浅议小型水库的除险加固措施

PAGEPAGE12浅谈小型病险水库的除险加固措施分析目

录

摘要………………………31小型水库工程现状………………42小型水库除险加固的目的及意义………43小型病险水库存在的病因………………53.1抗洪抗震性能低…………………5

3.2大坝渗漏严重……………………5

3.3大坝稳定性较差…………………53.4金属机电设备性能较差…………54病险水库加固的措施…………64．1提高水库防洪标准的工程措施…………………64．2提高水库工程质量的措施……………………74．3提高病险水库除险工程管理的措施…………95小结……………106展望未来……………………11后记………………………12参考文献………………13摘要大多小型水库都是兴建于六七十年代，由于当时技术力量和经验不足，缺乏科学态度，多在边勘测、边设计、边施工的“三边”情况下进行的，加之受经济条件的限制，造成施质量差，工程不可避免地发生老化失修，绝大部分水库即成病险水库，不能按设计正常运用，不同程度地出现了防洪标准偏低、大坝渗漏、输水洞洞身断裂、进出口无闸门控制、溢洪道水毁严重、泄洪能力不能满足设计要求等问题，加快病险水库除险加固，确保水库安全，充分发挥防洪和兴利效益，对促进国民经济发展和人民生活水平的提高，具有重要意义。提高水库防洪标准主要采用加高大坝、增加水库调蓄洪水能力和扩建、增建溢洪道的办法，提高水库工程质量重点要解决好防渗问题。关键词：病险水库除险加固措施我国是世界上拥有水库最多的国家之一。截止到2000年年底统计,全国已兴建各类水库8.5万余座,其中大型水库420座,中型水库2704座,小型水库近8.2万座。小型水库在防洪抗旱中发挥了重要的作用，促进了工农业生产，提高了人民生活水平。但由于当时特定的历史条件，存在严重的“三边”（边勘测，边设计、边施工）现象，防洪标准低，质量控制不严，尾工和隐患较多，时刻威胁下游人民生命财产安全，限制了当地的经济发展，其除险加固的重要性和必要性为人民所认识，各地都在进行病险水库的除险加固。1、小型水库工程现状小型水库是水利产业的重要设施。兴建水库可以调节利用水资源，除害兴利，促进国民经济发展和保障人民生命财产安全。当我们对现有水库工程发挥的巨大防洪、兴利作用方面做出应有评价的同时，也应该看到我国水库大坝失事给国家和人民生命财产造成的重大损失。我市现有小型水库多数是在“大跃进”和十年动乱期间兴建的，由于缺乏经验，在“边勘测、边设计、边施工”中进行的，有许多工程防洪标准低，施工质量差，再加上工程管理工作跟不上，这是导致人民财产损失的主要原因。病险水库加固迟缓，水库大坝安全问题引起各级领导的重视，全国病险水库的加固有一定的进展。但由于经费需要量很大等原因，这项工作进展仍然缓慢。技术管理工作差。在现有水库的管理运行中，有些单位没有把主要精力集中在安全运行和发挥效益方面，不支持或不重视技术管理工作。水库工程不能实现良性循环，工程老化，效益衰减，安全问题严重。重视小型水库安全管理。重视大中型水库安全，这是对的，一旦垮坝失事，将会造成巨大灾害。但小型水库数量巨大，星罗棋布，遍及各个乡镇每一条中小河流。相当一部分水库处于无人管理状态，必须引起各级领导的重视。这些小型水库一般防洪标准低，设计、施工遗留问题多，管理工作不善，防汛工作差，也是每年防汛的重点，要特别予以高度重视。