结合实例论水库除险加固工程设计

结合实例论水库除险加固工程设计

张丽娟

杭州江川水利工程设计咨询有限公司

摘要：水利是国民经济的命脉，农村水利更是农业的命脉。我国在上世纪六七十年代左右修建的部分水库工程，由于受到当时设计和施工技术方面的限制，存在着一定的问题，经过几十年的使用，越来越多的问题显现出来，所以必须及时对这些水库工程进行除险加固工作，以确保水库使用的安全性。本文结合工程实例，分别从大坝加固、发电隧洞加固、溢洪道加固3个方面对水库工程的除险加固工作进行了研究与讨论。

关键词：水利工程；除险加固；设计

1.工程概况

某水库工程建造于上世纪70年代，主要的功能是防洪与灌溉，兼水能发电，属于综合利用水库，水库库容为1.32×109m3。库区建筑物主要包括主坝、副坝、溢洪道、发电站等，该水库建成投入使用后，在防洪、灌溉、发电等方面都发挥出了极大的社会和经济效益。但是由于受当时技术等方面的限制，再加上经过四十多年使用，该水库存在的问题越来越多的显现出来，严重影响到水库的安全运行，经上级水利主管部门批示，需要对该水库工程进行除险加固工作。

2.工程除险加固设计的具体内容

2.1主坝加固

在本水库工程中，由于岩层风化后的造孔难度较高，对右坝风化岩层采用厚度为5～20m的帷幕灌浆处理；左坝的岩层风化程度较小，所以帷幕灌浆主要针对墙底风化岩石层。

2.1.1防渗墙结构计算

在这一过程中，主要运用以下假定：

1）坝体土与防渗墙之间采用文克尔假定，防渗墙在荷载作用下主要用于坝体土的支撑，二者间的变位应得到相应的处理，该点变位与各点墙反力间为正比关系，反力系数坝体土的变化取决于地层和深度直线。

2）外荷载都在作用墙上，由于工程建设时间较长，所以外荷载对主坝的变形基本已经完成，墙体两侧变形摩擦力相对较小，需要对防渗墙水平荷载情况加以注意。

3）计算简图采用单宽等厚度墙，顶端、底部分别视为自由端和铰接，计算工作使用有限差分法。

2.1.2防渗墙设计

在防渗墙施工过程中，固壁采用膨润土浆液进行，造孔采用两钻法进行，混凝土浇注采用泵送方式。首先需要在槽段两端进行主孔的冲钻，0.5～1m后即可达到基岩。在这一过程中，需要注意保持槽内浆液面导向槽顶面下0.3～0.5m。若发生泄露问题，应立即通过补浆、堵漏的方式加以处理。

2.1.3帷幕灌浆设计

对于右坝段的风化岩石采用帷幕灌浆的处理办法，防渗墙中的钢管则通过对底部风化岩层进行灌浆的方式加以处理。预埋钢管的管径为10cm，间距、孔距均为2m，预埋工作在清、造孔结束后，混凝土浇筑前进行，固定采取定位安装架的方式进行。固定后，需要进行槽孔的混凝土浇筑，待强度达到设计值的80%时改为钻孔灌浆。

2.2发电隧洞加固

洞壁混凝土在周围环境的长期作用下已经出现了疏松、侵蚀等缺陷，需要进行彻底的清理。由于钢筋在外露后更容易发生锈蚀，所以应加以清除。在进行新钢筋的焊接补漏时，也要注意对旧钢筋进行防锈处理，以免对新钢筋产生不良影响。在混凝土和钢筋的清理工作结束后，应使用环氧砂浆进行找平和加固。

2.2.1环氧砂浆建筑设计

首先，必须要保证外露筋以及混凝土与环氧砂浆间的加固粘结力，基地混凝土露筋表面的乳皮要进行清除，保证露筋无锈、无杂物。在施工过程中，需要修补的部分应预先使用凿毛机进行处理，并将露筋上的污物和锈斑刷洗干净。基面的擦拭应使用蘸有丙酮的棉纱进行，待丙酮挥发混凝土变白后，将预制的基液涂刷于基面，厚度约为0.5mm。根据施工环境温度的不同，基液涂刷结束后应静停10～30min，再进行环氧砂浆的涂刷。

