第19卷 第6期 中 国 水 运 Vol.19 No.6 2019年 6月 China Water Transport June 2019 以某水库大坝为例探讨中小型水库除险加固工程措施 黄 松，常倩倩 （山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013） 摘 要：针对水库大坝的除险加固工程非常必要，它一方面保证了工程本体的安全运行稳定性，一方面也实现了对周围水生态环境的有效保护。在本文中就简单描述了某小型水库的除险加固工程施工流程与技术应用措施，希望从前期勘察设计、重要数据计算、病害问题提出、除险加固工程施工措施等多个方面展开探讨论述，为该小型水库大坝除险加固给出有效设计施工管理方案。 关键词：除险加固；中小型水库大坝；前期勘察设计；水文计算；施工措施 中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）06-0175-02 水库大坝除险加固工程的时间节点性强，工作量大，需要收集参考大量相关资料展开设计计算、施工管理与安全评价工作。一套完整的水库大坝除险加固工程应该包含了前期勘察设计、除险加固施工两个方面内容。 一、某小型水库大坝除险加固施工工程项目概况 某小型水库大坝建设于1984年，距离县城约50km，是一座小型引水注入式平原水库大坝，坝长长度为1,200m，最大坝高为14.4m，总库容达到750.30万m³。另外该水库还存在350万m³的死库容，兴利库容200万m³，调洪库容235.2万m³，可控制灌溉面积超过3万亩。该小型水库大坝属于均质土坝，水库水源汇集于水库上洪沟洼地位置，且整个水库大坝地理地势位置是从南到北逐渐降低的，水库高海拔高程范围大约在1,230~1,350m范围内。 二、某小型水库大坝除险加固施工工程的前期勘察设计 1．某小型水库大坝除险加固施工工程前期勘察设计概述 某小型水库大坝的除险加固施工工程前期勘察设计主要围绕地形测量、地质勘测、水文水力计算、水库运行期间的大坝观测资料搜集等相关工作展开。作为该水库大坝除险加固施工工程的前期基础性工作，它也为工程设计提供了重要参考依据。本文主要围绕该小型水库大坝的水文水力计算前期勘察设计工作内容展开分析。 2．某小型水库大坝的前期水文水力勘察与计算设计要点分析 某小型水库大坝的前期水文水力勘察与计算设计主要要设计在暴雨条件下的洪水过程线，结合实际测量计算水库水位位置及动态库容曲线，最终呈现出在不同频率下不同的水库水位标准。该标准计算过程主要结合坝顶高程展开，基本实现了对大坝水库水位的合理计算过程。相比于传统的水文设计工作流程，新的水文水力计算选择了全新的数学模型，希望以此弥补某些实测资料匮乏的现实问题，尽可能做到准确确定实际参数，特别是在针对某些流域面面积较大情况时或降雨情况时，需要准确设计并控制断面洪水流量，结合洪水发生客观规律进行有针对性的水文水力计算。在该水库大坝的水文水力计收稿日期：2019-02-25 作者简介：黄 松（1981-），男，山东省水利勘测设计院工程师。 算中还专门构建了水文耦合计算模型与水动力构件，为后期的水库库容防洪除险加固施工工作奠定有利基础。 （1）对水库大坝暴雨条件的设计分析 针对该小型水库大坝流域内的坝址进行暴雨条件设计模拟，这是水库水文水力前期勘察与设计工作中的重要部分。设计技术人员专门统计了该水库大坝从1950~2018年的所有暴雨条件样本，统计样本主题为“每年的最大一日暴雨”。