摘要：本文主要从抗震，坝体和坝基防渗，上游和下游护坡加固设计以及分析坝体稳定等方面对水库大坝除险加固工程设计的分析。
关键词：除险加固,水库大坝,抗震,防渗,护坡,坝体稳定
据不完全统计，广西已建水库共有4351座，截至2011年，广西共有1725座水库经安全鉴定确定存在老化、人为破坏、自然侵蚀等现象。这些水库工程为对社会和经济环境的破坏和灾害风险越来越大，严重威胁着社会稳定和经济发展。因此，做好病险水库除险加固工作成为当前水利工作的重中之重和当务之急。
一、水库除险加固设计
(一)抗震加固
由于工程现状上游坝坡较陡，坝坡最陡处仅为1：1.7，为确保工程安全，在对原砂壳进行翻压、振冲加固的同时，适当放缓上游坝坡。根据坝坡抗滑稳定计算结果，加固后的上游坝坡在高程55.Om处设宽2m的戗台，戗台以上坝坡为1：2.5，以下1：2.75。砂壳补坡采用中粗砂。上游砂壳翻压需分段进行开挖，并分层填筑、压实。上游砂壳翻压及补坡加固后的相对密度要求不小于0.75，渗透系数不小于lxlO-4cm/s。上游砂壳振冲范围为高程45.0～39.Om之间的砂壳。其中，0+210～0+330段，需将高程44.0～45.Om之间的壤土挖除后回填中粗砂再振冲加固。振冲桩间距1.75m，梅花型布置，竖向最大振冲深度6m，振冲填料采用碎石。振冲加周后的砂壳相对密度要求大于0.75。上游坝脚块石压重体为复式压重体，顶部压重平台顶高程为47.6m，顶宽8m，压重体坡脚边坡1：2.75;底部压重平台顶高程为43.2m，顶宽18.5m，压重体坡脚边坡1：1。压重块石应选用新鲜、坚实、粒径较大、具有一定抗风化能力和抗水浸能力的石块
(二)坝体防渗加固
根据地质勘察资料，高程55.8m以上的心墙顶部接高部分与底部心墙之间的接触带质量不均匀，含砂量较高，造成接触带渗漏严重，必须进行处理。坝体防渗加固采用挖除接高心墙、重建壤土防渗体方案。施工时将坝体顶部开挖至55.3m高程后，分层回填壤土并压实。下游侧开挖边坡为1：1，壤土心墙宽度不小于2.Om，两侧回填中粗砂。加固后的壤土心墙压实度要求不小于O.97，砂壳相对密度不小于O.75。
(三)坝基防渗加固
根据水库枢纽现状、地质勘察分析成果、现状大坝渗流形态分析结果，结合目前土坝防渗加固的措施，确定本次防渗设计采用高压定喷防渗墙与帷幕灌浆相结合的防渗方式：坝体与坝基接触部分土体防渗采用大坝防渗墙(高压定喷灌浆)，主要解决粘土质砂、卵石混合土造成的接触冲刷问题;坝基基岩防渗采用帷幕灌浆，主要解决坝基及黄土台地渗漏问题。具体布置如下：坝体与坝基接触部分土体防渗采用高压定喷灌浆防渗，定喷灌浆孔采用帷幕灌浆孔扩孔，位置沿下游侧帷幕灌浆轴线，防渗墙厚0.4.m，孔距2.m。
坝基防渗采用帷幕灌浆，帷幕灌浆顶部及定喷防渗墙底部衔接于基岩面上。防渗帷幕共设两排，中间部分位于上游马道，两边部分位于坝轴线，其中下游侧帷幕灌浆孔与定喷灌浆孔共用，孔口不一致进行扩孔即可，帷幕灌浆排距为2.0m，孔距为2.0m，梅花形布置，深度为11m～15m。
二、上游护坡加固设计
现状上游坝坡不规则，坝体在(1：2.5)～(1：3.3)之间，加固后的上游坝坡在高程192.00m处设戗台，顶部宽度为2.0m，戗台以上坝坡为l：2.5，以下坝坡为1：3.0。根据行业标准规定，上游坝坡加固后的干密度应不小于1.70g/cm。
(一)上游坝坡局部补坡设计
上游坝坡局部补坡前，第一步先对原坝面进行刨毛处理，以保证新旧土料之间结合良好，刨毛深度一般不小于0.30～0.50m，采用刨毛机作业，工效高，效果好。第二步按照设计铺土厚度0.30m进行铺土，采用推土机和平土机整平，务必使铺土厚度均匀，保证压实质量。第三步进行碾压，碾压时应平行于坝轴线方向进行。
碾压机械可选用13t的振动碾，按从下向上分层、从两端向中间的顺序，逐层、逐段进行碾压，分段长度一般在100m左右，尽量减小土料的场内运距，提高施工效率。碾压方法宜采用进退错距法，碾压遍数以于密度达到1.70g/cm3。以上为准，压实度不小于96%。
