摘要：我國(guó)眾多的水庫(kù)大都建設(shè)于二十世紀(jì)六、七十年代，由于歷史原因，受當(dāng)時(shí)財(cái)力、物力和技術(shù)力量的局限，工程質(zhì)量難以保證。再加上幾十年的運(yùn)行，致使很多工程長(zhǎng)期存在安全隱患，因而，排查與除險(xiǎn)工作，乃是水利工作者的當(dāng)務(wù)之急。本文依據(jù)中小型水庫(kù)土石壩病害整治設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，主要介紹了碾壓式土石壩在除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)的壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算、壩坡加固設(shè)計(jì)、大壩滲漏整治設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)，并對(duì)遇到的問題和處理方法進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：水庫(kù)大壩 病害分析 整治設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：U449.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
全國(guó)已建水庫(kù)大部分修建于20世紀(jì)60～70年代，因當(dāng)時(shí)歷史、工程技術(shù)等條件限制，很多水庫(kù)在缺乏最起碼的基本地質(zhì)資料和必要的工程技術(shù)條件下倉(cāng)促動(dòng)工，加之大部分工程又都是民工隊(duì)伍施工，施工質(zhì)量難于保證，使得一些工程在修建時(shí)就存在安全隱患，同時(shí)又經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，許多水庫(kù)病險(xiǎn)問題非常突出，不但工程效益不能發(fā)揮，而且還直接威脅到下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，加強(qiáng)對(duì)病害水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工作十分必要。筆者根據(jù)幾年來(lái)對(duì)水庫(kù)病害整治設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，談?wù)剬?duì)水庫(kù)大壩(特別是碾壓式土石壩)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)。
1 壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算
在進(jìn)行病險(xiǎn)水庫(kù)整治設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算，作為設(shè)計(jì)依據(jù)。
1．1原壩坡的穩(wěn)定復(fù)核
對(duì)大壩的穩(wěn)定性，除根據(jù)安全鑒定報(bào)告結(jié)論和現(xiàn)場(chǎng)察勘以及運(yùn)行資料來(lái)判斷外，還應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。其目的是：①對(duì)安全鑒定結(jié)論進(jìn)行復(fù)核；②檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性。由于可能受時(shí)間、天氣、經(jīng)費(fèi)等條件的影響，使所取土樣與實(shí)際運(yùn)行條件有差異，或土樣偏少，無(wú)法完全反映土體的運(yùn)行狀況，這就需要利用計(jì)算對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。
1．2整治后壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算
目的是驗(yàn)證整治后壩坡的穩(wěn)定性，為上級(jí)主管部門的檢查驗(yàn)收提供依據(jù)。
1．2．1計(jì)算方法和計(jì)算工況選擇
計(jì)算方法主要采用考慮土條間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算工況按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274―2001)的要求選擇可能出現(xiàn)的工況。筆者根據(jù)幾年來(lái)對(duì)土石壩坡穩(wěn)定計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)，在初步計(jì)算時(shí)，只需計(jì)算對(duì)壩坡穩(wěn)定最不利的情況。對(duì)于上游壩坡，在穩(wěn)定滲流期，上游水位越高對(duì)壩坡穩(wěn)定越有利，所以一般只要庫(kù)空(水位在1／3壩高處)或死水位時(shí)上游壩坡穩(wěn)定，其它水位時(shí)上游壩坡就會(huì)穩(wěn)定；在水位降落期，水位降幅越大，持續(xù)時(shí)間越短，壩坡越不穩(wěn)定。