结合这68年间资料对暴雨条件进行分区分析，其中采用到了泰森多边形计算法计算水库大坝各个分区降水量面积权重指标。具体设计方法如下： 首先利用直线衔接该水库大坝相邻的各个雨量站，最终构建形成一套拥有“n-2”个数量的锐角三角形，然后为每个锐角三角形制作垂直平分线，划分依据为流域内的n个流域边界设计多边形，结合多边形面积加权算法即可推算出流域内的平均降雨量，以此来准确模拟地方暴雨条件。该泰森多边形计算方法非常适合于某小型水库大坝所处的起伏地形位置，再加之大坝周围雨量站分布相对较多，所以可根据同时段雨量为水库大坝绘制动态雨量线，计算得出平均降雨量。 （2）对水库大坝洪水调节的设计分析 在针对该水库大坝的水文水力调洪计算中则采用到了水文耦合计算模型，且在调洪计算中着重分析3点基本要素：洪水过程线、泄流曲线以及大坝库容曲线，结合这3点分别进行调洪设计、水库水位流量关系与水位库容关系确定。在水文耦合计算模型中还要融入水量平衡公式理论对该水库大坝的洪水调节进行准确计算，其计算设计模型如下[1]： 根据多点暴雨量计算水库大坝平均暴雨量 查阅等值线图绘制洪水过程线设计暴雨雨型分配水流计算地面径流与地下径流（3）对断面洪水的计算 针对该小型水库大坝的断面洪水计算则采用到暴雨洪水综合计算法和流量计算法展开设计。结合当地流域的具体工程设计历史实例与历史洪水情况制定相应的水文水力设计参数。 176 中 国 水 运 第19卷 再举例子，在对该水库大坝水文测站分布情况的分析与断面洪水计算过程中就摒弃了传统的水文水力学计算方法，而主要结合洪水断面的实际测量情况设定了一套应用到水动力构件的水文耦合计算模型。该模型专门围绕实测资料进行模型优化设计，保证在水库大坝区间流域的所有水文暴雨洪水现象都能被设计为水文暴雨洪水模型，然后对水动力模型进行耦合优化，最后检测数据。结合数据对不同的洪水断面情况进行分析，然后设计不同频率下水库大坝的防洪水文耦合计算模型。再者，结合水文耦合计算模型与水动力构件也能实现针对不同频率洪水的验证对比，对比过程中应该将验证模拟值与验证计算值之间差距控制在可接受的范围内，确保水库大坝汇流模拟情况始终保持良好。结合上述模型扩展水文水力计算研究应用区域，可有效解决前期勘察设计中的某些参数问题和指标精度问题，为后续的项目施工开展创造有利条件。 （4）对水库防洪库容的分析 结合上述水文耦合计算模型对该小型水库大坝不同区域的实测水位进行验证计算，可获得实测水位与验证计算水位之间的水位测定结果对比指标，如表1。 表1 某小型水库大坝水位测定对比结果 水库大坝实测水位区域 实测水位（m） 验证计算水位（m） 1 12.12 12.15 2 9.68 9.60 3 9. 9.62 4 9.12 9.16 5 7.08 7.05 结合表1指标对该水库大坝库容中的闸孔淹没出流流量系数进行计算，主要采用量纲分析法给出流量公式如下： QSB2gH3/2 在流量公式中S表示闸孔淹没出流的流量系数，而B表示闸孔宽度，H表示水库大坝闸前水头，它距离上游应该从坝顶起开始计算水深，其中不包括对行进流速水头的计算。根据对比检测结果与流量系数计算结果可以了解到，该小型水库大坝的实测水位与验证计算水位存在0.1m以内的差异，这说明其整体的水库防洪库容的水位精度是符合实际技术要求的。该水库可再结合上述模型对水库大坝的其它特征系数进行计算，结合实际成果满足对水库的动态监控。 总体来说，某小型水库大坝在基于上述一系列的前期勘察设计与计算过程中初步明确了自身所存在的断面防洪能力，同时也揭示了水库大坝中可能存在的除险加固问题[2]。 