(二)上游坝坡护坡设计
原大坝上游的干砌乱石，不仅块径小、质量差，而且风化、毁坏十分严重，护坡石下面的反滤料不符合规范要求。为保证大坝的安全，应对大坝上游护坡进行整修。
护坡石粒径及厚度，可通过计算得：校核洪水位时，块石的平均粒径为0.14m;兴利水位时，块石的平均粒径为0.20mm。为了节省投资及工程安全，本工程上游护坡采用如下方案：确定高程192.O0～197.OOm之间，方块石的厚度选用0.25m;确定高程192.OOm以下，方块石的厚度选用0.20m。方块石的平面尺寸不小于400mmx300mm。
三、下游护坡加固设计
(一)下游坝坡加固处理
经复核大坝现状下游坝坡抗滑稳定满足规范要求，但现状坝坡土体多裸露，平均草皮的覆盖率不足50%，坡面高低不平，多处出现冲沟，相对冲刷面积达22%，平均冲刷深度约14cm。下游坝坡的加固设计方案是：按大坝设计断面进行整平，新建草皮护坡。为保证草皮成活，坝坡表层换填厚0.3m壤土。下游坝坡在高程195.50m、188.50m处设戗台，戗台顶宽芝为2.Om，下游坝坡坡比为1：2.50、1：2.75、1：2.75。
(二)下游坡面排水工程
下游坡面竖向预制混凝土排水沟、纵向砌石排水沟损坏严重。结合下游补坡，原坝面排水程需拆除重建。
a、竖向排水设计。本次设计沿坝坡每50m设置一条竖向排水沟，共计lO条。采用MIO水泥砂浆砌石矩形排水沟，排水沟净深0.30m，底净宽0.50m，用M12.5水泥砂浆勾缝。每隔15m设一道沉降缝，缝内填塞橡塑板。
b、纵向排水设计。沿戗台内侧设置2条纵向排水沟。采用MIO水泥砂浆砌石矩形排水沟，排水沟净深0.40m，底净宽0.50m，用M12.5水泥砂浆勾缝。每隔15m设一道沉降缝，缝内填塞橡塑板。沿坝脚设置纵向排水沟，采用M10水泥砂浆砌块石，原棱体排水体段(0+335～0+435)，排水沟净深0.40m，底净宽1.15m，浆砌块石厚0.40m，其他坝段排水沟净深0.50m，底净宽0.50m，浆砌块石厚0.40m。
四、坝体稳定分析
大坝加固后，心墙与砂壳加固部分土料的物理力学指标发生了变化。必须重新进行坝体稳定分析。选择坝高较大的0+304断面为大坝加固后稳定计算断面。
(一)渗透稳定分析
计算工况仅考虑稳定渗流的兴利工况，其上游兴利水位54.Om，下游水位平地面。根据地质勘察报告，下游砂壳和坝基砂的渗透变形类型均为管涌 允许水力坡降分别为0.27、0.3l。经计算，0+304断面坝基砂的最大水力坡降为O.07，下游砂壳为0.09，最大水力坡降发生在坝脚处，其数值均小于允许坡降，故不会发生渗透破坏。心墙壤土的渗透变形类型为流土，允许水力坡降为4;经计算，心墙壤土的最大水力坡降为0.49，发生在齿槽底部，其数值小于允许坡降，也不会发生渗透破坏。
(二)坝坡抗滑稳定分析
采用简化毕肖普法进行坝坡抗滑稳定分析。各工况下大坝下游坝坡抗滑稳定安全系数往往多小于规范允许值。因此，大坝上游维持原坝坡不变，从上到下分别为1：2.5，1：3.0，变坡处设置一马道，宽2.0m，高程919.30m。而对下游原坝坡则采取清除500 mm厚表面砌石及碎石垫层，同时放缓坝坡进行碾压土培厚处理的措施，范围桩号坝0+010～坝0+240。培厚处理后下游坝坡从上到下分别为1：2.0，1：2.5，1：2.75，1：3，变坡处各设一马道，宽2.0m，高程分别为922m，918m，910131。下游坝脚排水棱体处清除表面风化层及杂物后新建堆石排水棱体，排水棱体高2.6m～6.0m ，顶宽2.0m。
参考支献：
[1]陈燕顺.建筑工程项目施工组织与进度控制[J].北京：机械工业出版社.2003.
[2]贺忠达.水利工程施工技术方法分析[J].科技促进发展，2009，(08).