2、小型水库除险加固的目的及意义在发达地区，已有许多病险水库除险加固，有值得借鉴的除险加固技术，我市虽然经过多年的经济发展，经济实力有了飞速的发展，但是经济底子还是比较薄弱，其次，从科学角度进行经济分析表明，除险加固成本上要比拆除重建低，效益却是相同的。随着科学技术的发展进步，先进的项目管理技术，先进的施工工艺、自动化程度较高的大功率施工机械、能专门针对性设计的机械设备和模版、一大批新型的施工材料，为水利工程建设提供了强有力的保证和前所未有的施工前景，能实现前人不能实现的三峡水利枢纽的建设，在近年来的水库除险加固中，起到了极其重要的作用，先进的设备和自动化技术的成熟，为水库除险加固施工和运行提供了机械化和自动化的保证，并且已经得到了广泛的普及和应用。成熟的经验表明水库除险加固能使水库防洪能力、工程效益等提高到一个空前的水平。因此在近几年，水库除险加固已经成为我市在实现水资源可持续利用和社会经济可持续发展的战略举措。病险水库事关人民群众生命财产安全，事关国民经济发展和社会稳定，事关我市的长治久安，因此，病险水库的除险加固是十分必要和紧迫的，同时在技术上也是可行的。病险水库除险加固完成后，可恢复或加强水库的防洪功能，充分发挥水库的灌溉、发电、供水、旅游、养殖等综合效益，使生态环境得到改善，为水利管理体制改革提供有利条件，促进我国水利事业的发展，更好地服务于人民，造福与人民。3、小型病险水库存在的病因根据前人对多年来病险水库除险加固经验的总结,主要的病险有以下几方面。

3.1抗洪抗震性能低大量小型病险水库由于受到当时工程技术条件的限制，在设计工程中其防洪标准选择较低，造成水库在实际运行过程中抗洪能力较差。随着水库水文系列资料的延长，特别是最近几年大部分地区极端恶劣天气明显增加，利用现有的水文资料重新校核水库工程的防洪标准时，小型病险水库大部分都不能满足国家的防洪设计标准。地震等外部自然灾害会造成水库坝体发生变形损害，给水库埋下了巨大的安全隐患，水库在修筑过程中所采用的抗震标准按照新的地震烈度来分析，大多低于国家现行的水工抗震规范标准。

3.2大坝渗漏严重受水流冲击、风化、蚁害等外部因素的影响，加上日常维护措施不到位，造成水库大坝存在严重的渗漏问题。坝基渗漏。坝基出现的渗透稳定问题，主要是由于清基不彻底、松散岩土孔隙、断层软弱破碎带、软弱破碎夹层和岩溶洞穴存在所引起的。库水通过这些薄弱带侵蚀坝基，促使坝基发生渗透破坏，给大坝埋下巨大的安全隐患。②坝体渗漏。坝体土方质量差、碾压不符合规范要求，坝体在重力及其它原因的作用下，会产生纵向裂缝，给水流渗漏开辟了道路，同时坝体结构面常出现维护措施不到位发生集中渗漏现象。③绕坝渗漏。水流不直接经过坝体，而是在坝肩与基岩相结合的层面处发生渗漏。同样，在坝体两肩的风化层和基岩施工破碎带都能发生绕坝渗漏的现象，造成坝体质量安全性进一步降低，严重危害下游的安全。

3.3大坝稳定性较差由于缺乏相关的大坝安全监测仪器和措施，大坝质量安全评估和管理只能凭运行人员肉眼和经验进行观察和分析，造成在日常维护时很难发现水库大坝内存在的坝体断面质量问题，隐患长期积累，就会造成坝坡或坝体的抗滑稳定性下降、坝体出现裂缝等问题。加上大坝长期受到水流接触性冲刷破坏、沼泽化、白蚁危害等破坏，导致大坝出现严重的安全问题，大坝运行稳定性大大下降。