三、某小型水库大坝的病害问题指出 某小型水库大坝在经过前期勘察设计与计算后发现了具体的病害问题，施工设计团队也结合勘察结果提出《水库大坝安全鉴定报告书》，从结论中总结得出该水库大坝的4点问题：（1）水库大坝的填筑材料采用的是低含砂率、低液限的粉土土质，由该材料所构建的水库大坝属于中强透水体，因此坝体出现了严重的渗水现象。（2）水库大坝的正常蓄水位位置没有设置防浪护坡，所以其坝坡位置经常会受到风浪淘刷，长此以往对坝体消耗较大。（3）水库大坝缺少合格的泄洪设施。 （4）大坝坝顶、上游坝坡、下游坝坡等等位置都存在明显的塌陷，这对坝体安全严重不利。 四、某小型水库大坝的除险加固工程施工措施 某小心水库大坝的渗水情况严重，这为除险加固工程施工带来一定难度，因此本文主要结合以下3点展开分析，为该水库大坝除险加固工程施工明确方向。 1．合理选择水库大坝填筑材料实施施工改造 该水库大坝摒弃了传统中所采用的粉土填充材料，而是在除险加固工程中采用到了厚度为15cm，等级为C20的浇砼板，在板下直接设置砂砾石防冻垫层，且垫层厚度要在40cm以上。为了保证渗水压力所导致的坝体护坡顶托力减小，规避砼面板被破坏，施工人员还专门在每块砼板位置下设置10cm的梅花式排水孔，数量从上到下逐渐递减（从5个到2个）。整体背水面坡度设计为1：2，然后在坡脚位置设置了上下宽度分别为0.4m和0.6m，高度为0.9m，等级为C20的梯形现浇砼阻滑墙。 2．坝基与坝体防渗施工改造 在该小型水库大坝的除险加固工程中主要采用了第四系冲洪积土层，其坝基加固施工中主要采用了含粘性碎石，保证碎石与冲洪积土层相互交互沉积，始终保持岩性均匀和较强的渗透性。另外还要对坝基及坝肩岩体实施帷幕灌浆与固结灌浆，还以碎石土及黏性碎石为主体，同时还建立了混凝土防渗墙。 在坝体防渗方面，主要围绕大坝的安全性与耐久性展开分析。在除险加固工程中主要在该水库大坝的坝体上游采用新建混凝土防渗面板，并在防渗面板上涂抹一层专门防渗碳化涂料。该工程中的防渗面板提供了3种厚度规格，分别为0.30m、0.50m和1.0m，材料方面主要采用聚丙烯纤维混凝土，而防渗面板中还设置有专门的温度筋，温度筋配合原坝体中还设置植入了专门的钢筋结构，如此可有效提高坝体防渗能力。 3．坝顶加固施工改造 该工程中首先勘察判定了水库大坝坝顶高程，然后对风量爬高值、风速与分区长度进行计算取值。在计算风速过程中采用了当地多年的平均最大风速参数指标，设计风速高于平均风速的1.3倍左右，且保证风区长度取值、风向取值与水库大坝坐向相互关联，然后进行坝顶加固施工改造。在改造后还要对大坝坝顶高度进行复核检查，保证坝顶的风速与风区长度取值切合该水库大坝的改造要求[3]。 五、总结 本文论述了某小型水库大坝的除险加固全过程，分别从最重要的前期勘察与设计计算展开科学分析，然后对该水库大坝的多点除险加固工程措施加以分析，希望以此优化整个工程改造流程，提高该水库大坝的安全运行系数，延长其服役生命周期。 参考文献 [1] 艾尔肯·阿布都拉.以卡尔巴斯曼水库大坝为例，谈中小型水库除险加固工程措施[J].珠江水运，2016，（16）：34-35. [2] 邢维仲，王堂振.中小型病险水库除险加固现状分析及对策[J].科技展望，2017，27（16）：101. [3] 欧鸥.中小型水库除险加固工程水环境保护设计的几个要点[J].湖南水利水电，2018，（1）：31-34.
