水利工程的除险加固设计
[摘要] 结合工程实例，在分析某水利工程存在安全隐患的基础上，从主坝加固、发电隧洞加固、溢洪道加固33个方面对工程的除险加固工作进行了研究与讨论。结果表明，除险加固设计在施工结束后有效消除了工程安全隐患，保障了水库的正常运行，对类似工程的开展具有参考和借鉴的价值。
[关键词] 水利工程;除险加固;设计
1、工程概况
某水库库容为1.25×10 ITI。，主要功能是防洪和灌溉，同时也能利用水能发电，属于大型综合型水库。库区建筑物主要包括主坝、副坝、溢洪道、发电站等，从工程建成投入使用至今，水库在防洪、灌溉、发电、养殖方面都发挥出了应有的社会与经济效益。由于在工程建设之初的财力和技术限制，坝体建筑存在着很多遗留问题，而使用时间的延长也对这些问题起到了放大作用，已经对水库的安全运行构成了严重威胁。
2、工程除险加固设计的具体内容
本次除险加固设计工作主要分为3个部分进行：
2.1 主坝加固
由于岩层风化后的造孔难度较高，对右坝风化岩层采用厚度为5～20 m的帷幕灌浆处理;左坝的岩层风化程度较小，所以帷幕灌浆主要针对墙底风化岩石层。
2.1.1 防渗墙结构计算在这一过程中，主要运用以下假定：
1)坝体土与防渗墙之间采用文克尔假定，防渗墙在荷载作用下主要用于坝体土的支撑，二者间的变位应得到相应的处理，该点变位与各点墙反力间为正比关系，反力系数坝体土的变化取决于地层和深度直线。
2)外荷载都在作用墙上，由于工程建设时间较长，所以外荷载对主坝的变形基本已经完成，墙体两侧变形摩擦力相对较小，需要对防渗墙水平荷载情况加以注意。
3)计算简图采用单宽等厚度墙，顶端、底部分别视为自由端和铰接，计算工作使用有限差分法。
2.1.2 防渗墙设计在防渗墙施工过程中，固壁采用膨润土浆液进行，造孔采用两钻法进行，混凝土浇注采用泵送方式。首先需要在槽段两端进行主孔的冲钻，0.5～1 m后即可达到基岩。在这一过程中，需要注意保持槽内浆液面导向槽顶面下0.3～0.5 m。若发生泄露问题，应立即通过补浆、堵漏的方式加以处理。
2.1.3 帷幕灌浆设计对于右坝段的风化岩石采用帷幕灌浆的处理办法，防渗墙中的.钢管则通过对底部风化岩层进行灌浆的方式加以处理。预埋钢管的管径为10 cm，间距、孔距均为2 m，预埋工作在清、造孔结束后，混凝土浇筑前进行，固定采取定位安装架的方式进行。固定后，需要进行槽孔的混凝土浇筑，待强度达到设计值的80%时改为钻孔灌浆。
2.2 发电隧洞加固
洞壁混凝土在周围环境的长期作用下已经出现了疏松、侵蚀等缺陷，需要进行彻底的清理。由于钢筋在外露后更容易发生锈蚀，所以应加以清除。在进行新钢筋的焊接补漏时，也要注意对旧钢筋进行防锈处理，以免对新钢筋产生不良影响。在混凝土和钢筋的清理工作结束后，应使用环氧砂浆进行找平和加固。
2.2.1 环氧砂浆建筑设计设计人员在工作中务必要保证外露筋以及混凝土与环氧砂浆间的加固粘结力，基地混凝土露筋表面的乳皮要进行清除，保证露筋无锈、无杂物。在施工过程中，需要修补的部分应预先使用凿毛机进行处理，并将露筋上的污物和锈斑刷洗干净。基面的擦拭应使用蘸有丙酮的棉纱进行，待丙酮挥发混凝土变白后，将预制的基液涂刷于基面，厚度约为0.5 mm。根据施工环境温度的不同，基液涂刷结束后应静停10—30 min，再进行环氧砂浆的涂刷。
2.2.2 环氧玻璃丝布建筑设计