計(jì)算中根據(jù)水庫(kù)運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)行狀況，先選擇最危險(xiǎn)的情況進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于下游壩坡，只計(jì)算穩(wěn)定滲流期的壩坡穩(wěn)定情況，一般上游水位越高對(duì)下游壩坡穩(wěn)定越不利，對(duì)開敞式溢洪道的大壩，由于在設(shè)計(jì)和校核洪水時(shí)，洪水歷時(shí)很短，沒有形成穩(wěn)定滲流就降到正常水位，因此可以先計(jì)算上游正常水位時(shí)下游壩坡穩(wěn)定性；對(duì)有閘溢洪道的大壩，可先計(jì)算最高洪水時(shí)的情況。經(jīng)上述工況計(jì)算后，就可以判斷上下游壩坡的穩(wěn)定情況，大大減少計(jì)算工作量(特別是在設(shè)計(jì)選擇上下游壩坡的過(guò)程中)。對(duì)規(guī)范要求的其他運(yùn)行工況，只在最后進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。
2 病害原因分析
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析水庫(kù)出現(xiàn)病險(xiǎn)的原因，弄清楚工程從前的設(shè)計(jì)、施工和地質(zhì)情況。同時(shí)要深人現(xiàn)場(chǎng)，觀察水庫(kù)周邊水保、植被情況，從大壩的外觀和運(yùn)行狀況以及土工試驗(yàn)、地質(zhì)勘探資料中，詳細(xì)分析病害的原因。主要從以下幾個(gè)方面分析：①壩基、壩肩的水文地質(zhì)情況，基礎(chǔ)的巖性、裂隙分布、吸水率，工程修建時(shí)的處理措施等；②大壩修建時(shí)的填筑情況，是否存在不利填筑面；③查清防滲體是否滿足要求，有無(wú)排水棱體及排水棱體是否失效；④查清白蟻分布情況；⑤壩體斷面尺寸是否滿足規(guī)范要求，如壩體過(guò)單薄，部分或全部壩坡過(guò)陡等。當(dāng)原資料缺失或無(wú)資料時(shí)，應(yīng)補(bǔ)充土工實(shí)驗(yàn)和地質(zhì)勘探，認(rèn)真分析導(dǎo)致大壩出現(xiàn)病害的原因，然后才能“對(duì)癥下藥”，對(duì)大壩進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。
3 壩坡加固設(shè)計(jì)
3．1上游削坡減載與拋石壓腳相結(jié)合，下游培厚加固
設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)膾伿恢�，增大阻滑力，并將上部壩坡削為穩(wěn)定邊坡。選擇合理的拋石位置尤其重要，靠壩軸線不能超過(guò)原壩體最危險(xiǎn)滑弧最底處所對(duì)應(yīng)的位置，否則會(huì)增大滑動(dòng)力，但也不能過(guò)于靠前，錯(cuò)過(guò)滑弧的出露點(diǎn)而起不到抗滑作用。拋石頂部寬度由抗滑穩(wěn)定計(jì)算確定，坡度l：3左右。上部削坡后的壩坡，初擬時(shí)可取l：2．25―1：2．75，其大小根據(jù)壩體填料的抗剪強(qiáng)度、壩高等選擇，強(qiáng)度越高，壩體高度越小，壩坡就越陡，否則壩坡越緩。
上游削坡后，壩軸線相應(yīng)下移，根據(jù)規(guī)范確定壩頂寬度和高程是否滿足要求，然后對(duì)壩頂、下游壩坡培厚加固，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)料場(chǎng)情況，選擇經(jīng)濟(jì)合理的填筑料和壩坡。一般情況下，下游壩坡較上游壩坡陡一些，坡度選擇與填筑料密切相關(guān)，對(duì)于風(fēng)化石渣料，初擬可選1:2一l:2.5，同時(shí)下游壩腳設(shè)排水棱體，其頂部設(shè)便于施工和檢查觀測(cè)的馬道。初擬后對(duì)上下游壩坡的最不利運(yùn)行工況進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，判斷是否滿足規(guī)范要求，不滿足的需適當(dāng)調(diào)整再進(jìn)行計(jì)算，直到滿足規(guī)范要求為止，使設(shè)計(jì)壩體既安全又經(jīng)濟(jì)。
3．2上下游壩坡的培厚加固設(shè)計(jì)
對(duì)于有放空底洞的水庫(kù)，在放干水后對(duì)灌溉等影響不大，且不會(huì)造成新的滑動(dòng)的情況下，可將水庫(kù)放空，對(duì)上下游壩坡進(jìn)行培厚加固。這樣可避免因上游削坡造成壩軸線下移而增加工程量，或者因削坡造成對(duì)原有防滲體的破壞，進(jìn)行防滲體的整治而增加投資；對(duì)于原大壩下游不存在穩(wěn)定問題的壩體整治，這種方案也更經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)它可以和上游壩面的防滲設(shè)計(jì)相結(jié)合；對(duì)于淺透水地基，在壩腳設(shè)防滲齒墻，若透水層較深，可采用帷幕灌漿，壩體上游面鋪復(fù)合土工膜，并與周圍的防滲帷幕形成封閉的防滲體系。
