摘要：病险水库不仅不能发挥应有的功能，还会严重威胁生命和财产安全。做好对水库大坝的除险加固是保证水库大坝质量与延长水库大坝使用寿命的重要途径。本文结合工程实例，对水库大坝除险加固工程设计进行了探讨。
关键词：水库大坝；施工技术；安全管理
引言
水库大坝是我国水利事业当中的重要组成部分，其对于农业灌溉、水力发电以及防洪事业都有着重要意义。然而水库大坝随着时间的推移，会出现一些病害现象，严重影响到其正常使用。因此必须高度重视水库大坝的出现加固设计问题，从而有效延长其使用周期，提升水利工程的效益。
1.工程概况
某水库主要由大坝、溢洪道和输水洞组成，水库坝长220m，坝高13.22m，溢洪道宽11m，溢洪道标高15.671m，最大溢流深度2.54m，总库容量64万m3，水库以灌溉、防洪、养鱼和保护下游耕地为主，兼顾发电、养殖等综合利用。该工程于1972年开工建设，1973年建成受益，受当时建设条件的限制，行车道路建于大坝库区上游、溢洪道交通桥仅1.8m宽，经久未修大坝本身也存在安全隐患。为了保证水库交通桥行车安全和下游耕地不被水淹、人的生命和财产安全，需要对大坝背水坡进行防渗加固和重建交通桥。除险后，水库正常库容不变，水库功能调整为灌溉、防洪、养鱼为主，结合发电、供水等综合利用。
2.工程布置
该工程将原有的交通桥全部拆除，在原位新建一座长12.5m、宽5m的交通桥，此桥采用整体钢筋砼框架结构，大坝坝头与桥的连接处采用1∶7坡度，大坝坝顶上铺一层5cm厚的石屑，桥的西侧与路面相接处采用石渣回填；大坝背水坡加固采用联锁式水工砖形式，在坡脚每隔2.5m砌筑一个浆砌石基础，在基础上砌筑一道钢筋混凝土梁，拆除大坝迎水坡原有上坝路基两侧路缘石，原有坝顶凹陷处回填土方并压实，在联锁式水工砖护坡洞穴内填注种植土，并修建临时便道。
3.交通桥重建设计及施工要点
根据交通桥安全技术鉴定，主要存在的问题：①设计年代久远，设计标准低，无法满足现有车辆通行；②桥梁整体承载力低，桥面宽度、孔跨、净空无法满足现阶段使用要求。针对上述情况，经过专家多次论证，对原有交通桥进行拆除重建，在原位新建一座长12.5m、宽5m交通桥。此桥采用整体钢筋砼框架结构，大坝坝头与桥连接处采用1∶7坡比削坡，桥的两侧与路面相接处采用石渣回填，使桥能够以缓坡的形式过渡到路面。
旧桥拆除工程应尽量以人工为主，辅助小型施工机械，严格按先拆辅助部位，再拆承重主体部位，严禁车辆通行。新建交通桥施工前，应仔细核实图纸，主要包括桥面宽度、桥面高度、桥台和桥墩、盖梁尺寸等，材料准备充足，明确施工组织等准备工作；施工中，应做好桥墩、桥台处的地基处理，绑扎钢筋，分层浇筑桥墩台，模板拆装、钢筋框架焊接，浇筑混凝土，桥梁接缝、桥面护栏及桥面铺装等施工要点；施工后，对桥梁进行总体检测、桥梁荷载试验和桥梁使用性能检测。
4.大坝背水坡加固
4.1大坝背水坡抗滑稳定偏小原因分析
原水库大坝背水坡坝壳主体系含砂砾粉质粘性土填筑，经钻孔取样试验，土体渗透系数为5×10－4cm/s左右，土体渗透系数偏小，相对密度偏低。三轴试验测得粘性土体的粘聚力为C=22.5KPa，粘度角为φ=14.9°，其力学指标相对比较差，均小于粘性土的规范要求。水库上游坝坡比较陡，坡顶设置一条宽度为1.5m的马道，在施工过程中采用的是人工填筑，压实度很难达到标准，在库水位聚升工况下，上游坝坡的浸润线过高，渗透力增加。由于粘性土本身的力学指标差，在上游水位骤降工况下的抗滑安全系数偏低，无论采用毕肖甫还是圆弧滑动法，该背水坡的稳定安全系数均为K=1.18，远小于规范值（K=1.30）。年久失修将会导致库水下泄无法得到有效控制，危及库区周围人的生命及财产安全，同时原大坝背水坡将出现较大变形，最终导致上游水位骤降工况下背水坡抗滑能力不足。
