毕业设计（论文）

题目：对病险水库除险加固的相关分析

专业年级：             水利水电专业     

学生姓名：              20##年 5 月   日

指导教师：              20##年 5 月   日

评 阅 人：              20##年   月   日

目      录

绪论............................................................................................................................ - 2 -

一、小型土石坝水库病害的原因分析........................................................................... - 2 -

（一）水库防洪标准低......................................................................................... - 2 -

（二）抗震标准低................................................................................................ - 3 -

（三）大坝结构和抗滑稳定性差........................................................................... - 3 -

（四）坝体、坝基渗漏严重.................................................................................. - 3 -

（五）输、放水及泄洪建筑物老化、破坏较为普遍............................................... - 3 -

（六）管理设施、观测设备等不完善.................................................................... - 4 -

（七）缺乏维护资金、管理体制不顺.................................................................... - 4 -

（八）水库淤积、山体滑坡、蚁害等问题............................................................. - 4 -

二、除险加固措施....................................................................................................... - 4 -

（一）加强中小型病险水库的除险加固工程措施................................................... - 4 -

1、坝高、坝顶宽不达标的中小型水库............................................................ - 4 -

2、 关于溢洪道欠宽的问题........................................................................... - 4 -

3、土坝的防渗加固........................................................................................ - 4 -

（二）加强中小型水库的工程管理........................................................................ - 5 -

1、现代水库管理要标准化............................................................................. - 5 -

2、 水库管理的自动化.................................................................................. - 5 -

3、 开展多种经营服务.................................................................................. - 5 -

4、 发展种植、养殖业.................................................................................. - 5 -

5、完善水库对外的道路和通讯...................................................................... - 5 -

三、土石坝加固新技术的应用...................................................................................... - 6 -

（一）劈裂灌浆技术............................................................................................. - 6 -

（二）高压喷射灌浆技术...................................................................................... - 6 -

（三）土工合成材料防渗排水技术........................................................................ - 6 -

（四）岩溶地区抛投反滤料灌浆技术.................................................................... - 6 -

（五）振冲加固技术............................................................................................. - 6 -

四、土石坝加高加固工程实例...................................................................................... - 7 -

（一）李家菁水库................................................................................................ - 7 -

（二）册田水库.................................................................................................... - 7 -

结束语......................................................................................................................... - 8 -

参考文献..................................................................................................................... - 8 -

致谢............................................................................................................................ - 9 -

【摘要】对于目前中小型水库的相关资料显示，相当部分水库不能完全正常发挥其作用，存在着病险问题，因而也就不能很好的带来各个方面的效益。水库的除险加固势在必行。本文主要针对土石坝病险进行分析，对除险加固提出可行性建议及工程上新技术的应用。

【关键词】病险； 除险加固； 土石坝； 工程新技术。

绪论

据资料显示，新中国成立以来，我国累计兴建了8.7万多座水库，小型水库有8.3万多座，占水库总数量的95.4%，其中多数为土石坝。水库的兴建增强了江河综合防洪能力，提高了水资源调控水平，在防洪、灌溉、供水、发电等方面发挥了巨大效益。然而，我国大部分水库特别是中小型水库建成于上世纪50至70年代，限于当时的经济技术水平，水文资料短缺、地质勘探工作不足、建设标准偏低、管理手段落后有相当一部分水库存在不同程度的病险问题，不仅效益难以充分发挥，而且成为重大安全隐患。而后的60年中，我国已发生溃坝3462座，其中小型水库3336座，占溃坝总数的96.4%。

