水利工程的除險加固設計
[摘要] 結合工程實例，在分析某水利工程存在安全隱患的基礎上，從主壩加固、發電隧洞加固、溢洪道加固33個方面對工程的除險加固工作進行了研究與討論。結果表明，除險加固設計在施工結束后有效消除了工程安全隱患，保障了水庫的正常運行，對類似工程的開展具有參考和借鑒的價值。
[關鍵詞] 水利工程;除險加固;設計
1、工程概況
某水庫庫容為1.25×10 ITI。，主要功能是防洪和灌溉，同時也能利用水能發電，屬于大型綜合型水庫。庫區建筑物主要包括主壩、副壩、溢洪道、發電站等，從工程建成投入使用至今，水庫在防洪、灌溉、發電、養殖方面都發揮出了應有的社會與經濟效益。由于在工程建設之初的財力和技術限制，壩體建筑存在著很多遺留問題，而使用時間的延長也對這些問題起到了放大作用，已經對水庫的安全運行構成了嚴重威脅。
2、工程除險加固設計的具體內容
本次除險加固設計工作主要分為3個部分進行：
2.1 主壩加固
由于巖層風化后的造孔難度較高，對右壩風化巖層采用厚度為5～20 m的帷幕灌漿處理;左壩的巖層風化程度較小，所以帷幕灌漿主要針對墻底風化巖石層。
2.1.1 防滲墻結構計算在這一過程中，主要運用以下假定：
1)壩體土與防滲墻之間采用文克爾假定，防滲墻在荷載作用下主要用于壩體土的支撐，二者間的變位應得到相應的處理，該點變位與各點墻反力間為正比關系，反力系數壩體土的變化取決于地層和深度直線。
2)外荷載都在作用墻上，由于工程建設時間較長，所以外荷載對主壩的變形基本已經完成，墻體兩側變形摩擦力相對較小，需要對防滲墻水平荷載情況加以注意。
3)計算簡圖采用單寬等厚度墻，頂端、底部分別視為自由端和接，計算工作使用有限差分法。
2.1.2 防滲墻設計在防滲墻施工過程中，固壁采用膨潤土漿液進行，造孔采用兩鉆法進行，混凝土澆注采用泵送方式。首先需要在槽段兩端進行主孔的沖鉆，0.5～1 m后即可達到基巖。在這一過程中，需要注意保持槽內漿液面導向槽頂面下0.3～0.5 m。若發生泄露問題，應立即通過補漿、堵漏的方式加以處理。
2.1.3 帷幕灌漿設計對于右壩段的風化巖石采用帷幕灌漿的處理辦法，防滲墻中的鋼管則通過對底部風化巖層進行灌漿的方式加以處理。預埋鋼管的管徑為10 cm，間距、孔距均為2 m，預埋工作在清、造孔結束后，混凝土澆筑前進行，固定采取定位安裝架的方式進行。固定后，需要進行槽孔的混凝土澆筑，待強度達到設計值的80%時改為鉆孔灌漿。
2.2 發電隧洞加固
洞壁混凝土在周圍環境的長期作用下已經出現了疏松、侵蝕等缺陷，需要進行徹底的清理。由于鋼筋在外露后更容易發生銹蝕，所以應加以清除。在進行新鋼筋的焊接補漏時，也要注意對舊鋼筋進行防銹處理，以免對新鋼筋產生不良影響。在混凝土和鋼筋的清理工作結束后，應使用環氧砂漿進行找平和加固。
2.2.1 環氧砂漿建筑設計設計人員在工作中務必要保證外露筋以及混凝土與環氧砂漿間的加固粘結力，基地混凝土露筋表面的乳皮要進行清除，保證露筋無銹、無雜物。在施工過程中，需要修補的部分應預先使用鑿毛機進行處理，并將露筋上的污物和銹斑刷洗干凈。基面的擦拭應使用蘸有丙酮的棉紗進行，待丙酮揮發混凝土變白后，將預制的基液涂刷于基面，厚度約為0.5 mm。根據施工環境溫度的不同，基液涂刷結束后應靜停10—30 min，再進行環氧砂漿的涂刷。
2.2.2 環氧玻璃絲布建筑設計
