水力论文:湛江市鹤地水库病险特点及加固设计中的问题探讨

　　湛江市鹤地水库病险特点及加固设计中的问题探讨
　　曾志刚
　　（湛江市雷州青年运河管理局广东湛江524000）
　　摘要：湛江市鹤地水库建于1958年，1960年建成并开始发挥效益，由于水库原设计标准偏低，坝顶高程不够，护坡薄弱，当时施工条件落后等原因，造成部分工程质量较差，工程存在许多先天不足和安全隐患，严重影响了水库的安全运行及效益的正常发挥，文章结合工程设计案例，分析了除险加固设计应注意设计洪水标准、工程规模、设计深度和方案比选等问题。
　　关键词：鹤地水库病险特点加固设计
　　前言
　　湛江市鹤地水库坝址位于广东省湛江市廉江市河唇镇，距湛江市60km，距廉江市12km，库区跨越广东的廉江、广西的陆川、博白三市县，淹没范围包括广西壮族自治区陆川、博白两县的部分乡镇。水库于1958年动工兴建，拦截九洲江主流，1960年开始发挥效益，是以灌溉为主，兼有防洪、发电、航运、淡水养殖、城乡工业和生活供水等综合性的大（Ⅰ）型水利枢纽工程。枢纽工程由33座全长7658m的均质土坝（其中主坝1座、副坝32座）、2座溢洪道、2座小型水电站、1座船闸及1座灌溉输水闸等组成。水库集雨面积1495km2，总库容11.44亿m3，有效灌溉面积146.6万亩。由于水库原设计标准偏低，坝顶高程不够，护坡薄弱，部分工程质量较差，工程存在许多先天不足和安全隐患，严重影响了水库的安全运行及效益的正常发挥，而且威胁九洲江下游20万亩农田和20万人口的安全。经广东省水利厅组织专家进行安全鉴定,确定为病险水库。
　　1水库存在的病险问题
　　1.1防洪标准低，坝顶高程不够
　　随着水文资料系列的延长，设计洪水洪量、洪峰和洪水过程发生较大改变，原设计防洪标准不能满足现行规范要求，运行年限较长的大坝普遍存在不同程度的渗漏问题，特别是均质土坝，渗漏问题更加突出，主要原因有：
　　（1）当年修建坝基和坝体防渗设计与处理标准偏低；
　　（2）由于当年施工条件落后，建设时施工质量差，坝体填筑料不均匀，压实度或密实度偏低；
　　（3）坝体运行时护坡缺损或冲刷破坏，正常维护不及时，或迎水面混凝土护坡遭受碳化强度降低。
　　（4）坝体裂缝造成坝体和坝基长期渗漏冲刷形成集中渗漏通道。
　　（5）坝后反滤体出现异常影响坝体安全运行。
　　1.2泄水建筑物结构稳定及强度不能满足现行规范要求。
　　（1）建筑物混凝土遭受碳化强度降低。
　　（2）建筑物结构出现裂缝，溢流面及泄槽未衬砌或衬砌质量差，出现冲蚀破坏，泄水建筑物出口无消能工或消能工不完善，不能保证安全下泄洪水。由于施工质量差或设计不完善，容易出现裂缝、冲蚀、漏水，甚至剥离、露筋等现象，影响结构安全稳定和难以满足安全运行要求。
　　1.3防洪设备老化
　　闸门、启闭机和监控设备老化、锈蚀严重，部分设备超过折旧年限，需淘汰更新.