但是，由于水庫(kù)上游壩坡的培厚加固設(shè)計(jì)方案，存在一個(gè)很大的弱點(diǎn)：水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，原庫(kù)區(qū)土或棄渣在庫(kù)水長(zhǎng)期浸泡下，形成淤泥，再加上水庫(kù)淤積，在庫(kù)區(qū)形成相當(dāng)厚的淤泥層，由于在水下，施工前很難確定它的具體情況，這會(huì)對(duì)以后的施工造成很大的困難，甚至無(wú)法實(shí)施。
4 大壩滲漏整治設(shè)計(jì)
4．1滲漏原因分析
大壩滲漏一般有以下幾個(gè)方面的原因：①壩基、壩肩存在滲漏裂隙、軟弱夾層、風(fēng)化破碎帶等滲漏通道；②壩體和壩基接觸帶之間滲漏；③壩體滲漏或防滲體破壞，但下游排水棱體有效。這三種滲漏情況，一般從大壩外觀上看，壩腳有漏水存在，下游壩坡看不到明顯的散浸點(diǎn)和水草特別茂盛的現(xiàn)象；④壩體滲漏或防滲體破壞，下游排水棱體失效。這類滲漏情況，一般在下游壩坡可以明顯地看到散浸點(diǎn)和水草特別茂盛的現(xiàn)象；⑤以上各種情況同時(shí)存在。
在分析滲漏原因時(shí)，除從大壩外觀分析外，還應(yīng)通過(guò)土工試驗(yàn)和鉆探壓水試驗(yàn)，分析壩體土或防滲體滲透系數(shù)是否滿足要求；了解土體密度分布情況，壩體是存在個(gè)別滲透薄弱面(帶)，還是整個(gè)壩體土孔隙率達(dá)不到防滲要求，或者存在白蟻通道導(dǎo)致壩體滲漏。
在查驗(yàn)壩基、壩肩及接觸帶滲漏時(shí)，除有資料可以明確滲漏情況的外，應(yīng)做勘探壓水試驗(yàn)，查明滲漏的具體位置。
4．2防滲設(shè)計(jì)
4．2．1 壩基、壩肩及接觸帶滲漏處理
對(duì)壩基、壩肩滲漏，一般采用沿壩軸線(均質(zhì)壩)或防滲體底部位置及壩肩進(jìn)行帷幕灌漿，其深度控制在相對(duì)不透水層(5～1OLU)以下3m一5m，灌入純水泥漿或水泥砂漿。帷幕灌漿宜采用一排灌漿孔，孔距1.5m一2.Om，基巖破碎帶采用兩排或多排。基巖與壩體接觸帶滲漏處理，可以在帷幕灌漿結(jié)束時(shí)，在接觸帶灌入水泥粘土漿，漿液由稀到濃逐漸改變，粘土含量可適當(dāng)加大，同時(shí)注意控制灌漿壓力，在接觸帶形成水泥粘土塞，使帷幕與壩身形成統(tǒng)一封閉的整體。
壩肩帷幕頂部灌至水庫(kù)正常蓄水位，兩邊延伸至水庫(kù)正常蓄水位與相對(duì)不透水層在兩岸的相交處，使壩基、壩體和壩肩形成一個(gè)完整封閉的防滲體系。
4．2．2壩體防滲設(shè)計(jì)
(1)防滲墻。當(dāng)壩體孔隙率較大，其它防滲方式不易滿足防滲要求時(shí)，可沿壩軸線設(shè)一道混凝土防滲墻，底部深入基巖lm～2m，并與基礎(chǔ)帷幕灌漿連接，墻厚一般取60cm～80cm。
(2)充填灌漿。當(dāng)壩體存在滲漏薄弱面或局部孔隙率較大而導(dǎo)致滲漏時(shí)，可采用充填灌漿，灌入粘土水泥漿，充填壩體孔隙，起到防滲效果。
(3)上游壩面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲。它適合于各種原因引起的壩體滲漏，設(shè)計(jì)時(shí)必須注意：土工膜與上游壩腳(水下部分)防滲體的結(jié)合以及與壩基、大壩周圍與岸坡接觸處的連接，不能出現(xiàn)防滲“空檔”。例如，壩體采用土工膜，而基巖帷幕卻設(shè)在壩軸線處，這樣壩體與基巖接觸面就形成滲漏通道。
另外，壩體防滲還有劈裂、高壓旋噴等灌漿方法。
4．3排水設(shè)計(jì)
為有效排走壩體和基礎(chǔ)少量滲水，降低浸潤(rùn)線，減小滲透壓力，匯集排走壩雨水，防止下游尾水沖刷壩腳，應(yīng)設(shè)壩體和壩面排水設(shè)施。只有防滲和排水相結(jié)合，做到上堵下排，才能保證大壩的滲漏安全。
4．3．1壩體排水
大壩整治壩體排水多采用棱柱體和貼坡式排水，要注意處理好原排水體及新老排水棱體的連接設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)拆除原棱體失效部分。當(dāng)新增排水體距原排水體較遠(yuǎn)時(shí)，為節(jié)約排水材料，降低投資，同時(shí)又能利用原有排水體，可在兩者之間設(shè)水平排水帶，將其連接起來(lái)。同時(shí)又使棱體外觀平整美觀，采用“金包銀”式，即在干砌塊石外面砌條石。在壩腳與下游河道之間應(yīng)設(shè)排水溝，及時(shí)將雨水和滲水排走。
4．3．2壩面排水
壩面排水屬于常規(guī)設(shè)計(jì)，這里不再贅述，應(yīng)該注意的是，如果上下游護(hù)坡采用現(xiàn)澆混凝土或漿砌混凝土預(yù)制塊，應(yīng)每2m一3m設(shè)一個(gè)排水孔，直徑5cm左右，呈梅花形布置，孔內(nèi)采用土工布袋作反濾層，施工方便快捷，排水孔應(yīng)水平或略向下傾斜。另外，還有白蟻防治、大壩護(hù)坡設(shè)計(jì)、外觀和觀測(cè)設(shè)施設(shè)計(jì)等，由于篇幅關(guān)系這里不再贅述�？傊髩纬U(xiǎn)加固設(shè)計(jì)要本著“綜合治理，因地制宜，就地取材，經(jīng)濟(jì)科學(xué)”的原則進(jìn)行。
