王小樸(西安景天水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司陜西西安710018)
安康小型水利工程的除險加固工程設(shè)計淺析
王小樸
(西安景天水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司陜西西安710018)
在小型水庫運行過程中,必須注重小型病險水庫的危害性,通過合理的技術(shù)與勘探結(jié)果進行病險水庫的加固,并且對小型水庫除險加固方案進行完善。本文對水利工程小型水庫除險加固的設(shè)計方案進行探討,可為類似案例提供借鑒。
小型病險水庫;加固設(shè)計;規(guī)劃
隨著近年來小型水庫建設(shè)的實施與發(fā)展對我國國民經(jīng)濟提升的影響越來越大,尤其是當?shù)厝罕?,水利工程建設(shè)的正常運行就顯得尤為重要。在小型水庫建設(shè)和加固過程中,經(jīng)常會遇到各種問題,而邊坡穩(wěn)固和小型水庫的防滲加固不能滿足要求就是其中兩項重要規(guī)劃,在對水利工程進行建設(shè)和維護的過程中,水利的邊坡穩(wěn)固、防滲加固規(guī)劃一直是水利工程人員關(guān)注的主要規(guī)劃,在長期的工程實踐中,這兩項規(guī)劃逐漸得到了很大的發(fā)展與改進。[1]
我國《2013-2017年中國水利工程行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)經(jīng)營策略與優(yōu)劣勢分析報告》顯示[4],我國水旱災(zāi)害直接經(jīng)濟損失占各類自然災(zāi)害直接經(jīng)濟總損失的60%左右。自新中國成立以來,陜西先后建成各類水庫1019座,其中大型7座、中型58座、小型954座。經(jīng)過多年運行,這些水庫大多已經(jīng)“疾病纏身”。2002年,陜西按照暫緩治理、降等報廢、加固處理3種類型對陜西全省病險水庫進行了排查,查明需要加固處理的病險水庫接近水庫總數(shù)的一半,病險水庫已成為陜西防洪體系中最為薄弱的環(huán)節(jié)和影響防洪安全的重大隱患。特別是小型病險水庫,大多位于村鎮(zhèn)、縣城的上游,猶如頭上的“一盆水”,威脅著群眾的生命安全,而且蓄水功能減退,難以有效發(fā)揮灌溉供水效益。大量病險水庫存在,病險水庫工程的安全狀況成了政府和社會的心腹之患。
小型水庫以農(nóng)田灌溉為主,兼有防洪功能水利樞紐工程,自初建成并投入運行以來,對村民土地的農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)揮了重要作用,對保持農(nóng)業(yè)增收和維護當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定起到了積極而又重要的作用。由于受當時各種條件制約,水庫施工質(zhì)量不達標,缺乏管理,存在諸多病險,如不盡早采取措施進行加固,一旦潰壩將威脅下游村民生命財產(chǎn)安全,淹沒耕地,造成巨大經(jīng)濟損失。從防洪保安角度考慮,加固小型水庫是十分有必要的。
(1)大壩壩坡不穩(wěn)定;
(2)現(xiàn)狀大壩下游有滲水;
(3)沒有岸坡排水設(shè)施;
本次針對小型水庫上述問題,對病險水庫進行以下加固方案:
3.1小型水庫中邊坡加固的規(guī)劃措施
經(jīng)對現(xiàn)狀壩體的滲流、穩(wěn)定分析,壩體下游整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求,故結(jié)合壩頂整修,對壩體進行加固培厚。保證壩體的穩(wěn)定,設(shè)計擬定以下三種方案。
方案一:臨水側(cè)碎石土加培方案。自背水側(cè)坡腳按現(xiàn)狀坡比至設(shè)計壩頂高程后,按設(shè)計壩頂寬度和坡比向臨水側(cè)培厚。此方案優(yōu)點是:①培土厚度大,施工方便。缺點是:①臨水坡加培部分其基礎(chǔ)處理難度較大,易產(chǎn)生沉降;②土方量大,投資大;③壩軸線偏移較多。
方案二:背水側(cè)堆石加培加固方案。根據(jù)實測地形圖與現(xiàn)場查勘,在現(xiàn)狀壩腳下游47m處有高約6m的砌石擋墻,形成跌坎,為避免壩后加培影響到原下游擋墻的安全穩(wěn)定,本次采用堆石加培,采用較小的壩后加培坡比,使加培坡腳對下游擋墻不產(chǎn)生影響。自臨水側(cè)現(xiàn)狀坡腳按現(xiàn)狀坡比對臨水坡進行整修,此方案優(yōu)點是:①降低浸潤線;②對現(xiàn)狀壩體破壞較?。虎蹓屋S線偏移??;缺點是:①工程量大;②壩體下游基礎(chǔ)需進行加固處理。
方案三:兩側(cè)加陪加固方案。上游按設(shè)計坡比和壩頂寬度加陪,下游在現(xiàn)狀壩腳下游47m處有高約6m的砌石擋墻,形成跌坎,為避免壩后加培影響到原下游擋墻的安全穩(wěn)定,本次采用堆石加培,采用較小的壩后加培坡比,使加培坡腳對下游擋墻不產(chǎn)生影響,此方案的優(yōu)點是:①降低浸潤線;缺點是:①壩體下游基礎(chǔ)需進行加固處理,②臨水坡加培部分其基礎(chǔ)處理難度較大,易產(chǎn)生沉降,③投資大。