在全国范围内，1975 年8 月淮河发生大洪水时板桥水库（总库容2.44×108m3）、石漫滩水库（总库容0.98×108m3）两座大型土石坝因遭受超标准洪水溃决失事，是我国建坝史上最为严重的溃坝事件；1993 年8 月青海沟后水库（总库容3.3×106m3）混凝土面板砂砾石坝因施工质量太差、管理失误和设计不周等原因发生溃坝，我国建坝史上又一严重的溃坝事件；1975 年海城大地震、1976年唐山大地震及2008 年汶川大地震，一些水库遭到严重破坏等。水库溃坝失事给国家和人民生命财产造成重大损失和巨大社会影响，教训十分深刻。因而，水库安全问题引起国家和社会的高度关注。同时，根据经济社会可持续发展对水资源需求的不断增长，要求水库必须确保其防洪安全运用和提高综合利用效益。因此，对病险水库进行除险加固成为水利建设的重大课题，作为国家基本建设的重要项目，是保障人民生命和财产安全，促进经济社会又好又快发展的一项德政工程，是强化农业基础建设，促进农业稳定发展、农民持续增收的一项基本任务因此，因此，积极开展病险水库的除险加固工作，加快病险水库的处理步伐，意义重大。

   

一、小型土石坝水库病害的原因分析

由于中小水库数量众多，相应地出现病险状况的总量也较大。到底是什么原因使得水库出现病险状况呢？答案当然是多方面的，既有自然环境等客观方面的原因，也存在建设方面的管理不善的主观原因。自然原因是人类无法预知和控制的，但对于主观人为原因使得的水库病险一定引起注意。

（一）水库防洪标准低

    我国十分多的中小型水库建于上世纪60年代前后，因为历史理由在那时水利工程制订的防洪标准过低，上世纪80年代后期不停制订和完善了与水利工程相关的建设标准和规范，但之前建设的中小型水库经常面临防洪本领进低的状况。许多水库土石坝因原设计采用的水文资料精度不足和实测系列短，造成设计洪水计算成果偏低，当发生超标准洪水时洪水漫坝而溃决。如：河南板桥、石漫滩水库土石坝溃决是由于流域性特大暴雨超标准洪水引起的最为严重的事件。或者，因水库运用方式及设计规范修改，原设计采用的洪水标准偏低，不满足国家现行规范的要求，需要对大坝进行加高或扩建、增建泄洪设施，扩大泄洪建筑物规模加大泄洪量。

在国外，曾在施工期间因洪水漫顶溃决的中型土石坝有：巴西奥罗斯坝（坝高54m）、美国黑尔洞坝（坝高48m）、印度珊姆普尔坝（坝高54m）、南非香夏坝（坝高21m），以及西班牙毕得罗斯坝（坝高40m）、奥地尔坝（坝高35m）等；曾在运行期间因洪水漫顶溃决的中小型土石坝有：美国英格利希坝（坝高30.5m）、瓦尔纳格鲁夫坝（坝高38.5m）、卡斯特乌德坝（坝高28m）、鹅溪坝（坝高60m）、下渥太依坝（坝高41m）、布里溪坝（坝高38m）、斯威福特坝（坝高48m）等。因此，在土石坝加固设计中应按照国家现行防洪标准的规定，采用延长后的水文系列，对水库设计洪水进行复核。

（二）抗震标准低

    按《中国地震动参数区划图>(GB18306-2001)规范规定，不满足规范要求。许多土石坝及其主要水工建筑物原设计采用的场地地震基本烈度及抗震设防烈度，与国家现行地震动参数区划图和相对应的地震基本烈度及抗震设防标准规定相比较，采用的地震动参数及抗震设防标准偏低。如：四川紫坪铺水库混凝土面板堆石坝在遭遇超标准地震设防标准时，混凝土面板和防浪墙发生局部破坏，坝体堆石发生局部沉陷；河北陡河水库土石坝及新疆卡群一级电站土石坝、克孜尔水库土石坝在遭遇较大地震时，坝体上、下游坝面发生滑坡、沉陷，防浪墙及其它水工建筑物遭到局部破坏。因此，在土石坝加固设计中应按照国家现行抗震设计规范的规定，采用地震安全评价后的地震动参数，对大坝及其主要水工建筑物进行抗震复核和抗震加固设计。