3.4金属机电设备性能较差水库中的金属结构和机电设备由于长期的运行，设备已经超出了正常使用年限，出现绝缘老化、腐蚀等现象。大量的机电设备由于设备已经停产，不能进行日常的检修维护。资金的不足导致设备更换长期处于置空状态，使得水库闸门泄放水不能正常开启，给水库安全运行埋下巨大的安全隐患。因此加快病险水库除险加固，确保水库安全，充分发挥防洪和兴利效益，对促进经济与社会的发展，具有十分重要的意义。4、病险水库加固的措施由于科学技术的快速发展，在试验技术、设计理论、施工设备与工艺等方面,已取得了令人瞩目的成就,进而推动了技术日趋成熟和发展。小型水库除险加回紧随时代的步伐,不断地从新技术、新工艺中获取发展的动力,不断地发展,在除险加固工程建设中的作用将越来越大,影响将越来越深远。为了达到除险加固的理想效果，首先必须对各种病险有一个较为清楚的认识，以便根据不同的实际情况采取不同的技术措施。根据病害的特点可归纳为两类:一类是结构性病害，主要是由结构强度稳定刚度构造等因素而产生的病险，具体表现于滑坡裂缝排水溢洪设施问题等;二类是渗漏性病害，其主要是由坝体及其接合体抗渗性能不足而造成的病险。因此，对每一具体工程病害，都应进行仔细分析，应从工程病害情况、加固要求、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，克服盲目性。确定土石坝加固方法时，应根据工程病害的具体情况对几种加固方法进行技术、经济、施工比较。合理的土石坝加固方法应是技术上可靠、经济上合理、又能满足施工要求。通过比较分析，可采用某一种加固方法，也可采用两种或两种以上的方法组成的综合加固方法。4.1提高水库防洪标准的工程措施提高水库防洪标准的工程措施：一是加高大坝、增加水库调蓄洪水能力，对削减洪峰的作用较大，对下游淹没影响也较小；二是扩建或增建溢洪道，加大泄洪量，对削减洪峰的作用不是太大，但对下游淹没影响却较大。据分析，单独采用加高大坝措施的水库，最大泄流量一般为最大入库洪峰流量的40％以下；单独采用扩建或增建溢洪道措施的水库，最大泄流量一般为最大入库洪峰流量的70％以上。因此，对下游防洪有重要要求的水库应尽可能采取以增加坝高为主，必要时再结合扩建泄洪设施的办法进行。对已建成的水库，经过一段时间运行，要进行工程安全鉴定。如发现防洪标准偏低或较大的工程质量问题，要及时进行扩建加固。一般加固顺序，应先处理工程质量，然后提高防洪标准，也可结合提高防洪标准，一并进行处理。4.1.1.大坝加高适当加高大坝，可以较大地增加调蓄能力，提高防洪标准。一般采取以下措施。①“戴帽”加高,从坝顶上直接加高，而不是从背坡脚开始培厚加高。加高部分，迎水面可以利用防浪墙直立加高，背水面上部坡度加陡一些，与下游坡面相接，一般也应经过计算，在安全的条件下进行。限于坝坡稳定的要求，加高的高度有一定限制，不能加高过大，影响坝坡稳定。一般加高1～2ｍ，最大不宜超过3ｍ。如加高过多，则必须加宽坝身。一般从背水坡脚加宽加厚，保证坝坡稳定。如曼洪水库经复核防洪标准偏低，采取相应的工程措施，将主副坝戴帽加高50ｃｍ，即满足可能最大洪水标准的要求，核算后坝坡也是稳定的。②从大坝背水坡培厚加高,这一措施，比“戴帽”加高工程量要大，造价也高。但为了满足大坝坝坡稳定的要求，也只有采取这一措施。加高大坝可以超过3ｍ，根据需要来定。如山西省漳泽水库（大型），防洪标准仅有百年一遇洪水。为提高水库防洪标准，从背水坡坝脚培厚加高大坝5ｍ，同时延长坝内输水涵洞工程，以满足规范要求的防洪标准。4.1.2.溢洪道拓宽、加深或增建①溢洪道拓宽，并增设闸门,在地形、地质条件许可而且增加开挖量不大的情况下，将原溢洪道拓宽，而不降低堰顶高程，这是增加下泄流量、提高防洪标准的一项措施，投资也比较少，但不应增加泄流量过多，以免加重下游河道的负担。