鑒于以上三種方案有上述諸多優(yōu)點,本次設(shè)計推薦采用方案二對壩體進行加培處理。
3.2小型水庫工程防滲加固方案措施[4]
通過地質(zhì)勘查,壩體有滲漏問題,本次進行防滲加固體系的健全是非常必要的,確保壩體浸潤線的降低,進行土體強度的提升,本工程是壩體是土壩,對本工程的滲漏處理采用上游“鋪、截、堵”,下游“導(dǎo)、減、排”的原則進行防滲設(shè)計,本工程防滲采用以下兩種防滲方案比較,見表1。
方案(一)上游鋪設(shè)土工膜方案。自迎水側(cè)從坡腳至設(shè)計壩頂高程鋪設(shè)土工膜,護坡結(jié)構(gòu)自上而下為30cm厚M7.5漿砌石拱格內(nèi)填干砌石、50cm庫內(nèi)淤積土,兩布一膜土工膜,護坡基礎(chǔ)為M7.5漿砌石基礎(chǔ),斷面為矩形,尺寸1.0m×1.0m(寬×高)此方案優(yōu)點是:①降低浸潤線土體強度的提升;②適應(yīng)彈性變形能力;③投資低。缺點是:①防滲效果差;②容易破壞。
方案(二)劈裂式灌漿防滲方案。根據(jù)壩體小主應(yīng)力的分布規(guī)律布孔,利用水利劈裂原理,有控制性地劈裂壩體,并灌入合適的漿液,形成防滲帷幕,同時使所有與漿縫連通的裂縫,洞穴,軟弱夾層等壩體隱患,均能得到漿液的充填擠壓密實,使壩體達到防滲加固目的,確保避免堤身發(fā)生一系列的滲漏。根據(jù)堤身的具體工作狀況,本次對壩基進行單排帷幕灌漿(樁號0-003~0+060),灌漿深度深入弱風化層5m范圍,帷幕灌漿沿壩軸線布孔,孔距3m;對壩體部分(樁號0+012~0+060)進行單排灌漿劈裂灌漿,壩體劈裂式灌漿孔沿壩軸線布置,灌漿孔的孔距采用3m,灌漿孔應(yīng)為鉛直孔。上至現(xiàn)狀壩頂,下至帷幕灌漿上邊界;設(shè)計劈裂灌漿材料為粘土,泥墻設(shè)計厚度10cm。進行一定厚度的鉆透。同一排孔灌漿,應(yīng)先灌第一序孔,再灌第二序孔、第三孔序,灌漿開始應(yīng)先用稀漿灌注,經(jīng)過3min~5min的灌漿,壩體劈裂后在加大漿液稠度,若孔口壓力下降或出現(xiàn)負壓,應(yīng)加大漿液稠度,灌漿過程中應(yīng)對灌漿孔孔口壓力,間隔時間進行綜合控制,壓力表精度不應(yīng)大于10kPa。這樣,可以較好地處理在灌漿中出現(xiàn)的冒漿、串漿、滑坡、局部隆起等各種問題,使灌入的泥漿沿壩的軸向形成一道帷幕,達到改善堤身質(zhì)量、提高堅固度和防止?jié)B漏的目的。此方案優(yōu)點是:①提高壩體整體性;②提高壩體密實性。缺點是:①投資高。
表1 防滲方案對比表
針對以上兩種防滲方案,從投資、防滲效果及大壩穩(wěn)定性三方面綜合分析,如表1所示,鋪設(shè)復(fù)合土工膜雖然投資低,并能達到一定防滲效果,但是容易破壞,防滲效果差。灌漿雖然投資高,但是灌漿能提高壩體的密實性、整體性、穩(wěn)定性,還能加固地基的作用,且灌漿技術(shù)和施工成熟,因此本工程最終選用灌漿防滲。
3.3小型水庫工程岸坡排水設(shè)施措施
本工程原大壩背水坡坡面無排水設(shè)施,為了防止岸坡沖刷,本次結(jié)合大壩背水坡加培對坡面排水溝進行新建,擬設(shè)橫向及岸坡排水溝共7條,總長761m。在壩坡與兩岸坡相交處設(shè)岸坡排水溝3條,長650m。橫向排水溝5條,長111m。設(shè)計橫向排水溝為矩形斷面,尺寸為30cm×40cm(寬×高),岸坡排水溝為梯形,斷面尺寸90cm×3cm×40cm(上寬×下寬×深),壁厚均為30cm,坡比為1:0.75,結(jié)構(gòu)由M7.5漿砌塊石砌筑。
小型水庫除險加固設(shè)計方案的不斷完善和符合當?shù)匾螅潜WC小型水庫除險加固順利實施和保證加固處理后水庫發(fā)揮最大效益的關(guān)鍵。小型水庫的除險加固在水利工程建設(shè)中重要內(nèi)容之一。小型水庫的除險加固,不僅能提高小型水庫防洪能力,還能發(fā)揮小型水庫供水效益,既保障水庫的安全運行,又提高了水庫蓄水調(diào)節(jié)能力,實現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展。陜西水利
[1]孟凡字,楊鳳云,張維濱.小型水庫除險加固問題探討[J].黑龍江科技信息,2009年.
[2]劉武,李曉強.小型水庫除險加固處理方案與水庫利用探討[J].陜西水利,2009年.
[3]楊濤,水利工程除險加固治理策略研究[J].內(nèi)蒙古水利,2012年.
[4]羅長軍,劈裂式灌漿技術(shù)在弧石灘水庫隱蔽工程處理應(yīng)用(巖土力學2005)739-744.
(責任編輯:暢妮)
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