全省现有大小水库6300余处,其中总库容l亿立方米以上的大型水库47处(包括丹江、黄龙),总库容1000万立方米至l亿立方米中型水库227处,总库容100至1000万立方米的小(一)型水库1091处,其余是总库容10至100万立方米的小(二)型水库。
水库的主要作用是对陆地降水即河川径流在时间、空间上进行调节,以达到防洪、灌溉、发电、养殖、航运以及城乡工业与生活供水等目的。
确保水库安全有着极重要的意义,每座水库都关系着下游城乡人民生命财产的安全,一旦倒坝失事,洪水倾刻泛滥,所到之处会造成毁灭性的灾害,因此确保水库安全,是水利工程管理的首要任务。
下面我们就水库安全有关的防洪调度和小型水库土坝的几种常见险情的处理分述如下。
第一节水库防洪调度水库调度,就是根据来水和安全、兴利的关系进行优化运用,选定合适的控制指标,在确保安全的前提下发挥最好的经济效益和社会效益。
防洪调度是指安全控制运用这个方面。
对某个水库来说,其防洪标准确定之后,实际防洪能力是随工程情况而变的,所以每年汛前要认真检查,以确定当年的运用计划。
防洪调度的原则:l、在确保水库安全的前提下,充分发挥工程效益,协调好水库上下左右,防洪与灌溉、发电等各方关系,以确定最优的防洪、兴利水位和运用方式。
2、防洪能力未达到设计标准或水库枢纽工程有险情不能正常运用时,须限制蓄水位予留防洪库容。
3、对校核标准洪水,或可能遭遇的超标准洪水,每个大小水库都要提前落实保坝措施,做到心中有数。
4、在灌溉方面要充分发挥灌区内水源联合工程(包括塘堰)的作用,进行水量平衡,搞好统一调度。
第二节土坝裂缝及其处理土坝裂缝是一种较普遍的现象,对土坝的安全威胁很大,尤其细小的横向裂缝也有可能发展成为坝体内集中渗漏通道;而有的纵向裂缝则可能是坝体滑坡的预兆,也有的坝体内部产生裂缝,因此,对于土坝的裂缝应引起足够的重视。
一、土坝裂缝的类型和产生原因(1)干缩裂缝干缩裂缝多系由于坝体的土体中水分大量蒸发,在土体收缩时而产生的裂缝。
干缩裂缝一般只发生在坝体的表面,多是不规则分布,纵横交错裂缝深度不大,一般不超过1米,缝宽小于1厘米,因此也把这类裂缝称为表面裂缝。
干缩裂缝一般不影响坝体安全。
但如不及时处理,雨水沿缝渗入,将增大土体含水量,降低裂缝区域土体抗剪强度,促使其他病害情况的发展。
必须指出,斜墙和铺盖的干裂缝可能会引起严重的渗透破坏,应予及早处理。
(2)不均匀沉陷引起的裂缝坝体和坝基,在荷重作用下,其土体发生垂直方向的压缩,就叫做沉陷。
同一个土坝,沿坝轴线方向的坝高不同,由于坝体和坝基的土质不同,其压缩性不同,因此土坝将产生不均匀沉陷,当不均匀沉陷超过一定限度时,就会产生不均匀沉陷裂缝。
沉陷裂缝一般可分为横向沉陷裂缝,纵向沉陷裂缝,内部裂缝三种形式。
α.横向沉陷裂缝,其走向与坝轴线垂直或斜交.一般垂直(或稍有倾斜)伸入坝体,深达几米至几十米,缝宽几毫米至十几厘米,裂缝两侧可能错开几厘米到几十厘米,严重的可能穿裂心墙,、造成集中渗透通道,危及大坝安全,因此对于土坝的横向裂缝应予以重视。
坝体的下列部位,容易产生横向不均匀沉陷裂缝。
河床坝段与台地坝段的结合处;坝体与两岸山坡的结合处;坝下涵洞位置与相应的坝顶或坝坡上。
土坝与溢洪道结合处;坝基压缩性大的坝段;土坝分段施工的结合部位。
b.纵向沉陷裂缝,平行坝轴线的裂缝,叫做纵向沉陷裂缝。
纵向沉陷裂缝基本上是垂直地向坝体内部延伸,裂缝两侧填土的错距,一般不大于30厘米,缝深几米至几十米,缝宽几毫米至十几厘米。
一般的纵向沉陷裂缝危险性较小,不致影响坝体安全,但也应及时进行处理,以免雨水灌入裂缝引起滑坡。