1)要对隧洞出口处已经锈蚀的钢板表面进行清理并凿毛，根据工艺要求，涂抹厚度为10 mm的环氧砂浆进行找平。
2)使用环氧粘结剂将玻璃丝布粘贴在环氧砂浆上面，本次工程的玻璃丝布采用厚度为0.25 mm的无碱平纹布，并预先通过皂液法脱蜡处理。玻璃丝布共粘贴4层，粘贴面应保证干净、平整、无油污，粘贴结束后，使用丙酮对其进行擦拭。
3)在进行各层玻璃丝布的粘贴之前，应预先进行环氧基液的刷涂，各层之间不得存在气泡。
2.3 溢洪道加固
该工程的溢洪道处于六、七副坝之间，由消力池、泄槽、宽顶堰、进水渠构成，属于正槽溢洪道。受消力池与溢洪道陡坡段设置不合理的影响，水流流态长期处于混乱状态，结构在地基渗漏扬压力的作用下存在着严重的安全隐患。
2.3.1 进水段工程进水渠的长、宽分别为28和47.6 m，两侧设有直立式导墙，分为前、后两段。其中前段长18 m，采用下潜式导流设置;后段长10 m，顶部高程71.6 m，与控制段导墙连接。进水段两侧的导墙均采用C20埋石混凝土，顶部宽度和墙背坡比分别设为0.8 m和1：0.5，底板高程和厚度分别设为65.1和0.5 m，采用现浇C20钢筋混凝土，并进行纵横缝的设置。
2.3.2 控制段工程溢洪道控制段的长宽分别为35和47.6 m，采用高度为1 m的宽顶堰形式，堰顶高程66.1 m。进口为斜坡式。将控制段两侧边墙设为重力式挡墙，采用C20埋石混凝土，顶部宽度和高程分别设为0.8和71.6 m，背坡比设置为1：0.5。底板采用厚度为1 m的现浇C20混凝土钢筋砼，迎水面层设置钢筋网。另外，在底部还设有横排设施与纵横缝。
2.3.3 泄水段工程泄槽段的断面为矩形，长、宽分别为100和47.6 m，泄槽边墙为重力式挡墙，采用C20埋石混凝土，顶部宽度与背坡比分别为0.8 m，1：0.5。泄槽中段的边墙上、下端分别于控制段和消力池边墙相连，高度为3.5 m，底板设置了厚度为1 m的现浇C20钢筋混凝土，并进行了横排设施与纵横缝的设置。
2.3.4 消力池消力池采用了底流消能的消能防冲设施，结合工程目前的实际情况，将消力池的长、宽分别设为41和3.8 m。底板高程、厚度分别设为46.5和1.2 m，采用现浇C20钢筋混凝土，并在迎水面设置了钢筋网。两侧挡墙为衡重式挡土墙，采用C20埋石混凝土，墙顶高程、顶部宽度、台宽、底宽分别为55.7、1.8、1.8和4.3 m，挡墙底部为桩基础。另外，在消力池底板部分还进行了排水设施与纵横分缝的设置。
2.3.5 出水渠结合工程的实际情况，将出水渠的断面设为梯形。出水渠的长度、底宽、边墙高度、边坡坡比分别为220、30、5.4 m和1：2。出水渠的底部与消力池尾坎相连，顶部高程为50.3 m，底板采用厚度为1 m的现浇C20钢筋混凝土，在迎水面设有钢筋网。另外，出水渠底板每隔15 m就设有1条缝，横向则设有3条缝，并进行了纵横排水设施的设置。
3、结 语
该工程于20世纪60年代修建完成，受当时的技术条件和经济条件的双重影响，主坝采用了粘土心墙的建设方式，时隔半个世纪，粘土心墙如今已经无法满足工程的使用要求，并带来了很多安全隐患。在除险加固施工结束后，主坝对于灌溉功能的保障作用得到了进一步的提升，溢洪道、发电隧洞等建筑物的安全隐患得到了彻底消除，对确保水库正常运行，更好的实现社会和经济效益发挥了积极的推动作用。
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