2.2.2环氧玻璃丝布建筑设计

1）要对隧洞出口处已经锈蚀的钢板表面进行清理并凿毛，根据工艺要求，涂抹厚度为10mm的环氧砂浆进行找平。

2）使用环氧粘结剂将玻璃丝布粘贴在环氧砂浆上面，本次工程的玻璃丝布采用厚度为0．25mm的无碱平纹布，并预先通过皂液法脱蜡处理。玻璃丝布共粘贴4层，粘贴面应保证干净、平整、无油污，粘贴结束后，使用丙酮对其进行擦拭。

3）在进行各层玻璃丝布的粘贴之前，应预先进行环氧基液的刷涂，各层之间不得存在气泡。

2.3溢洪道加固

该工程的溢洪道处于六、七副坝之间，由消力池、泄槽、宽顶堰、进水渠构成，属于正槽溢洪道。受消力池与溢洪道陡坡段设置不合理的影响，水流流态长期处于混乱状态，结构在地基渗漏扬压力的作用下存在着严重的安全隐患。

2.3.1进水段

工程进水渠的长、宽分别为28和47.6m，两侧设有直立式导墙，分为前、后两段。其中前段长18m，采用下潜式导流设置；后段长10m，顶部高程71.6m，与控制段导墙连接。进水段两侧的导墙均采用C20埋石混凝土，顶部宽度和墙背坡比分别设为0.8m和1∶0.5，底板高程和厚度分别设为65.1和0.5m，采用现浇C20钢筋混凝土，并进行纵横缝的设置。

2.3.2控制段

工程溢洪道控制段的长宽分别为35和47.6m，采用高度为1m的宽顶堰形式，堰顶高程66.1m。进口为斜坡式。将控制段两侧边墙设为重力式挡墙，采用C20埋石混凝土，顶部宽度和高程分别设为0.8和71.6m，背坡比设置为1∶0.5。底板采用厚度为1m的现浇C20混凝土钢筋砼，迎水面层设置钢筋网。另外，在底部还设有横排设施与纵横缝。

2.3.3泄水段

工程泄槽段的断面为矩形，长、宽分别为100和47.6m，泄槽边墙为重力式挡墙，采用C20埋石混凝土，顶部宽度与背坡比分别为0.8m，1∶0.5。泄槽中段的边墙上、下端分别于控制段和消力池边墙相连，高度为3.5m，底板设置了厚度为1m的现浇C20钢筋混凝土，并进行了横排设施与纵横缝的设置。

2.3.4消力池

消力池采用了底流消能的消能防冲设施，结合工程目前的实际情况，将消力池的长、宽分别设为41和3.8m。底板高程、厚度分别设为46.5和1.2m，采用现浇C20钢筋混凝土，并在迎水面设置了钢筋网。两侧挡墙为衡重式挡土墙，采用C20埋石混凝土，墙顶高程、顶部宽度、台宽、底宽分别为55.7、1.8、1.8和4.3m，挡墙底部为桩基础。另外，在消力池底板部分还进行了排水设施与纵横分缝的设置。

2.3.5出水渠

结合本工程的实际情况，将出水渠的断面设为梯形。出水渠的长度、底宽、边墙高度、边坡坡比分别为220、30、5.4m和1∶2。出水渠的底部与消力池尾坎相连，顶部高程为50.3m，底板采用厚度为1m的现浇C20钢筋混凝土，在迎水面设有钢筋网。另外，出水渠底板每隔15m就设有1条缝，横向则设有3条缝，并进行了纵横排水设施的设置。

3.结束语：

本工程于上世纪70年底修建完成，由于受当时技术和经济等方面的影响，主坝采用了粘土心墙的建设方式，时隔近半世纪的时间，粘土心墙如今已经无法满足工程的使用要求，并带来了很多安全隐患。在除险加固施工结束后，主坝对于灌溉功能的保障作用得到了进一步的提升，溢洪道、发电隧洞等建筑物的安全隐患得到了彻底消除，对确保水库正常运行，更好的实现社会和经济效益发挥了积极的推动作用。

参考文献：

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