在防渗透墙上的纵向裂缝直接危及坝体安全,应特别予以重视。
纵向沉陷裂缝通常出现以下一些部位:坝壳与心墙的结合处;河道坡降变化大的坝段;坝基压缩性不一致的坝段;坝体填筑质量差的部位;跨骑在山脊上的土坝。
c.内部裂缝上述横向和纵向沉陷裂缝,在土坝坝面上是可以见到。
此外,在坝体内部产生裂缝,称为内部裂缝,这种内部裂缝不易发觉,往往可能成为坝内隐患,容易引起集中渗流,甚至发展成为管涌通道,因此其危害性很大,应予认真检查,一般发生部位是:修筑在高压缩性地基上的土坝;粘土心墙坝。
(3)因滑坡而引起的裂缝因土坝滑坡而引起的裂缝叫做滑坡裂缝。
滑坡裂缝在初期一般先出现纵向裂缝,随着裂缝的发展成弧形,滑坡裂缝开展时发展较慢,当坝坡体失稳后,则突然加快,滑坡裂缝危害性大,也应及时处理。
二、土坝裂缝的处理对裂缝的处理一般有以下方法:1、翻松夯实,灌土封口;2、开挖回填;3、灌浆处理,土坝灌浆,即是利用压力使浆液通过管道,钻孔注入坝体裂缝中,浆液在压力的作用下析水后密实,胶结,把裂缝堵塞,达到加固防渗透的目的,裂缝较深或较普遍,开挖回填工程量大,或开挖会危及坝坡稳定,以及土质疏松,施工碾压不实等情况,都可以采用灌浆处理。
尤其是对坝体内部裂缝进行灌浆处理有良好的效果。
第三节土坝滑坡及处理土坝坝体部分(也可能包括部分地基)发生显著的相对位移或错位,最后甚至脱离原来的坝体面塌落滑出,这种现象称为滑坡。
图1为土坝滑坡示意图。
根据大量的滑坡现象观测,表明滑坡初期,大坝坡面一般先出现裂缝,滑坡体可能滑出很远,也可能错开一定距离后就停止发展。
(一)产生滑坡的原因,主要有以下几个方面内部因素。
(1)对辗压式土坝而言,施工质量太差。
(2)筑坝土料没有进行鉴定试验而选用过陡的边坡,不能满足坝坡稳定要求。
(3)坝基有淤泥或其他压缩性大的土层,在筑坝时未加以处理。
(4)土坝加高培厚,新旧土体之间没有很好的结合。
特别是当结合面发生纵向裂缝浸水饱和后,很容易引起滑坡。
此外,诱发土坝发生滑坡的重要外部条件是:(1)水库库水骤降时,上游坡可能产生滑坡;(2)土坝排水设施淤塞,坝内浸润线抬高,使下游坝体浸水饱和。
(3)坝面发生纵向裂缝,未及时处理,长期持续降雨,雨水渗入坝体,使土体饱和。
(4)其它原因,如地震,在土坝附近炸石、炸鱼等等。
(二)土坝滑坡的处理土坝滑坡的根本原因是由于土体的滑动力超过了抗滑力,所以滑坡的处理的基本原则应该是设法减少滑动力,增加抗滑力,根据实践经验.有以下几种具体的处理措施:1、开挖回填;2、放缓坝坡;3、压重固脚,一般采用镇压台和压坡体(或叫帮坡)两种形式。
如图2和图3。
4、清淤排水,同时,在坝脚用砂石或代料压重固脚;5、开沟导渗,滤水还坡:6、裂缝处理,当采用灌浆处理时,在灌浆前应先进行压重固脚处理,撑住坝坡体后,再行灌浆。
应该指出,由于引起土坝滑坡的原因是多方面的,因此,处理滑坡的措施也应经常是综合性的,有时可能是上述几种措施的共同组合。
第四节土坝渗漏及其处理土坝是土料堆积而成,具有一定的渗水性,因此,水库蓄水以后总发生少量的渗漏,这是不可避免的,也可以说是正常的,但是,如果渗漏量过大,或者渗流逸出点太高,坝坡出现渗水散浸,这就不正常了。
严重的集中渗流,出现管涌及流土都直接地危及大坝安全,因此,对土坝渗漏必须引起注意,及时采取措施进行处理。
(一)土坝渗漏及其原因土坝渗漏按其发生部位,可以分为坝身渗漏,坝基渗漏和绕坝渗漏等三种,其产生原因是:l、坝身渗漏水库蓄水后,库水通过坝身,在背水坡面和坝脚附近逸出,叫做坝身渗漏,产生的原因主要是坝身填筑质量太差;或是土料中含砂石多,渗透性过大;或是土料中含有杂草、树根腐烂后在坝身内形成空隙,蓄水后成为渗水通道;或坝身过于单薄,没有排水设施或排水设施设计不当,浸润线抬高,其它的如生物孔穴(白蚁、蛇、鼠洞等)往往也是造成集中渗漏的重要原因。