②溢洪道加深，并安设闸门,曼洪水库，原有溢洪道设有6ｍ高的溢流堰一道，堰顶自由溢流，未设闸门，为提高防洪标准，将原有实用堰降低3.5ｍ，并增建闸门4孔，加大了下泄流量，满足了防洪标准的要求。③溢洪道拓宽、堰顶降低并增设闸门；采取这一措施提高防洪标准，如曼戈龙，经过洪水复核，设计洪水位超过坝顶1.25ｍ。为了提高防洪标准，将溢洪道拓宽1.5ｍ，堰顶降低2.5ｍ，并安设闸门，不仅可以提高防洪标准，还可以把正常高水位提高2.5ｍ，相应增加库容10万立方米.④增设溢洪道；在地形条件许可的情况下，开挖工程量不大，也可考虑增设溢洪道。投资可能大一些，但施工不受已建工程制约。4.1.3大坝加高与溢洪道改建或增建相结合为提高水库防洪标准，增加水库调蓄库容，加大下泄流量，可采用适当加高大坝与改建溢洪道的综合措施。①大坝适当加高结合溢洪道拓宽；②大坝适当加高与溢洪道堰顶降低并更换闸门；③大坝加高与溢洪道增设闸门；④大坝适当加高并增设新溢洪道。4.2提高水库工程质量的措施关于工程质量问题，土石坝主要是渗漏、滑坡和裂缝，其中滑坡和裂缝的产生，有的也与渗漏有关，所以处理土石坝质量，关键是防渗，这里主要是针对防渗提出一些常用的工程措施。一般处理防渗的原则是“上堵下排”。上堵的措施有水平防渗与垂直防渗。水平防渗有黏土铺盖结合下排开挖导渗沟、减压井和水平盖重压渗等；垂直防渗有混凝土防渗墙、高压喷射灌浆防渗、劈裂灌浆防渗，冲抓套井回填黏土防渗及土工合成材料防渗等。在病险水库防渗加固中，有的是坝基需要防渗加固，有的是坝基和坝体都需要防渗加固。在采取工程措施时，多采取垂直防渗措施。这是因为采取这一措施，一般不需要放空水库。反之，如果采取水平防渗措施，则必须放空水库，才能彻底进行。而水库长期蓄水后，总会有些淤积，给水平防渗处理带来一定的困难；在保持坝基渗透稳定和截渗方面，水平防渗也不如垂直防渗彻底。同时，在水资源紧缺地区，放空水库一般要慎重。4.2.1垂直防渗措施以混凝土防渗墙为例。混凝土防渗墙的主要优点可以适应各种不同材料的坝体和复杂的地基水文和工程地质条件。如处理坝体、坝基整体防渗，可从坝顶建造防渗墙，直达基岩，墙的两端与岸坡防渗设施或岸边基岩相连接，墙的底部可嵌入新鲜岩层或弱风化基岩内一定深度。如仅处理坝基防渗，其防渗墙上部应与坝体的防渗体相连接，并深入一定的深度。在处理中只要严格控制质量，是可以达到彻底截断渗透水流的目的。这是病险水库防渗加固常用的一项措施。在应用范围方面，开始用在新建水工建筑物基础上，后来推广到病险水库坝体和坝基的处理，城市建筑物地下基础和海港码头等工程，使用范围不断扩大。在混凝土防渗墙施工中，必须确保施工质量，尤其应注意两槽孔混凝土墙间连接问题，是保证防渗的关键，在连接部位，从孔口到孔底的任一高度连接的墙厚必须达到设计厚度，而且混凝土墙间必须连接紧密，不能有夹泥层，以防渗透破坏。4.2.2水平防渗措施水平防渗分水平铺盖与排水减压设施。①水平铺盖加固；加固水平防渗铺盖，必须检查地区和坝址工程和水文地质状况，这是做好防渗加固的先决条件。通过勘察，了解坝基砂砾石平面和空间的分布情况、层次性质和分布规律以及地下水动态特性和渗透途径等，以便针对不同的具体条件，可能发生的问题、性质和程度，以及已成的铺盖情况，确定加固铺盖的具体尺寸、范围，铺盖层下是否需要增设反滤层，是否有软弱基础需要处理。