楊立兵，毛光海，劉楊濤

（1.云南省水利水電工程有限公司，昆明 650000；2.蒙自市水利勘測設(shè)計隊，云南 蒙自 661100）

1 引言

現(xiàn)階段，水利事業(yè)不斷發(fā)展，水庫建設(shè)工藝日漸成熟，給水庫的安全運(yùn)營提供了技術(shù)保障。但我國的水庫數(shù)量龐大，一些早期修筑的水庫在多年的運(yùn)行中，成為病險水庫，再加上運(yùn)行管理方面所存在的不足，增大了水庫的運(yùn)行風(fēng)險，給水庫周圍人們的生產(chǎn)生活安全帶來了巨大的挑戰(zhàn)。伴隨著每年防洪任務(wù)的艱巨性，我國每年都在水庫運(yùn)行管理和除險加固方面投入了巨大的資金，各個水庫都要根據(jù)自身的運(yùn)行情況，來選擇最為恰當(dāng)?shù)某U加固方式。

2 工程概況

螞蚱沖水庫地處蒙自市芷村鎮(zhèn)，壩址位于南溪河上游北溪河支流的白詩河上，水庫與芷村鎮(zhèn)相距11 km，徑流面積22.45 km2，設(shè)計總庫容4.345×106m3，設(shè)計灌溉面積達(dá)1 302.67 m2，是區(qū)域內(nèi)重要的水利工程，承擔(dān)著重要的灌溉、防洪等任務(wù)。根據(jù)該水庫工程的建設(shè)特點(diǎn)，包含了樞紐工程和輸水工程2 個組成部分，前者由攔河壩、導(dǎo)流隧洞、溢洪道、輸水涵管所構(gòu)成，而后者則包含了輸水隧洞和輸水明渠。

2.1 地質(zhì)概況

根據(jù)該水庫的地域特點(diǎn)，地處扭動構(gòu)造體系中，位于鳴鷲“S”形構(gòu)造帶與北西向構(gòu)造體系組合型交接地帶，在北東和北西方向上存在有較多的斷裂和褶皺分布，因為存在切割和擠壓作用的影響，區(qū)域地塊的完整性不足。

2.2 地形地貌

在對該水庫加以清基處理以后，發(fā)現(xiàn)其河谷為不規(guī)則寬闊的谷底，且呈現(xiàn)“V”形，根據(jù)相應(yīng)的測量結(jié)果，谷底寬度為26 m，底板高程保持在1 659.95～1 663.34 m，河谷口寬136.2 m，標(biāo)高為1 414.38～1 714.73 m，高差在53 m 左右。河谷兩岸在當(dāng)下開挖成了槽狀，基本表現(xiàn)出完整性和平直性。

3 水庫運(yùn)行現(xiàn)狀

3.1 大壩工程存在問題

在該水庫工程中，大壩是其中的關(guān)鍵構(gòu)成部分，在長時間的運(yùn)行過程中，因為遭遇水力侵蝕，導(dǎo)致大壩的結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性難以保持。此水庫工程中，大壩上游為塊石護(hù)坡，長時間的運(yùn)行中，存在著嚴(yán)重的風(fēng)力侵蝕，再加上水位變動和風(fēng)浪淘刷的影響，導(dǎo)致此處的塊石護(hù)坡呈現(xiàn)出凹凸不平的狀態(tài)，在正常蓄水位以上，存在有塊石翻起、墊層掏空的情形，增大了壩體結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險。在大壩下游為碎石護(hù)坡，在長時間的運(yùn)行過程中，同樣受到了風(fēng)化和水力侵蝕的影響，導(dǎo)致護(hù)坡存在著明顯的缺失情況，在裸露壩坡處的水土流失嚴(yán)重[1]。一旦水庫運(yùn)行時庫區(qū)水位超出了正常標(biāo)準(zhǔn)，在壩體左壩端后壩坡坡腳位置處，存在著滲漏水問題。下游排水體的破壞嚴(yán)重，難以保持大壩的正常使用。

3.2 溢洪道工程存在問題

此水庫工程在建成投入使用以后，在當(dāng)下的條件下，溢洪道也出現(xiàn)了問題，具體表現(xiàn)在以下方面：（1）溢洪洞出口消力池在多年的運(yùn)行過程中，在邊墻和底板等部位存在著或大或小的裂縫，且這些部位的表面混凝土存在著局部脫落，無法與當(dāng)下的防洪抗沖要求相一致，增大了水庫運(yùn)行風(fēng)險。（2）此水庫工程的尾水渠為土渠，多年的運(yùn)行中，此處的淤積問題嚴(yán)重，渠道沒有定期清理，致使渠道中不僅淤積了大量的泥沙，還雜草叢生，邊坡部位存在坍塌，難以在雨季發(fā)揮渠道的泄洪作用[2]。（3）溢洪道右側(cè)的墻體出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象，原有墻面上的砂漿抹面存在著一定的剝蝕現(xiàn)象。