2、坝基渗漏渗水通过坝基透水层,从坝脚或坝脚以外,覆盖薄弱的部位逸出。
产生原因通常是坝基的砂卵石透水层,在设计施工中没有做到很好的垂直和水平的防渗处理,施工质量不好,施工时清基不彻底,留下隐患,致使坝身与基础接合不好,在结合面上产生渗漏;在坝后任意挖坑取土,修建鱼池破坏了地基的渗透稳定,而引起渗漏。
3、绕坝渗漏水库蓄水后,库水通过土坝两岸的山体或山坡,从下游岸坡上逸出;叫做绕坝渗漏,产生原因主要是施工时坝端山头没有很好处理,接合不好,例如可能在岸坡中夹有透水性大的砂砾层,风化破碎带,植物根基等未予清除,坝山接合处压实不够。
(二)土坝渗漏的处理无论土坝渗漏发生在什么部位,渗漏处理的总原则是“上截下排”,即在坝上游采取防渗措施,堵截渗漏途径,防止或减少渗漏水量,在坝下游采取导渗排水,将坝体(或坝基、岸坡)内的渗透水安全地导出,以增加坝坡(坝基、岸坡)的稳定。
主要的处理措施是:1、上游防渗减渗措施①抛土;②粘土铺盖,对已做成的土坝坝基渗漏,一般做垂直防渗比较困难,特别是当不透水层层较深情况下,则采用粘土铺盖,施工比较方便,并有一定效果,粘土铺盖长度不小于3-5倍坝前水深,厚度上游端不小于0.5米,与坝体接触处不小于1~2米,如图4所示。
③粘土防渗墙,在坝基不透水层上建筑垂直防渗墙(或截水槽)是堵截坝基渗漏的有效措施。
④粘土贴坡;⑤浆砌石护面;⑥灌浆形成阻水帷幕或填塞孔隙,对于坝基形成防渗帷幕。
⑦毒杀生物,堵塞洞穴。
2、下游导渗透排水措施①导渗沟。
常用的导渗沟形状有V型、W型、T型、I型,沟宽约0.5-0.8米,深0.8-1.0米,间距5-15米,沟内分层填筑反滤材料,按反滤要求,沟底填砂,再填砾石或碎石,上层填块石.各层厚约O.2-0.3米,如图5;②导渗培厚,当坝身渗漏严重,散浸面积大时,甚至遍及整个坝坡,说明浸润线逸出点高,土坝坝身单薄,这种情况宜用导渗培厚,即在坝坡贴一层砂壳,再培厚坝身断面,既导渗又增加坝坡稳定性。
如图6。
③坝后导渗、压渗,由于坝基渗漏,造成坝后长期积水,形成淤泥或沼泽地,从而降低了地基的承载力,影响坝坡稳定,在这种情况下.必须采用坝后导渗排水措施。
如果坝基渗漏严重,在坝后发生翻水冒砂,管涌或流土现象,则必须压渗,常用的是压渗台形式,压渗台的作用可使地基渗水排出,又给地基以一定的压重,以抵抗渗水压力,增加地基的渗透稳定。
图6。
应该指出,土坝的渗漏处理,上截和下排也应该结合使用,才能取得较好的效果。
一般说应先考虑“上截”措施,结合上截措施,再考虑是否需要“下排”,以及如何“下排”,总之要因地制宜,具体分析,从实际情况出发,尽量不影响水库的正常运用和效益,不造成大量返工。
第五节土坝漫顶抢护(一)主要漫顶原因l、由于暴雨过份集中,洪水超过设计标准,水位高于坝顶;2、施工中坝顶未达到设计高程:3、水库溢洪道,泄洪洞尺寸偏小或者堵塞。
4、在设计时,对波浪的计算与实际不符,致使在最高水位时超过坝顶;5、地震或库岸滑坡,产生巨大涌浪而导致漫顶。
防止洪水漫顶的临时措施,主要有“水涨坝高”和“加大泄量”两类措施,现将具体方法介绍如下。
(二)在坝顶上抢筑子堤.1、土料子堤,在取土方便、土质好的地区、可采用土料子堤,子堤的迎水坡脚应离坝顶迎水坝肩0. 5-l 米;子堤顶宽一般不小于0.6米;上、下游坡不小于1:1;堤顶高度应当高出估算洪水位0.5-1.0米。