4.2大坝背水坡加固设计
提高大坝背水坡坝坡抗滑稳定安全系数的方法主要有：①放缓上游坝坡坡比，或采用抛料填筑压坡；②改变背水坡坝体材料特性，增加透水性或提高材料的力学性能。通常做法分别有：①坡顶削坡；②坡底镇压；③更换材料；④坝体灌浆。同时提高坝体渗透系数也能提高库区水位变化情况的透水性，降低库水位骤降期坝体浸润线，进而达到减小渗透力、增大坝体抗滑能力的目的。该水库以灌溉、防洪、养鱼和保护下游耕地为主，兼顾发电、养殖等综合利用的任务，在施工期水库不能放空，同时要保证库区具有良好水质。因此，不能采用上游填筑、放缓坝坡方法来增加大坝背水坝坡的稳定性。该水库工程主要存在上游背水坝坡在库水位骤降情况下抗滑稳定不足，经过专家多方论证，采用联锁式水工砖对水库进行防渗加固，施工方便，不影响原水库蓄水。该施工方法是在坡脚每隔2.5m砌筑一个浆砌石基础，在基础上再砌筑一道钢筋混凝土梁。大坝坝头部分两侧砌筑路缘石与原大坝路缘石相连接。拆除大坝迎水坡原有上坝路及两侧路缘石，并按现有护坡1∶3的坡比修干砌石护坡，并使之两侧均与原有护坡及坝头挡土墙顺畅连接。原有坝顶凹陷处回填土方并压实，使之恢复坝项原有高程，增加了水库的防洪调节库容。坝体标准剖面如图1所示。
4.3大坝背水坡施工步骤
4.3.1联锁式水工砖厚度计算
联锁式水工砖厚度应以混凝土块在浮力作用和波浪压力下，满足坝体整体稳定要求，计算公式为：
式中，t—混凝土护面板厚度，m；η—系数，取0.1；H—计算波高，m；rb—混凝土板的重度，rb=24kN/m3；r—水的重度，r=12kN/m3；L—坡长，m；B—沿斜坡方向垂直于水边线的护面板长度，m；m—斜坡坡率，m=2.5。
经式（1）计算，t=0.0046m，参照其它工程经验，混凝土护坡厚度为100mm。
4.3.2联锁式水工砖施工
根据危险大中型水库除险加固相关工程经验，选择水工砖的平面尺寸和厚度，可采用现场预制，也可选择从水工砖厂家直接购买。
4.3.3整平背水坡面
采用机械或人工方式清除水库大坝背水坡护面的树根和杂草等，并按设计要求进行坡面整坡和压实，并进行钻孔取样试验，测试相对密度、含水量、压实度和渗透系数等。
图1坝体剖面示意图
4.3.4铺设土工布
用机械或人工挖掘护砌面基础齿墙基坑，如果基坑低于设计标高，选择适当材料进行回填、夯实，铺面基础完工后进行滤水土工布铺设，同时砌筑坡脚基础齿墙。
4.3.5水工砖铺设
沿基础齿墙联锁铺设2行水工砖，接着自下至上的顺序铺设联锁式水工砖，护坡顶部（小于1/2块水工砖处）可用无齿锯切割或劈裂机选择相应的尺寸。
4.3.6背水护坡绿化
整个联锁式水工砖铺设完工后，对坡顶进行混凝土浇筑、压实，并在水工砖护坡洞穴和接缝处填充种植土，播种草籽，以达到护坡美观生态的效果。
5.结论
综上所述，在水库设计过程中以水库除险加固设计最为重要，这不仅关系到水库大坝自身的稳定性和安全性，也关系到该地区农业灌溉等问题。本文大坝背水坡采用的联锁式水工砖进行加固施工大大提高了水库工程安全性，同时改善了库区环境，提高了区域水资源利用率，确保了工程能够发挥应有的社会效益和经济效益，从而达到了提高区域综合品质、促进经济社会发展的目标。
参考文献：
[1] 杨卫平.浅议水库大坝除险加固工程设计及施工技术[J].科技创新与应用.2016（17）
[2] 马少将.论水库大坝除险加固设计[J].珠江水运.2016（18）
论文作者:沙红球
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/10
标签：大坝论文; 水库论文; 水工论文; 联锁论文; 护坡论文; 工程论文; 交通论文; 《基层建设》2018年第20期论文;