3.3 輸水洞工程存在問題

此水庫中的輸水工程，輸水洞也在長時間的運(yùn)行中，由于建設(shè)時的技術(shù)限制和后期的運(yùn)行管理影響，存在以下幾方面的問題：在輸水洞進(jìn)口段擋墻處，因為，此處的山體滑坡頻繁出現(xiàn)，導(dǎo)致?lián)鯄ζ茡p嚴(yán)重；輸水洞進(jìn)口段的底板也受到各種因素的影響而出現(xiàn)了明顯的損壞；閘門處存在滲漏水情況。

4 水庫除險加固措施

4.1 加強(qiáng)大壩防洪能力

針對水庫運(yùn)行中防洪能力降低的情況，為實(shí)現(xiàn)水庫的除險加固，在開展水庫結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中，應(yīng)結(jié)合其現(xiàn)有的問題，進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸谭桨冈O(shè)計。比如，專業(yè)人員可針對水庫運(yùn)行現(xiàn)狀展開詳細(xì)的分析，從多個角度對水庫開展評估和論證，根據(jù)論證結(jié)果，可采取增加壩高的方式。

總之，水庫的除險加固措施確定方面，應(yīng)根據(jù)各種技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性等的評估結(jié)果，來進(jìn)行水庫安全風(fēng)險的識別，經(jīng)由除險加固來提升水庫的防洪能力。水庫中往往包含了多個構(gòu)成部分，在開展除險加固的過程中，需結(jié)合每個結(jié)構(gòu)部分所存在的險情，采取正確且有效的加固方式。

4.2 輸水洞除險加固

水庫運(yùn)行的過程中，輸水洞也可能會面臨一定的險情。針對這一情況，為實(shí)現(xiàn)除險加固的目標(biāo)，在開展輸水洞的除險加固工作時，應(yīng)根據(jù)水庫輸水洞的具體情況，來采取有效的方式。水庫輸水洞中往往存在很多的階梯臥管布設(shè)，在長時間的水庫運(yùn)行下，可能會出現(xiàn)漿砌石裂縫、水流沖刷底板、凍融破壞等各種問題，為減小輸水洞險情，專業(yè)人員可將現(xiàn)場既有的砌石及時清除干凈，隨后經(jīng)由二次砌筑的方式來加以處理[3]。如果水庫所處現(xiàn)場的地質(zhì)地形條件相對理想，可通過新打隧洞取代放水涵管或頂管施工，采用虹吸管的方式。

當(dāng)下的水庫工程處理中，對于許多的山塘水庫，在放水涵管的更換方面，往往會通過大肆開挖的方式來處理，這種更換方式下，為達(dá)到良好的施工效果，應(yīng)避免在更換時出現(xiàn)基礎(chǔ)不均勻沉降，且要確保回填壓實(shí)的全面性。當(dāng)涵管安裝定位工作全面結(jié)束以后，兩側(cè)應(yīng)做好土方回填工作。在這一處理環(huán)節(jié)，與涵管相接近的位置上，可能會引起土方壓實(shí)不足，導(dǎo)致壓實(shí)的密實(shí)度不達(dá)標(biāo)，引起壩體的橫向裂縫。為消除這一問題，可在涵管安裝定位工作全面結(jié)束以后，在兩側(cè)利用混凝土填充并做好振搗處理。

4.3 提升大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

很多水庫上下游壩坡位置處，其坡體相對陡峭，而壩頂部寬度卻相對較小，增大了大壩的安全風(fēng)險。針對大壩的這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在開展水庫除險加固的過程中，應(yīng)對大壩進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。為使得上下游壩坡更為穩(wěn)定，專業(yè)部門要將壩頂表面上的雜物完全清理干凈，并將洞頂洞穴加以反復(fù)夯實(shí)，結(jié)合水庫的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和防洪等級要求，適當(dāng)將壩頂部位加以拓寬[4]。其次，需對迎水坡加以整修，使得背水坡厚度相對大一些。

壩體滲漏對于壩基穩(wěn)定性的影響巨大，因此，要從根本上提升壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，相關(guān)施工人員在大壩的除險加固處理中，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的防滲漏施工。針對壩基和壩肩的防滲漏施工，可采用帷幕灌漿或者固結(jié)灌漿的方式。

4.3.1 帷幕灌漿

從水庫工程的大壩除險加固處理中，帷幕灌漿布置如下：攔河壩帷幕線全長270 m，為折線布置，里程為0+000.086～0+227.14，布設(shè)在壩軸線上游0.5 m 的位置處。此水庫中的帷幕灌漿布設(shè)的是單排孔，各個孔之間保持1.5 m 的距離。