（三）大坝结构和抗滑稳定性差

许多水库大坝坝体断面不足、坝坡或坝体抗滑不稳定、坝体裂缝，地基沉降较大、坝体边坡偏陡、坝体断面单薄、坝体碾压不实填筑密度不够、坝体发生纵、横向裂缝等问题，大坝的稳定安全系数不能满足国家现行设计规范的要求，导致坝坡失稳，引起溃决。如：委内瑞拉埃尔依希洛土石坝因地基沉陷溃决；我国陕西1 座均质土坝因地基变形和坝体断面单薄等原因，曾在晴天大坝发生整体失稳向下游滑动了数米，发生了罕见的晴天溃坝事件。

（四）坝体、坝基渗漏严重

许多土石坝的坝体填土质量差，土体松散，坝体渗透性较强，绕坝渗漏严重，地基透水层没有采取有效防渗措施，或因坝体填筑质量差、防渗系统不完善、坝内涵管（洞）与坝体结合设计及施工不周，高水位时，背水坡多出现牛皮涨，甚至管涌、流土的现象，导致土石坝渗透破坏引起溃坝事故。如：美国提堂坝（坝高93m）于1976 年因坝基渗漏、防渗齿墙管涌发生溃坝，是世界坝工史上失事最高的土石坝。

（五）输、放水及泄洪建筑物老化、破坏较为普遍

许多水库存在输、放水建筑物裂缝、断裂、露筋、剥离、冲蚀、漏水等问题，严重影响建筑物结构的整体性，特别是遇坝下埋管时，极易导致接触冲刷破坏，危及坝体安全。多数水库存在泄洪建筑物结构裂缝、失稳、破坏；溢流面和泄槽未衬砌或质量差、冲蚀；无消能工或消能工不完善；基础淘刷；泄洪洞结构裂缝、露筋、无衬砌、无检修设施等。如：甘肃巴家嘴水库均质土坝，因坝体填筑质量差，坝体出现多条纵向及横向裂缝、塌坑和坝肩渗漏，以及输水建筑物老化与泄洪规模严重偏小等原因，曾先后两次进行除险加固和增建泄洪设施。

（六）管理设施、观测设备等不完善

    多数病险水库水文测报系统及大坝安全监测与管理设施不完善，特别是中型病险水库大部分没有水文测报及大坝观测系统，不能为及时了解土石坝的工作性状和水库安全运用提供可靠信息。；许多水库的管理设施陈旧落后，防汛公路标准低，甚至没有防汛道路。

（七）缺乏维护资金、管理体制不顺

小型水库主要由乡(镇)、村一级管理，大多无专门管理机构，无专管人员，技术力量薄弱，无维修养护资金投入，小Ⅱ型水库尤为严重，不少水库处于弃管状态，破坏严重。

（八）水库淤积、山体滑坡、蚁害等问题

相当一部分中小水库坝体为土坝，因于缺少 如有需要的养护和维修，出现白蚁和鼠害难题也就不足为奇了，这并且是使得坝体出现危害性洞穴，进而对水库大坝的安全构成危害。

小型水库使用年限一般在30-50年，按40年计，超出寿命的已占25%。小型水库安全问题对水库周边交通、通信、重要工矿企业、军事设施、县城、乡镇人口、耕地的安全造成严重威胁，若不及时对小型水库进行除险加固，水库一旦失事，将对人民生命财产安全造成重大损失。

二、除险加固措施

近年来，国家和相关部门，对水利工作的重视，加大了水利基础设施的投资力度，同时，也加强对病险水库工程的除险加固处理。发展多种经济，逐步解决水利工程存在的问题。主要采取以下措施：

（一）加强中小型病险水库的除险加固工程措施

1、坝高、坝顶宽不达标的中小型水库

对坝高不够，坝顶宽偏小的中小型水库，根据水库工程级别，重新进行水文计算，复核设计洪水，确定坝顶高程和坝顶宽。对于坝坡要按规范规定和坝坡稳定计算，确定坝的坡度及护坡结构。