　　案例
　　鹤地水库主坝坝体为辗压式均质土坝，1975年培厚坝身时，已设置有坝后反滤棱体等配套设施，但由于存在坝体反滤棱体设置不合理、易堵塞、浸润线异常等安全隐患，结合该工程特点，2006年将部分坝后反滤棱体向外移进行重新加固。设计如图（1）
　　工程加固平面布置图（1）
　　工程加固设计图（2）
　　加固后，由于这几年均为丰水年，水库一直处于高水位状态运行，这对已加固后的工程是一个严峻的考验，通过加固前后同水位大坝安全监测系统数据分析对比，现加固部分主坝坝体浸润线已有效地降低至设计范围，相应的测压管水位已降低，经量水堰数据显示，坝体渗漏量已控制在设计范围内，表明大坝处于安全运行中，解决了坝体反滤棱体设置不合理、易堵塞、浸润线异常等安全隐患问题，说明该加固方案可行、科学、实用，进一步确保了水库的安全运行。
　　2水库除险工程加固设计特点
　　相对复杂的水库加固工程，其加固设计具有较强的政策性，同时也存在一定的风险，我们要必须根据实际，谨记以“安全施工，保障工程质量”的方针。
　　2.1根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）规定，水库大坝安全评价以现行有效规范为准，工程质量评价、洪水标准、结构、渗流、抗震和金属结构安全均需符合现行规范要求，因此，除险加固设计标准也应以现行设计规范为准。
　　2.2由于是已运行多年的工程，设计因依据的水文、地质和运行管理等基础资料不足导致设计风险较大，实施过程中通常需采用动态优化设计方式，设计变更相对较多。
　　2.3我国病险水库除险加固主要采用政府资金，除险加固设计是工程建设程序的重要环节，设计单位提出加固方案后，按基建程序分级报批，审批环节多，设计周期长。
　　3水库除险加固设计工程中涉及的专业内容
　　在设计过程中一般分为三个阶段：初步设计、招标设计及施工详图，然而初步设计阶段是整个设计方案的核心，在分工中主要涉及到以下专业；
　　3.1水文专业
　　收集当地水文、气象资料，延长资料系列，复核设计洪水，提出施工分期洪水。水库还需完善或补充水文测报系统设计。
　　3.2地质专业
　　根据安全鉴定结论和建议，按设计要求进行地质勘探和岩土物理力学参数试验，提出有关岩土物理力学参数，对坝体和坝基进行地质评价，从地质角度对除险加固方案提出建议，提出天然建筑材料料场性能和储量。
　　3.2规划专业
　　收集当地经济社会发展基本资料，复核水库工程规模和效益指标，对除险加固的必要性进行论述，复核水库库容曲线和水库调度原则，按现有资料进行洪水调节计算，确定水库特征水位。按有关政策规定，水库除险加固一般不得提高工程规模和等级。
　　3.3水工专业
　　针对各建筑物存在的问题，进行除险加固方案比选和推荐方案设计。方案主要从技术可靠、经济合理、施工工期及对环境的影响等方面进行比较；比较方案在各方面应是成立的方案。对大坝渗流、结构稳定和强度进行必要的验算，对泄水建筑物和输水建筑物过流能力和消能防冲措施应进行复核计算，必要时进行水工模型试验。大坝等主要建筑物的安全监测设计亦属于水工专业的内容。
　　3.4施工专业
　　（1）设计推荐方案和重要比较方案进行施工组织设计，提出施工导流方案、施工总体布置、总工期和各加固项目的主要施工技术等。
　　（2）金属结构与机电专业在实际检测资料的基础上，对有关闸门、启闭机及监控设备进行改造或更新设计。
　　（3）环境保护和水土保持专业提出加固工程坝区环境保护设计、水土保持方案及必要的投资。
　　3.5建筑交通专业
　　主要是完善管理设施方面的设计，涉及的主要内容包括防汛公路和管理房改造设计等内容。
　　3.6工程概算专业
　　根据加固工程施工组织设计、当地材料价格和水利行业定额编制设计概算。分析计算加固工程项目经济效益和年运行费用，进行国民经济评价，必要时进行财务评价，论证项目的经济合理性。
　　4水库除险加固设计工程须关注问题
　　4.1防洪标准的设计
　　水库除险加固时，通过调洪演算复核水库原设计防洪标准，并确定水库除险加固后相应的特征值指标。水库除险加固设计不宜对水库原工程规模进行轻易变更，在水库工程规模确定的前提下，应结合汛期调度运行及调洪演算，对水库原防洪标准重新复核。水库除险加固工程调洪演算可分为2个步骤：
　　（1）采用水库原设计汛限水位及不同的洪水重现期进行计算，复核水库原防洪标准及防洪标准的上限值。
　　（2）若第一步复核后水库防洪标准上限值远高于原设计值，维持水库原设计防洪标准，适当提高水库汛限水位，复核水库汛限水位提高的上限值。