為保障帷幕灌漿可以在該水庫除險加固中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，在施工方案確定時，應(yīng)由建設(shè)單位、設(shè)計單位等在大壩的特定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行帷幕灌漿試驗，結(jié)合此壩體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和分布特點(diǎn)，選取了3 個試驗區(qū)，在3 個試驗區(qū)內(nèi)總共布設(shè)了15 個灌漿試驗孔和9 個檢查孔，灌漿段和非灌漿段長度分別為655.1 m、163.9 m。設(shè)計單位經(jīng)由對灌漿試驗結(jié)果的全面分析，確定了對應(yīng)的帷幕灌漿技術(shù)參數(shù)，其防滲透水率q≤10 Lu。

正式的灌漿施工作業(yè)實(shí)施之前，由專業(yè)人員負(fù)責(zé)對每個灌漿孔的孔口高程加以精準(zhǔn)測量，在全部的準(zhǔn)備工作結(jié)束后方可進(jìn)入正式的施工環(huán)節(jié)。每個帷幕灌漿孔的布設(shè)過程中，都應(yīng)該嚴(yán)格按照前期所設(shè)計圖紙來開展，灌漿材料選用P·O42.5級普通硅酸鹽水泥。為使帷幕灌漿可以有效實(shí)現(xiàn)對壩體的加固，灌漿遵循從上到下的順序，選用孔口封閉循環(huán)灌漿法[5]。鉆孔環(huán)節(jié)要借助于合金鉆頭來保障鉆孔效率，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到了設(shè)計深度后，由建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計和施工單位來負(fù)責(zé)進(jìn)行相應(yīng)的驗收。針對此壩體結(jié)構(gòu)的特殊性，遵循分序加密的原則，依次開展Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)的灌漿作業(yè)，在灌漿之前開展簡易壓水，且保持壓水壓力為該段注漿壓力的80%，檢查孔的壓水工作中，總體上采用5 點(diǎn)法壓水，注意對壓水壓力的科學(xué)控制。在特定的設(shè)計壓力下，灌漿段的注漿壓力要控制在最大設(shè)計壓力下，不超過1 L/min，持續(xù)灌注60 min。

4.3.2 固結(jié)灌漿

在利用固結(jié)灌漿法開展大壩加固的過程中，首先應(yīng)進(jìn)行固結(jié)灌漿的布置：固結(jié)灌共2 排，在0+019.39～0+148.39 壩軸線的上游和下游兩側(cè)分別進(jìn)行灌漿孔的布置，孔深深入基巖的深度為5 m，總共布設(shè)有88 個灌漿孔，而檢查孔的數(shù)量是總孔數(shù)的5%。灌漿工作開始之前，專業(yè)的施工人員要對每個孔的孔口高程開展測量，在全部的前期準(zhǔn)備工作結(jié)束后，進(jìn)入正式的灌漿施工環(huán)節(jié)。此水庫工程中的固結(jié)灌漿試驗區(qū)處于0+082.39～0+094.39（一試區(qū)）、0+106.39～0+118.39（二試區(qū)），每個試區(qū)內(nèi)的固結(jié)灌漿試驗孔都包含了上下游2 排，每一個布設(shè)的孔數(shù)都為5 個，總共有20 個試驗孔。固結(jié)灌漿法與帷幕灌漿法相類似，但在開展固結(jié)灌漿質(zhì)量檢查時，卻采用的是單點(diǎn)壓水試驗法。

4.4 消能設(shè)施的布置

消能設(shè)施的安裝對于水庫的除險加固也有一定的作用。當(dāng)水庫受到巨大的水流沖擊，一些結(jié)構(gòu)面臨著沖毀的風(fēng)險，而消能設(shè)施的安裝可以使得水流對水庫的沖擊能量得以減小，進(jìn)而來降低對水庫造成的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險。水庫溢洪道很多都為土渠，且在早期的水庫建設(shè)中，在溢洪道的下游地區(qū)都沒有進(jìn)行消能設(shè)施的安裝。針對溢洪道所存在的險情，可結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件，進(jìn)行渠道的開挖，但一些水庫的渠底縱向坡度相對較大。在開展除險加固時，一般可進(jìn)行拓寬挖深加固，但這種方式下可能需重新進(jìn)行泄洪段縱向坡度的設(shè)計，不僅存在較大的工程量，且會造成周邊土地的過度占用。為克服加固中的這種難題，可直接對溢洪道進(jìn)行對應(yīng)的加固設(shè)計，從以下方面來加固：溢洪道泄洪段底板橫向增設(shè)多道消力坎；溢洪道末端進(jìn)行消力池與海曼的布置。

5 結(jié)語

在我國，各種規(guī)模的水庫承擔(dān)著艱巨的防洪、灌溉任務(wù)。很多水庫在多年的運(yùn)行過程中，因為管理制度的缺失，建設(shè)時的技術(shù)條件限制，無法保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)了各種險情，危害了周邊人們的生命財產(chǎn)安全。因此，針對各種病險水庫，需要結(jié)合水庫的運(yùn)行現(xiàn)狀，制訂水庫的除險加固方案，加強(qiáng)各種先進(jìn)技術(shù)和材料的應(yīng)用，提高水庫的建設(shè)質(zhì)量和安全性能。