劉典鵬

（萊州市水利工程建設養(yǎng)護中心，山東 萊州 261400）

1 水庫大壩滲漏原因分析

通過地質(zhì)勘查與現(xiàn)場采樣等方式，對水庫大壩在運行中出現(xiàn)的滲漏現(xiàn)象原因進行分析，總結(jié)包括下述兩個方面。

第一點原因是水庫大壩的面板層發(fā)生變形。采用壓力推算法，對大壩整體結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)上游地區(qū)中的壩體與壩坡砌石結(jié)構(gòu)已由于長年受到?jīng)_擊發(fā)生了嚴重的損壞，下游地區(qū)的壩體與壩坡由于植被與草皮缺失，遭受到雨水沖刷現(xiàn)象較為嚴重，整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，已無法滿足水庫大壩防滲需求。

第二點原因是水庫大壩工程中的接縫止水結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。止水結(jié)構(gòu)層受到外界環(huán)境的侵蝕與干擾，已出現(xiàn)了嚴重的破損，針對此種問題不采取措施進行及時處理與解決，最終會造成水庫大壩止水結(jié)構(gòu)失效，最終使大壩發(fā)生泄洪、失穩(wěn)等運行風險[3]。因此，要實現(xiàn)對大壩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定化處理，應當及時進行壩體、壩坡、壩基的檢查與維修，定位損傷點，對其進行加固與防滲漏處理。

2 水庫大壩除險加固工程設計

2.1 大壩病害探測與檢查

針對水庫大壩的滲漏問題，為了防止影響范圍的進一步擴大，需要在最快時間內(nèi)完成對其除險加固工作。為了查明滲漏問題的具體原因，確保工程施工時具備客觀的依據(jù)，首先需要完成對水庫大壩病害的探測和檢查。在探測的過程中，引入地球物理高新技術(shù)，主要探測區(qū)域為水庫大壩輸水涵洞滲漏情況、范圍及通道；水庫大壩壩體溢洪道滲漏情況、范圍及通道；壩體有無內(nèi)部損傷問題，損傷程度以及可能引發(fā)的安全事故的隱患[4]。在探測的過程中，采用高精度探底雷達裝置，通過寬頻帶短脈沖的形式，由天線發(fā)射裝置發(fā)送到地下，并經(jīng)過地下目的體反射到地層表面，通過天線接收裝置接收，根據(jù)這一過程中產(chǎn)生的信號信息完成對大壩病害的探測。由于水庫大壩含水區(qū)域與周圍介質(zhì)之間存在差異較大的電磁性，因此可以通過這一特點，對大壩具體滲漏范圍進行探測，在對上述雷達裝置的天線進行選擇時，通常選用100MHz型號和500MHz型號兩種，根據(jù)不同探測需要對其進行合理選擇。表1為兩種型號天線參數(shù)對應表。

表1 兩種型號雷達裝置天線參數(shù)對應表

根據(jù)表1中的內(nèi)容對雷達裝置天線進行合理選擇，并根據(jù)上述論述完成對大壩病害的探測與檢查。除上述內(nèi)容以外，在探測的過程中，還可以引入單點投射探測方法，在大壩一側(cè)安裝檢波裝置，在大壩的另一側(cè)設置多個激振點，通過人為的方式控制激振點產(chǎn)生振動，并利用檢波裝置對波的信息進行獲取，針對波在介質(zhì)當中的傳播速度、振動特性等完成對壩體各個測點位置局部范圍內(nèi)的密實度檢查，并以此實現(xiàn)對壩體膠結(jié)質(zhì)量的檢查。

2.2 壩體與壩基防滲處理

按照上述論述內(nèi)容，完成對大壩病害的探測與檢查后，結(jié)合水庫大壩的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)特征，對其壩體與壩基進行防滲處理[5]。圖1為水庫大壩穩(wěn)定結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 水庫大壩穩(wěn)定結(jié)構(gòu)示意圖