2、关于溢洪道欠宽的问题

    溢洪道欠宽的，要按校核洪水的最大泄洪流量，确定溢洪道宽度和最大过水深度，以此来确定溢洪道宽度；溢洪道未衬砌的，要进行衬砌，保证溢洪道安全泄洪，以保大坝的安全。放水斜涵（闸）管和平涵管漏水的，根据各水库工程的特点，采用相应的处理方案，进行防漏防渗加固，漏水严重的要重建。

3、土坝的防渗加固

土坝要进行坝体抗滑稳定分析复核，注意检查不均匀沉陷和裂缝出现；对于坝基渗漏大、坝体填土质量差的水库，要进行坝基防渗灌浆和坝体固结灌浆处理。

（二）加强中小型水库的工程管理

1、现代水库管理要标准化

    标准化是水库管理现代化的标志之一。施行标准化，减少盲目性和随意性。标准化管理首先要制定管理标准。管理标准应包含两个方面，一是管理的质量标准，二是管理的工作量标准。质量标准是管理的工程设备应该保持的良好状态和良好程度；工作量标准是达到质量标准所必须做的工作。所以工作量标准是质量标准的细化和具体化，是实现质量标准的前提和保证。管理标准应尽可能量化，便于定岗定责和自动化管理。管理标准应定期修改，不断完善。

2、水库管理的自动化

    随着科学技术的飞速发展，水库管理工作应逐步实现自动化。它包括水工机电设备操作运行的自动化，大坝观测的自动化，管理手段管理方法，如远程操作控制、各种记录资料的收集整理、技术档案管理的智能化和数字化等。

3、开展多种经营服务

    根据中小型水库工程的条件和特点，因地制宜，要发展适合市场经济产业，水库不能单一依赖农业灌溉用水收费来维持，要利用自身的优势，开展多种经营，充分利用好现有资源。如大力发展水库养殖、旅游或在有条件的可利用水库或渠道的水头落差进行引水发电，建设相应规模的小水电站，与当地电网并网供电等。

4、发展种植、养殖业

    利用水库进行养鱼、养鸭、养鹅，水库区周边可养鸡、养猪。以种植业促进养殖业的发展，反过来养殖业又促进种植业的发展。至于发展经济所需资金，可以通过争取国家投资、单位自筹、银行贷款和个人集资等多方面筹集。通过发展经济，增强水管单位的经济实力和市场竞争力，进一步改善工作环境，提高水管人员的待遇，稳定水管人员的队伍，做好水库工程管理工作。

5、完善水库对外的道路和通讯

    水库对外交通道路和通讯设备，是抢险工作的根本保证。它能使抢险物资和人员送达水库，险情、灾情能及时向上级汇报，避免出现重大的灾害事故。在水库除险加固过程中把水库与公路干线连接的道路与水库建设同期修通；同时会同电信、防汛部门把通讯设备配套好，保证电讯畅通。水库管理工作除水利工程管理单位外，更需要全社会的关心和支持，才能使水利工程造福于社会，造福于人民。

三、土石坝加固新技术的应用

（一）劈裂灌浆技术

    劈裂灌浆技术是用一定的压力，使坝体沿坝轴线小主应力面劈开，灌注泥浆，形成10～15cm厚的连续泥墙，达到防渗的目的，同时泥浆使坝体湿化，产生沉陷，增加坝体密实度，加固坝体。目前，已在50m以下的均质坝、心墙坝、湿陷性黄土坝、沙坝等加固中广泛应用。利用坝基应力场分布规律，也可进行劈裂灌浆，形成竖直连续的浆体防渗帷幕。

（二）高压喷射灌浆技术

    高压喷射灌浆技术，是在高压旋喷灌浆技术的基础上发展形成的，施工时采用冲击钻带管钻孔，高压射流切割地层，同时灌入泥浆，形成按设计方向、深度、厚度和结构形式与地基紧密结合，形成帷幕防渗体。目前，已广泛应用于土、沙、细颗粒砂砾石层以及透水性较强的砂卵砾石、砂卵漂石和堆石渣层地基的防渗处理，其深度可达40多米。