同时，还要调查加固铺盖土料的料源、数量、级配、最大干容重、最优含水量、渗透系数和允许坡降等。在加固水平铺盖时，根据补做的详细勘探试验资料，做出覆盖冲积层的地质剖面图，进一步查明各层颗粒级配、渗透系数和允许渗透坡降等。一般来说，应满足的条件是：①铺盖下卧冲积层内渗透坡降，不能超过冲积层土沙的允许渗透坡降，达到地基渗透稳定；②通过铺盖的渗透坡降不能超过铺盖土的允许坡降，达到铺盖填土渗透稳定；③下游渗流出逸处的剩余水头，不至于产生渗透破坏，达到渗流出口渗透稳定；④渗流量小于允许损失量，达到渗流损失量最小。这四条中，以第一条最为重要。为了满足上述四条的要求，正确的加固设计，主要是确定补强的长度、厚度、密实性及渗透性。铺盖长度应保持一定的水平渗径，防止接触冲刷及内部管涌，并结合下游排水减压设施，使出逸坡降小于允许值。铺盖有效长度是指增加铺盖长度，虽然可以减少自铺盖前端进入坝基的渗流量，但通过铺盖本身渗入坝基的渗流量却相应地增大，在达到有效长度后，再增加长度就不再减少渗流量。铺盖有效长度是随铺盖不透水性增加而减小，随铺盖厚度、坝基深度、坝基渗透性及水头的增加而增长。对地质层次复杂的，最好根据电拟试验来确定。铺盖厚度与密度应满足铺盖本身的渗透稳定的要求，而不到于被水头渗透力穿破。一般采用碾压施工时，铺盖前端厚度为0.5～1.0ｍ，末端与坝体接合处厚度为1／6～1／10水头，均质坝体可稍薄些。如土料透水性较大，密实度较低，还应加厚。铺盖透水愈小，厚度愈大，防渗作用愈好。一般应是地基的几百分之一，甚至上千分之一。铺盖加固应严格控制质量，特别是接触部位，更要保证质量。铺盖与地基接触处，如地基透水性大、级配差的砂砾石层，则应加铺反滤层，以免水库蓄水后，加固的铺盖，重复发生裂缝、塌坑等。在加固铺盖时，应采用碾压法施工。在特殊情况下，如不能放空水库时，也可利用水中倒土、深水抛土、冰上凿孔抛土及人工放淤等方法，但只能作为加固的辅助手段。②排水减压设施加固；排水减压设施一般采用导渗沟、减压井及水平盖重压渗等设施。对导渗沟的加固，应根据设计要求，严格掌握层间关系，防止导水沟淤堵。一旦发生淤堵情况或局部破坏，应及时清除和翻修。导渗沟的断面应满足正常排除渗水的要求，不足者，予以扩大。导渗沟还应有一定的纵坡和排水出路，如发现有积水，应及时加以整修，使渗透水能够及时地排除。对减压井的加固，主要是解决井内淤塞，起不到减压作用的问题，应及时冲水清理，但不要破坏井壁反滤层，以免失去反滤作用。还要防止人为地向井内投小块石，如已发现，及时设法清除，并加强井口保护，以防再次发生。对水平压渗盖重设施的加固，如发现反滤层失效或压渗厚度不够，就及时翻修，满足设计厚度。4.3提高病险水库除险工程管理的措施4.3.1采取多层次、多渠道融资的办法，为病险水库加固提供资金保证病险水库加固工程投资大、周期长、社会效益显著，应以公共投入为主。按照“分级管理，分级负责”的原则，各级政府都应建立相应的专项治理资金。但是，要加快病险水库的治理步伐，仅靠政府的投入是不够的，必须建立和完善多元化、多层次、多渠道的投资体系。为此，建议根据病险水库加固的现状和各地的实际情况，采取不同的融资政策：将小型险库加固列入基建项目，由国家投资；对小（一）型险库应以国家投入为主，地方或受益区配套为辅；对于小（二）型水库的除险加固，则应以地方投资为主，国家可给予一定数量的补贴或采用以奖代补的政策。同时，结合病险水库治理，积极稳妥地搞好小型水库的产权制度改革。