在明確圖1水庫大壩穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的基礎上，采用防滲軸線選擇和防滲邊界確定的方式，實現(xiàn)對壩體和壩基的防滲處理。水庫大壩的防滲范圍包括壩體、壩基以及兩壩肩結(jié)構(gòu)。防滲過程中，采用垂直防滲方案，將防滲軸線設置在原壩土的軸線附近。同時，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對原有壩土、壩體等結(jié)構(gòu)的利用，將其作為工程施工的平臺，以此減少了對施工平臺開挖的步驟，節(jié)省大量人力和物力。為了達到預期理想防滲效果，選擇將原壩體的軸線作為防滲軸線[6]。根據(jù)水庫大壩的特點，在確定滲漏邊界時，可選擇將水庫大壩正常情況下的蓄水位與地下水位線延長交點作為邊界點，通過對滲流量的計算，確定其邊界設定是否滿足滲透變形的要求。若滿足，則繼續(xù)完成下一步工程施工操作，若不滿足則需要將防滲底界作為底，繼續(xù)向下延伸5m~10m，重新選定邊界點。結(jié)合水庫大壩原有壩土的土地特征和地基特點，確定防滲處理的具體方案為：

壩體結(jié)構(gòu)采用混凝土防滲薄墻，將其深度控制在30m以內(nèi)，將混凝土防滲墻的厚度控制在40cm以內(nèi)。針對壩體以下的壩基位置，可以直接采用常規(guī)的帷幕灌漿的方式進行防滲處理，設置單排孔布孔結(jié)構(gòu)，每兩個相鄰鉆孔的間隔為2m，按照常規(guī)方式完成水泥灌漿操作[7]。在實際灌漿施工過程中，若滲漏現(xiàn)象嚴重，則針對嚴重位置的灌漿需要采用填充式灌漿處理方法，并布設雙排孔結(jié)構(gòu)，將排距設置為1.0m，將相鄰鉆孔之間的距離設置為1.5m，將最大灌漿孔的深度設置為35m，以此完成對壩體和壩基的灌漿操作，實現(xiàn)防滲處理。

2.3 溢洪道與輸水隧洞加固

滲漏通道的產(chǎn)生是由于在以往水庫大壩除險加固過程中布置溢洪道時的滲漏問題沒有得到徹底解決，最終在壩體上形成了一個集中的滲漏通道。在滲漏通道當中滲漏量通常能夠達到0.50L/S以上，若不對其進行及時處理，則會造成肩壩發(fā)生沼澤化，嚴重影響水庫大壩的正常運行[8]。因此，針對這一問題，還需要對溢洪道進行加固處理。圖2為水庫大壩溢洪道加固結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 水庫大壩溢洪道加固結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 中，1為水庫大壩溢洪道；2為注漿管；3為水庫大壩兩側(cè)邊坡內(nèi)的注漿板結(jié)構(gòu)；4為周圍壩土。將溢洪道設置在滲漏嚴重的肩壩，在完成對溢洪道的開挖后，用75#漿砌石襯砌，進行挑流效能設計，并在出口位置上設置消能設施。同時，在原有溢洪道的基礎上，采用等寬矩形下挖式消力池設計方案，以此能夠進一步降低工程的施工量。針對出口尾渠的設計，在出口跌水段采用與消力池軸線相互垂直的布設方式，并將下泄流量控制在5.5m3/s~6.5m3/s范圍內(nèi)，將單寬下泄流量設置在1.052m3/s·m以下。針對溢洪道的出口，采用跌水效能的方式與河道直接連接，以此減少對河道的破壞，從而確保河道能夠正常運行。

在完成對溢洪道的加固處理后，還需要對輸水隧洞進行加固，以此確保下游農(nóng)田灌溉具有充足的用水條件。根據(jù)水庫大壩所在位置的地形以及地質(zhì)條件，綜合完成對輸水隧洞的布置。針對輸水隧洞的出口消能采用消力池布置方式，并同時增加開挖的工程量以及襯砌的工程量。除此之外，輸水隧洞當中還細化分為有壓洞段、無壓洞段，前者的軸力通常設置在200KN以上，后者的軸力通常設置為80KN。綜合上述論述，完成對輸水隧洞的加固處理。

3 工程加固效果分析

為了證明本文設計的工程在應用中可以滿足應用效果，并能起到加固作用，下述將選擇某地區(qū)功能性水庫大壩作為此次研究的實驗工程。所選的水庫大壩位于該地區(qū)村鎮(zhèn)，該水庫主要由溢洪道、大壩與輸水洞構(gòu)成，對該地區(qū)水庫展開地質(zhì)勘察，進行水庫大壩基礎工程信息的獲取，具體內(nèi)容見下表2：