（三）土工合成材料防渗排水技术

    80年代中期，土工合成材料在土石坝加固中得到广泛地应用，利用土工膜或复合土工膜代替防渗体，利用土工织物代替反滤料，效果良好。云南省李家菁水库的粘土心墙坝高35m，坝体渗漏严重，下游排水失效，在上游坝面铺设复合土工膜，下游坝面铺设土工织物反滤层，解决了坝体的防渗安全问题。福建省壁桥水库土坝高38.3m，大坝背水坡出现大面积湿润现象，在大坝上游面铺设复合土工膜后，防渗效果显著。

（四）岩溶地区抛投反滤料灌浆技术

    岩溶地基渗透流速较大，常规的水泥灌浆难以取得预期效果。山东省岸堤水库的均质土坝，采取向钻孔内抛填4级级配砂砾石料，堵塞漏水通道，减少渗流的流速，形成反滤体后进行灌浆。4级配料一般为为2～5mm， 5～l0mm，10～20mm， 20～40mm。抛投时，先细后粗，缓慢投入，不能速度过快，过免堵塞钻孔。若不能达到封堵目的时，则需要扩大钻孔，改抛粒径为40～80mm， 80～100mm的粗砾石、卵石。当粗级配料抛投不进去时，可由粗变细反向抛填，直至抛填到钻孔水量减至200L/min时可进行水泥灌浆，水泥浆液由稀到稠，按比重分为4级，即比重为1.1，1.2，1.3，1.4，依照常规灌浆技术要求进行灌浆，形成防渗帷幕，解决岩溶地基的严重渗漏问题。

（五）振冲加固技术

    振冲加固技术，是利用振冲器置放在疏松的中细砂层中，使用高压水冲，并给予振动，使砂层处于液化状态，以致沙粒重新挤紧，增加砂层紧密度，达到加固地基或坝体的目的。我国是多地震的国家，在1961年以来数十次6级以上地震中，约有300多座土石坝遭到不同程度的破坏，其主要原因是由于沙层地震液化造成坝体或地基严重破坏。这种加固技术，在我国首创于官厅水库大坝及其地基的加固设计和施工，之后在云南省松花坝水库土石坝加固中也得到了成功应用和发展。

四、土石坝加高加固工程实例

（一）李家菁水库

云南省李家菁水库为砂质壤土均质坝，坝高18.0m，于1956年建成，1963年大坝加高至24.0m，因坝体未碾压密实，漏水严重。1987年结合大坝加固，坝高又加高至35.0m，仍采用砂质壤土填筑，坝面整平夯实，采用复合土工膜防渗，表面用混凝土板护面，复合土工膜由O.15mm的聚乙烯膜两面热压厚3.5mm、400g/m2的涤纶无纺布。上游坝趾部位开挖截水槽至基岩，土工膜底部锚固于槽内，用粘土回填密实。复合土工膜接缝采用手工缝合，沿缝涂刷沥青玛蒂脂防止渗漏，坝下游设置块石排水体，接触面铺设无纺布作反滤，大坝共铺设复合土工膜17000m2、土工织物反滤3000m2。水库加固蓄水后，未见渗漏，坝面预制混凝土板护坡完整。加高加固后的李家菁水库取得了良好的综合利用效益。加高加固后的大坝断面见下图。

复合土工膜防渗的李家菁土坝(单位: m)

①一原砂壤土均质坝;②一砂壤土加高坝体;③一块石排水;④一砂卵石层;⑤一基岩;⑥一复合土工膜;⑦一预制混凝土板护坡;⑧一锚固槽回填粘土

（二）册田水库

    册田水库位于山西省境内的桑干河中游， 1963年基本建成蓄水， 1976年建成蓄水运用。其任务是：为官厅水库拦蓄泥沙，兼顾供水、灌溉、防洪。枢纽工程包括:主坝高41.7m，为水中填土均质土坝；副坝高10.0m，为均质土坝；岸边溢洪道泄量1500m3/s；输水洞设计流量80m3/s；水电站装机2×1.3MW。水库总库容为5.8×108m3。坝基为玄武岩。坝址控制流域面积16700km2，多年平均径流量4.2×108m3，年输沙量14.9×102万t。水库运行近20年后，淤积严重，防洪标准降低，大坝裂缝和严重漏水产生管涌等，决定对大坝加高，并进行防渗

