水利工程病险水库的加固设计探索.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：胡万万（1995），男，汉族，河南商丘人，本科学士，专业为水利水电工程，助理工程师。-133-水利工程病险水库的加固设计探索 胡万万 河南省水务规划设计研究有限公司漯河分公司，河南 漯河 462000 摘要：摘要：水库在水利工程中扮演着举足轻重的角色，对于防洪、灌溉、供水等方面具有不可替代的作用。然而，随着时间的推移和自然环境的变化，部分水库出现了病险情况，严重威胁着人民生命财产的安全和水利工程的正常运行。因此，如何对病险水库进行有效的加固设计，恢复其原有的功能和安全性，已成为当前水利工程领域亟待解决的问题。鉴于此，本文将从多个方面入手，系统探讨病险水库加固设计的策略和方法，以期为相关工程提供有益的借鉴。关键词：关键词：水利工程；病险水库；危害；加固设计 中图分类号：中图分类号：TV62 水利工程中的病险水库，是指因多种原因而存在一定危险性的水库，这些危险可能来自水库坝体、坝基、溢洪道等部位存在的缺陷或潜在风险。病险水库是水利工程中的一大难题，不仅会对人民的生命财产安全构成严重威胁，还会影响整个水利系统的正常运行，通过对病险水库加固设计的研究和优化，可以提高水库的结构强度和稳定性，确保其在各种极端环境条件下都能保持正常运行，有效防范洪涝灾害等风险。同时，加固设计的优化还能延长水库的使用寿命，减少维修和重建的频率，降低水利工程的运营成本。此外，科学合理的加固设计还能提升水库的综合效益，使其在灌溉、供水、发电等方面发挥更大的作用，推动区域经济的发展和社会的进步。因此，深入研究并优化病险水库的加固设计，对于保障人民生命财产安全、促进水利事业发展、推动经济社会可持续发展具有重大的现实意义和深远的历史使命。1 水利工程病险水库的危害 1.1 对人民生命财产安全造成威胁 病险水库如果未经有效加固或监管，在暴雨等极端气候情况下，因坝体破损、渗漏或泄洪设施失效等原因，导致水库溃坝或泄洪失控，引发洪水灾害，这种情况下，洪水突发且迅速，对下游居民、农田、城市及相关基础设施造成毁灭性影响，危及人民生命和财产安全。病险水库的结构可能存在隐患，如裂缝、变形或内部渗漏等问题，若得不到及时修复和加固，会导致坝体崩溃或倒塌，水库的大规模崩溃将引发巨大的洪水和破坏，对周围地区及居民产生严重威胁，造成巨大的生命和财产损失。1.2 影响水利工程的正常运行 水利工程病险水库若出现渗漏、裂缝、坝体变形等问题，会影响水库的正常功能，如渗漏会导致水库水位无法稳定维持，使水库蓄水量减少，影响水库的蓄水和供水功能，坝体裂缝或变形可能会影响坝体结构的稳定性，导致水库无法正常承载水压和洪水压力，丧失防洪和水源调节功能。水利工程病险水库可能面临突发性风险增加的情况，结构问题在某些特定条件下突然恶化，如极端天气、地震等情况下，使原本隐患存在的水库更加不稳定，增加了水库的运行风险，导致管理人员需要更频繁地进行监测和紧急处理，增加了水利工程运营管理的困难和风险。1.3 增加经济负担和社会成本 水利工程病险水库如果存在结构问题或安全隐患，需要进行定期维护、检修和修复工作，这些维护和修复工作通常需要投入大量的资金和人力物力资源，包括人员费用、材料费用、设备投入等，如果问题得不到及时解决，会使隐患加剧，最终所需的修复成本会更高1。病险水库问题对周边社会产生不良影响，导致社会成本增加，若水库崩溃或泄洪失控，引发洪灾，会给周边地区带来巨大的灾害损失，包括房屋倒塌、农田损毁、道路中断等，社会救助、修复和重建成本巨大。1.4 对生态环境存在潜在影响 病险水库的渗漏、溃坝或泄洪失控等问题可能导致对周边生态系统造成破坏，水库坝体裂缝或渗漏问中国科技期刊数据库 工业 A-134-题可能导致土壤和植被受损，水质受到污染，危害周边的生态环境，如果水库坝体崩溃或泄洪失控，大量水流和泥沙可能冲击、淹没和摧毁周边的湿地、栖息地、农田和森林等生态环境，破坏当地的生物多样性和生态平衡2。病险水库可能会对水资源利用产生负面影响，如果水库渗漏导致水质受损，会影响水库水质和水量的稳定性以及下游水资源的可用性，导致水库蓄水量减少，影响到下游的水资源供应，给周边社区、农业和工业用水带来不利影响。