表2 水庫大壩基礎工程信息

此水庫在地區(qū)內(nèi)的主要作用包括防洪、灌溉、確保下游耕地安全、輔助漁業(yè)生產(chǎn)等，同時，也可以對地區(qū)經(jīng)濟建設發(fā)展中的供電工程、畜牧業(yè)與農(nóng)業(yè)等養(yǎng)殖業(yè)工程提供幫助。此項目工程在2017年正式投入建設并開工，并在2018年完成建設正式投入市場使用。但此水庫大壩工程在實際投入使用后，已經(jīng)在去年出現(xiàn)了安全隱患，為了保證此項目工程可以繼續(xù)為地區(qū)群眾生活造福，或避免此工程項目長久失修對大壩下游地區(qū)居住群體或農(nóng)業(yè)耕地建設造成威脅，需要采取措施對此工程項目進行除險加固設計。完成設計后，要求此水庫大壩在投入使用后的總庫存容量只可增不可減，同時要求此水庫兼具其早期功能。

建設施工中，按照上文提出的步驟，先進行水庫大壩中現(xiàn)有裂縫點、病害點的檢查，有必要時可調(diào)派技術(shù)人員到現(xiàn)場使用輔助性儀器設備進行損傷點探測。掌握水庫大壩的故障點后，對水庫中的壩體與壩基進行基礎防滲加固處理，在此基礎上，對水庫中的輸水隧洞與溢洪道進行穩(wěn)定加固。完成對此工程項目的設計施工后，將其投入地區(qū)進行試運行，并設定上游堤壩與下游堤壩的多種不同工況，通過此種方式，掌握水庫大壩在實際應用中的洪水位線（預警水位線/最高水位線）最低水位線。

了解實驗相關參數(shù)后，對上游堤壩與下游堤壩的安全系數(shù)進行評估，從地震工況、設計洪水位線工況、正常蓄水水位線工況、水位驟降工況多個工況條件進行水庫大壩穩(wěn)定性的評估，確保不同工況條件下水庫大壩均具有抵御能力后，正式將其投入地區(qū)使用。記錄設計的水庫大壩工程在使用后6個月內(nèi)的滲漏量，設計一個針對此水庫大壩安全運行的滲漏閾值（根據(jù)最高水位線與最低水位線設計大壩最高滲漏量），當記錄的大壩滲漏量<最高滲漏量時，證明本文設計工程的防滲加固效果良好，反之，當記錄的大壩滲漏量>最高滲漏量時，證明本文設計工程的防滲加固效果沒有達到預期，需要進行工程的回收與整改優(yōu)化。按照上述設計的內(nèi)容進行實驗，完成實驗后，將不同月份的記錄結(jié)果繪制成折線圖（折線圖中標注設計的最高滲漏量數(shù)值），對應結(jié)果見下圖3。

圖3 水庫大壩試運行滲漏量記錄結(jié)果

從上文實驗結(jié)果可以看出，在為期6個月的實驗周期內(nèi)，水庫大壩的壩滲漏量完全小于最高滲漏量，證明此次設計的工程可以在地區(qū)內(nèi)起到較好的防滲加固效果。

4 結(jié)語

為了發(fā)揮水庫大壩在地區(qū)經(jīng)濟建設中的更高作用，本文對此類工程的除險加固設計展開了設計研究。在此基礎上，為了證明本文設計的工程在應用中可以滿足應用效果，選擇試點工程對設計的成果進行檢驗，檢驗后通過對實驗結(jié)果數(shù)據(jù)的解析得出結(jié)論：在為期6個月的實驗周期內(nèi)，水庫大壩的滲漏量完全小于最高滲漏量，說明了此次設計可以對原有的水庫大壩工程起到優(yōu)化作用。但此次設計成果也存在一定局限性，例如，沒有選擇參照工程作為對比，沒有對水庫的防洪功能與發(fā)電功能進行檢驗。因此，可將提出的疑點作為后續(xù)設計工作的研究重點，進一步從多個角度進行工程使用中的功能與性能的優(yōu)化，以此種方式，實現(xiàn)對地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、城市化建設提供助推力量。