处理、增建第二溢洪道和工业供水设施。设计对大坝加高7.0m，大坝坝基和坝体明显漏水地段增设了混凝土防渗墙，增建第二溢洪道最大泄量3916m3/s。利用溢洪道开挖石渣对下游坡压厚，增强了大坝稳定性。增建工业供水设施，设计流量1.5m3/s。大坝加高加固后，提高了防洪标准，扩大了水库综合利用效益。加高加固标准断面如下图。

册田水库大坝加高加固标准断面图(单位: m)

① 一碾压坝体；②、③一水中填土坝体；④一砂砾料;⑤一堆石；⑥一碾压坝体加高；⑦一新防渗墙;⑧一淤积物

结束语

水库工程的建成，有利于促进我国国民经济的发展，提高人民生活水平，保障社会稳定，在防洪、灌溉、发电、供水等方面都能发挥重要作用。但目前，我国水库工程现状和安全管理总体水平仍然滞后于经济社会发展，存在以上一些亟待解决的突出问题。目前，我国病险水库除险加固工作仍然任重道远，需要对险情成因认真、透彻地加以研究，找到使得险情出现的真实理由，并采取相应的合理对策，准时对水库进行除险加固处理，才能使病险水库除险加固工作既“快”又“好”地进行。切实提升中小型水库的安全性，使之能更好地为工农业生产及民众的生活服务。

然而作为当下即将毕业的大学生，我们也将身负重任，利用我们自身本领，发展眼光与创新精神更好的为国家，为民众，为水利事业的兴盛贡献出自己最大的力量。

参考文献

[1]司志明（教授级高级工程师、水利专家）《我国病险水库土石坝除险加固设计问题》

[2]张春婉、曲静涛.（通化市水利水电勘测设计研究院）《病险水库除险加固中的主要技术

   措施》建筑与发展2010第05期

[3]辽宁省水利勘测设计院.中小型水库设计（参考材料）

[4]辽宁省发改委员会.《关于辽宁省小型病险水库除险加固有关情况的报告》2007.5

[5]高贵全,邱苑梅,张富强.《云南中、小病险水库病理及除险加固措施》科技资讯,2011（15）

[6]李小牛．论病险水库的除险加固[J]山西水利，2007，(O1)．

[7]彭囡，彭丽萍．溢洪道除险加固设计中存在的问题及解决方案

[8]刘艳芳，徐冬梅，刘玉新．小型水库除险加固问题探讨[J]水利科技与经济，2008，(o4)．

致谢

光阴荏苒，岁月如梭。不知不觉的学习生活即将结束。回顾读书之路，离不开老师的谆谆教导，离不开同学、朋友及家人的支持与厚爱。在此刻论文完成之际，我由衷的感谢在我身边默默付出的人。你们的心意里满满的都是对我的关爱，对于这些无私的奉献，我只能更加努力的对待今后的学习，工作和生活，才不枉费你们的心血。

这次毕业论文让我收获颇多，不仅学识增长不少，更多的是对这个行业的重要性有了更深的认识。从坝体病害的分析到工程实例，不仅对各学科的零散知识是一种整合，而且对工程技术的认知也是一种启蒙。通过查阅书籍，报刊，网络搜集了很多的相关资料，进一步深刻理解了这个课题的重要性。

此次论文撰写过程中，得到了老师的指点和建议，也得到了部分同学的热心的帮助。在此特向老师表示感谢，也向我的同学表示谢意。

即将阔别生活的校园，心中有一种不舍，舍不得同学，也舍不得那些帮助过我们的老师。迈出校园的那一刻，就是我开始新的旅程的时候，虽然陌生，但是在这里的却让我学到了勇敢的面对生活，面对未来。我将带着大家对我的期望，走出更辉煌的明天。

xxx 

20##年5月