早在20 世纪80 年代,我国政府就从提高防洪标准和能力上对部分大型水库进行了除险加固,而随着大坝运行时间的延长,坝体出现的各类问题也日益显著,特别是管涌、流土等渗透性破坏导致的裂缝或滑坡现象,更成为防洪体系最为薄弱的环节和最大的隐患。
1· 水库常见病害特点分析
总的来看,我国水库主要病害特征表现在七个方面:一是坝体高程不到位,难以确保防洪安全,特别是随着水文资料的变化而导致泄洪能力不达标问题严重;二是抗震指标达不到规范要求,从当前抗震标准分析来看,由于原设计抗震等级较低,或者未考虑到地震工况的变化,对于大坝抗震指标难以满足规范需要;三是坝体结构存在不安全隐患,特别是对近年来全国大坝的病险分析来看,断面不足、坝坡不稳、护坡问题等隐患较大,多与浆砌石与混凝土等级相关;四是渗流不达标,对于坝基或坝体出现的渗漏、冲刷等破坏性问题,多余土石坝夯筑密度、渗透系数不达标;五是泄洪建筑存在安全隐患,由于输水涵洞施工质量存在问题,而导致隧洞裂缝、剥离、露筋、渗水等问题,直接破坏了坝体结构的整体性。
2· 对水库实施病险加固的技术分析
2.1 通过加高大坝来提升水库的防洪能力
从水库常见病险问题来看,提升水库的防洪能力主要从两个方面来着手,一是加高坝体,提升调蓄能力;二是加大泄洪建筑建设,提升泄洪能力。
在加高坝体技术上,对于土石坝主要从加设放浪墙上来提升坝体高度,其高度约为1.00~1.20 m;还可以通过对下游坡培厚加高来确保水库的正常运行;对于混凝土大坝,在加高方式上,一是在原坝上浇筑混凝土,并在上游面或下游面扩大断面;二是借助于竖向锚索来对新浇混凝土与原坝体形成锚固,加大对植筋和涂界面胶的方式来进行整体应力处理。
2.2 通过防渗漏技术来改善坝体稳定性
渗漏问题是水库病险的常见病害,也是除险加固的关键点。在处理方法的选择上,主要有混凝土防渗墙法、高压喷射灌浆法、劈裂灌浆法、土工膜防渗法等。
对于混凝土防渗墙加固来说,主要是沿坝轴线来建造一道混凝土墙,在坝体与基岩之间来截断渗透通道,其优点是适宜多种地质环境条件,可以在不放空的条件下来施工,相对于其他隐蔽工程来说更易监控。
对于高压喷射灌浆法来说,需要利用钻机进行预先钻孔,并将水泥砂浆在高压下喷射进去,提升砂浆液与被冲切土体的凝固。其方法是在坝轴线方向设置钻孔,并对钻孔实施喷射灌浆,以形成连续的防渗墙。其优点是施工速度快速,不足是由于不同地质条件下对施工技术参数要求不同,需要进行现场试验后才能确定防渗体的工艺要求。
对于劈裂灌浆法来说,主要是沿着坝轴线来布置竖向钻孔,并采用压力灌浆劈开坝体,然后灌注水泥砂浆来形成连续的防渗墙,该方法不仅有助于强化防渗能力,还加固了坝体,施工方法较为简便;不足是由于只适用于坝高低于50 m 的均质坝和宽心墙坝,对于灌浆压力的把控难以有效实施,还可能导致坝体的滑坡,耐久性较差。
对于土工膜法是近年来应用较广的防渗加固方法,主要是在坝坡上游铺设土工膜,利用防渗层来增强坝体的防渗性能和效果。其优点是柔性好,能够适应不同的坝体要求,且施工速度快,成本低,不足是需要对水库进行放空施工,且土工膜的抗老化性能要低于混凝土。
2.3 通过抗震加固技术来确保坝坡的稳定性
抗震性能是水库坝坡稳定的重要指标,在水库抗震加固技术中,主要从三个方面来着手,一是对坝坡进行加固,其方法有培土放缓坝坡和削坡放缓坝坡法,对于坝坡上部偏痘的,可以采用格构护坡方法来加固,对于下游浸润线较高时,可以与防渗加固结合来提升防渗效果。对于护坡加固,可采用块石护坡、现浇护坡及预制混凝土护坡方式,如对于上游坡采用预制混凝土块护坡,既能够增强护坡效果,还具有美化作用。对于坝体加固,可以采用砂土地震液化加固方法来提升坝体的密实性。
2.4 利用补强技术来对坝体涵管进行加固
对于水库在建设中常常用坝下涵管来完成发电、供水、灌溉等需要,而地下涵管在接触冲刷过程中很容易出现渗漏问题。因此在补强措施上,多采用钢筋混凝土衬砌方法来改善涵管结构,提升防渗性能。需要注意的是,对于新、老混凝土在结合处理中,其隧洞洞径要≤2.50 m;对于在原有涵洞增加钢衬时,要在钢衬与洞壁之间填充水泥砂浆来加固。需要强调的是,对于钢衬法要防范水压冲刷而导致失稳现象,因此对于洞径要保持在1 m 以内。
3· 结语
水库病险加固关系到水库的安全运行。因此,要从加固技术的研究与总结中,不断借鉴国内外先进水库病险加固技术,加大对水库病险的科学、客观的技术经济分析,从安全监测与维护中及时消除病险隐患,确保水库大坝稳固与安全。