4.3.2强化病险水库加固的前期工作，为搞好病险库加固夯实基础搞好前期工作是保证病险水库加固进度及质量的前提和基础。为此，要做好以下各方面的工作。（1）做好水库大坝安全鉴定工作1995年水利部颁发了《水库大坝安全鉴定办法》。在病险水库加固前期工作开始时，大坝安全鉴定主管部门应组织设计、施工、运行管理等方面的技术专家，严格按此办法全面准确地查找出水库存在的各种隐患，实事求是地确定水库的安全类别，科学而又有针对性地提出加固措施或建议。只有这样，才能做到有的放矢。（2）委托具备相应资质的设计机构对病险水库存在的严重隐患进行探查。病险水库的某些隐患，隐蔽性强，由于没有“对症下药”，致使其历经数次处理，仍未能彻底根治。这就需要委托具备相应资质的设计机构对这些隐患进行专题调研，找准隐患部位，分析产生原因，提出处理措施。（3）除险加固应与增容和恢复库容同时考虑。许多病险水库因存在安全隐患，汛期只能降低水位运行，调蓄能力大减；有些险库淤积严重，直接影响其效益的进一步发挥；有些险库，只要采取一些投资不大的工程措施，就可新增部分库容。在水库的病险得到有效排除的前提下，增容和恢复库容是提高水库自身经济效益和社会效益，解决地区水资源紧张状况的一条费省效宏的途径。（4）除险加固应与综合利用及管理设施的改善相结合。病险水库由于修建时客观条件的制约以及建成后投入的更改、维修资金不足，普遍存在着防汛调度系统、雨水情测报系统、防汛道路及防汛物资仓库等管理设施难以满足要求的问题。病险水库加固规划时，应考虑增设防汛指挥调度网络系统及通信预警系统、水文水情测报自动化系统、大坝监测自动化系统等先进的管理设施。（5）努力提高病险水库加固的科技含量。在病险水库加固时，应通过各种途径收集这方面的信息，广泛依托科研、设计、施工、大专院校等方面的技术力量，加以推广应用。坚持加固与提高、加固与技术进步相结合，力求在病险水库治理的技术经济方面有所突破。（6）除险加固前要进行效益分析。水库除险加固目的有两个：即增加水库的安全性和进一步挖掘水库自身潜力。因此，其效益主要有社会效益（防洪保安）和经济效益。防洪效益主要体现在加固后防洪标准的提高，目前常用频率分析法，即通过水库修建（加固）前后发生同频率洪水而引起下游淹没损失的比较，来计算水库的防洪效益。4.3.3、项目实施控制（1）强化项目管理。项目管理的核心是合同管理。在项目管理上要形成以项目法人为主体，项目法人向国家和各投资方负责，咨询、设计、监理、施工、物资供应等单位通过招标投标和履行经济合同为项目法人提供建设服务的建设管理新模式。（2）实行招标投标制。病险水库除险加固的设计、施工、监理以及设备材料采购等，一般情况下应由建设项目法人依法招标，择优选定。在招投标活动中，要充分发挥专家库评标的作用，坚决打破地方保护和部门保护的壁垒，杜绝行政干预，严惩腐败。（3）落实建设监理制。项目法人通过招标方式确定监理单位后，监理单位即可进行工程现场管理，依据合同从事进度、质量、投资控制，合同管理和信息管理，协调建设各方关系。当前应杜绝监理单位超越资格等级承揽监理业务及自己施工、自己监理的现象。5小结目前小型水库产权虚置、管理不善、责任不落实的现象较普遍。为防止出现一边除险、一边出险，旧帐未还、又添新帐的被动局面。病险水库加固后，应从以下几方面入手建立良性循环的管理体制。首先要尽快建立起适应市场经济运行的责权明确、管理科学的水库管理新机制。在病险水库加固工程建设之初应确定实行建设与管理统筹结合的新型建设管理体制。投资多元化、产权明晰