1)要對隧洞出口處已經銹蝕的鋼板表面進行清理并鑿毛，根據工藝要求，涂抹厚度為10 mm的環氧砂漿進行找平。
2)使用環氧粘結劑將玻璃絲布粘貼在環氧砂漿上面，本次工程的玻璃絲布采用厚度為0.25 mm的無堿平紋布，并預先通過皂液法脫蠟處理。玻璃絲布共粘貼4層，粘貼面應保證干凈、平整、無油污，粘貼結束后，使用丙酮對其進行擦拭。
3)在進行各層玻璃絲布的粘貼之前，應預先進行環氧基液的刷涂，各層之間不得存在氣泡。
2.3 溢洪道加固
該工程的溢洪道處于六、七副壩之間，由消力池、泄槽、寬頂堰、進水渠構成，屬于正槽溢洪道。受消力池與溢洪道陡坡段設置不合理的影響，水流流態長期處于混亂狀態，結構在地基滲漏揚壓力的作用下存在著嚴重的安全隱患。
2.3.1 進水段工程進水渠的長、寬分別為28和47.6 m，兩側設有直立式導墻，分為前、后兩段。其中前段長18 m，采用下潛式導流設置;后段長10 m，頂部高程71.6 m，與控制段導墻連接。進水段兩側的導墻均采用C20埋石混凝土，頂部寬度和墻背坡比分別設為0.8 m和1：0.5，底板高程和厚度分別設為65.1和0.5 m，采用現澆C20鋼筋混凝土，并進行縱橫縫的設置。
2.3.2 控制段工程溢洪道控制段的長寬分別為35和47.6 m，采用高度為1 m的寬頂堰形式，堰頂高程66.1 m。進口為斜坡式。將控制段兩側邊墻設為重力式擋墻，采用C20埋石混凝土，頂部寬度和高程分別設為0.8和71.6 m，背坡比設置為1：0.5。底板采用厚度為1 m的現澆C20混凝土鋼筋砼，迎水面層設置鋼筋網。另外，在底部還設有橫排設施與縱橫縫。
2.3.3 泄水段工程泄槽段的斷面為矩形，長、寬分別為100和47.6 m，泄槽邊墻為重力式擋墻，采用C20埋石混凝土，頂部寬度與背坡比分別為0.8 m，1：0.5。泄槽中段的邊墻上、下端分別于控制段和消力池邊墻相連，高度為3.5 m，底板設置了厚度為1 m的現澆C20鋼筋混凝土，并進行了橫排設施與縱橫縫的設置。
2.3.4 消力池消力池采用了底流消能的消能防沖設施，結合工程目前的實際情況，將消力池的長、寬分別設為41和3.8 m。底板高程、厚度分別設為46.5和1.2 m，采用現澆C20鋼筋混凝土，并在迎水面設置了鋼筋網。兩側擋墻為衡重式擋土墻，采用C20埋石混凝土，墻頂高程、頂部寬度、臺寬、底寬分別為55.7、1.8、1.8和4.3 m，擋墻底部為樁基礎。另外，在消力池底板部分還進行了排水設施與縱橫分縫的設置。
2.3.5 出水渠結合工程的實際情況，將出水渠的斷面設為梯形。出水渠的長度、底寬、邊墻高度、邊坡坡比分別為220、30、5.4 m和1：2。出水渠的底部與消力池尾坎相連，頂部高程為50.3 m，底板采用厚度為1 m的現澆C20鋼筋混凝土，在迎水面設有鋼筋網。另外，出水渠底板每隔15 m就設有1條縫，橫向則設有3條縫，并進行了縱橫排水設施的設置。
3、結 語
該工程于20世紀60年代修建完成，受當時的技術條件和經濟條件的雙重影響，主壩采用了粘土心墻的建設方式，時隔半個世紀，粘土心墻如今已經無法滿足工程的使用要求，并帶來了很多安全隱患。在除險加固施工結束后，主壩對于灌溉功能的保障作用得到了進一步的提升，溢洪道、發電隧洞等建筑物的安全隱患得到了徹底消除，對確保水庫正常運行，更好的實現社會和經濟效益發揮了積極的推動作用。
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