(qiáng)壩體防滲性能．另一類是在滲流出口采取排水和反濾措施。具體采用哪種方式需根據(jù)滲流異常的部位、滲漏量和浸潤線(滲壓力)的觀測資料綜合分析確定。對于我區(qū)大量存在的均質(zhì)土壩和黏土心墻壩，比較穩(wěn)妥可靠的處理方式是住壩體與壩基內(nèi)增加一道垂直防滲措施，但增沒垂直防滲措施的投資較大．有時還會對壩體產(chǎn)生較大損傷．影響壩體整體性。對于壩體一般性散浸和長期存在的比較穩(wěn)定的局部集中滲漏現(xiàn)象，不一定需要增設(shè)防滲措施，采取投資較少的排水、反濾措施可能是更優(yōu)的方案。

　　20世紀(jì)90年代以前，增設(shè)垂直防滲的主要方案有沖抓套井回填黏土防滲墻、倒掛井混凝土防滲墻、劈裂灌漿、充填灌漿等。近年，垂直防滲施工技術(shù)發(fā)展較快，塑性混凝土防滲墻技術(shù)廣泛應(yīng)用于壩體和壩基防滲處理．收到了較好的效果。

　　20世紀(jì)80年代以來，我區(qū)一些地方推廣高壓擺噴和旋噴灌漿技術(shù)處理壩體和壩基滲漏，部分工程收到了良好的效果：在用于處理壩體內(nèi)的薄弱部位時，可以起到充填和加固作用，總體上減少壩體滲透量，也收到一定的防滲效果。根據(jù)近年土壩加固工程實(shí)踐，高壓擺噴和旋噴灌漿存透水性總體較小、密實(shí)性相對較好的土體內(nèi)難以形成連續(xù)可靠的防滲板墻。

　　除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)實(shí)踐中，一些設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行方案比較時，對土壩壩體防滲采用塑性混凝土防滲墻方案和高噴灌漿方案進(jìn)行比較，這是不妥當(dāng)?shù)�，兩者不具可比性。高噴灌漿的防滲效果與劈裂灌漿、充填灌漿相當(dāng)，塑性混凝土防滲墻方案、沖抓套井回填防滲墻及倒掛井混凝土防滲墻方案均可存壩體內(nèi)形成連續(xù)可靠的防滲體系。方案比選時，可按需要選擇這幾種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

　　5．加固項(xiàng)目

　　目前，病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固工程一般是利用政府資金。政府投入資金，主要是保證水庫大壩發(fā)揮其社會效益，確保水庫大壩的防洪安全。因此，病險(xiǎn)水庫加固工程設(shè)計(jì)時。應(yīng)合理把握加固項(xiàng)目，納入加固的項(xiàng)目應(yīng)從確保大壩安全角度考慮。按國家政策規(guī)定，水庫管理設(shè)施、防汛公路及庫壩區(qū)環(huán)境工程等項(xiàng)目可適當(dāng)考慮部分補(bǔ)助性資金。對發(fā)電、城鎮(zhèn)供水等營利性設(shè)施一律不納入除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目。

　　6．結(jié)構(gòu)復(fù)核時的強(qiáng)度參數(shù)取值

　　加固設(shè)計(jì)時，需要根據(jù)建筑物的現(xiàn)狀．對其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強(qiáng)度進(jìn)行必要的復(fù)核計(jì)算。計(jì)算的材料參數(shù)應(yīng)采用實(shí)際檢測指標(biāo)，計(jì)算方法應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

　　土石壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算中，對壩體材料實(shí)際分區(qū)應(yīng)根據(jù)施工實(shí)際斷面及補(bǔ)充勘探取得的地質(zhì)資料綜合擬定．所需巖土物理力學(xué)參數(shù)，應(yīng)根據(jù)施工檢測資料和補(bǔ)充的地勘試驗(yàn)成果綜合確定。重力壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用的壩體與壩基抗剪強(qiáng)度參數(shù)，可根據(jù)原設(shè)計(jì)采用參數(shù)和壩基巖性類比確定．必要時通過鉆孔取樣試驗(yàn)確定。混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力和配筋復(fù)核計(jì)算采用的材料強(qiáng)度指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際檢測資料確定。

　　五、結(jié)語

　　綜上所述，我區(qū)病險(xiǎn)水庫數(shù)量多，險(xiǎn)情復(fù)雜．嚴(yán)重威脅公共安全。為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要．由各級政府組織對病害嚴(yán)重的病險(xiǎn)水庫進(jìn)行全面加固是必要的。病險(xiǎn)水庫加固設(shè)計(jì)專業(yè)性強(qiáng)，對設(shè)計(jì)人員專業(yè)要求很高。本文分析了我區(qū)病險(xiǎn)水庫的病害特點(diǎn)，提出加固設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些問題，以供病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)借鑒。