2 水利工程病险水库的加固设计途径 2.1 对水库进行全面的安全鉴定和风险评估 通过对水库周边环境、地质地貌、水文气象等进行综合勘察，并收集历史资料和现有数据，全面了解水库的基本情况、历史发展以及可能存在的隐患，对水库的结构状况进行全面检测与评估，包括坝体、坝基、溢洪道、泄洪设施等重要部位的物理状况检测，通过超声波检测、地质雷达等技术手段，评估结构的稳定性、完整性和安全性3。针对水库可能存在的安全隐患，进行详细排查和评估，包括渗漏、裂缝、地基沉降等问题，分析潜在的风险点和影响，量化风险等级，确定安全隐患的严重性和紧迫性，利用数值模拟、工程力学分析等方法，模拟水库在不同条件下的工作状态，分析可能出现的风险事件和影响，如洪水泛滥、坝体破坏、溃坝等情况，评估可能造成的损失和危害。2.2 制定针对性的加固方案 根据安全鉴定和风险评估结果，确定加固的重点部位，包括坝体、坝基、溢洪道等，针对不同部位的病险情况，采用不同的加固方式。例如，针对渗漏问题可考虑采用加密防渗层技术，对坝体裂缝可采用灌浆加固等方法，根据水库结构特点和现有技术，选择合适的加固材料和技术方案，如采用高强度混凝土、钢筋加固、土工合成材料等，结合混凝土补强、边坡防护、渗透防治等工艺，提升水库结构的整体稳定性和抗风险能力4。在进行水库加固的同时，考虑生态环境保护与修复，进行周边植被恢复、水域生态修复等工程，保护周边环境和生态系统的完整性，建立水库加固工程的安全监测系统，包括监测水库结构变化、周边地质环境、渗漏情况等，及时发现问题并进行预警和处理，确保工程加固后的安全性和可靠性。2.3 采用新型加固技术和材料 采用高强度、耐腐蚀、耐磨损等特性的新型材料进行加固，如玻璃钢材料、碳纤维、聚合物纤维等，这些材料具有良好的物理特性，能够提升结构的抗渗透性和抗压强度，减缓结构老化速度，提高耐久性，使用先进的加固技术，如纳米技术、微生物修复技术等，通过纳米材料、微生物菌剂等，对水库结构进行修复和强化，提高其整体性能，纳米技术可以提升材料的力学性能，微生物修复技术则可以修复水库结构内部的微小破损，保障结构的整体稳定性5。根据水库的实际情况和不同部位的需求，有针对性地选择适合的新型加固材料，如针对水库渗漏问题，选择具有良好渗透性能的聚合物材料，提高渗漏防治效果，结合不同新型加固材料的特性，进行综合应用，形成复合加固体系，提高加固效果，如将碳纤维与聚合物纤维相结合，形成具有抗拉强度和耐腐蚀性的复合材料，用于水库结构加固。2.4 加强水库的防渗处理 在水库坝体表面或堆石坝面进行防渗膜的覆盖，采用高分子材料、橡胶、聚乙烯等防渗材料，形成连续的防渗层，阻止水库水体对土坝或石坝的渗透，提高抗渗透能力，利用化学灌浆技术，在水库结构中发生渗漏或存在孔隙的位置，进行灌浆封堵处理，通过注入聚合物、水泥浆料等材料，填充空隙，防止水库结构发生渗漏问题，提高结构的密封性6。针对水库坝体裂缝或破损部位，采用灌浆、钢筋混凝土浇筑、补强加固等方式，修复坝体结构的破损部分，提高坝体整体的抗渗性能，对水库坝体边坡进行保护，采用防渗材料和植被覆盖相结合的方式，通过植被覆盖或喷涂聚合物等防渗材料，加强坝体边坡的稳定性和防渗性能，防止坝体水分渗漏。2.5 完善水库的排水系统 对水库的排水设施进行检修、改造或更新升级，如清理、疏通排水渠、排水管道等设施，确保排水系统畅通，提高排水能力，防止水库长期积水和局部渗漏，引入现代化监测与控制设备，包括液位传感器、自动化控制系统等，实时监测水位、水压等关键参数，确保排水系统运行稳定，及时调整和控制排水设备，保持水库水位在安全范围内7。对水库泄洪通道进行优化设计和改造升级，确保泄洪设施畅通有效，如清淤中国科技期刊数据库 工业 A-135-加宽泄洪通道，提高泄洪通道的承载能力，减小洪水对水库坝体的压力，考虑引入可控制的泄洪辅助设备，如闸门、溢洪道等，提高水库泄洪的控制性，根据不同的水情变化，灵活调节泄洪流量，降低水库在洪水期间的压力和危险性。2.6 完善水库的监测系统 在关键结构部位安装应变计、位移计、压力计等传感器，用于实时监测结构变形、应力状态等数据，连续监测水库结构的微小变化，及时发现和记录结构的变化情况，以便预测和防范可能的问题，采取必要的维护和修复措施，在关键水文部位设置水位测量仪、雨量计、流量计等水文监测设备，用于监测水库水位、降雨量和流量等关键水文参数，实时监测水情变化，记录降雨量和水位变化，对水库的水文状况进行精准监测和预测，为有效的水库管理和防洪工作提供重要数据支持8。利用无线传输、互联网等技术手段，安装传感器和监测设备在水库周边和关键部位，实时采集水库水位、温度、压力、结构变化等相关数据，将传感器和监测设备获取的数据通过网络传输至监测中心或相关管理部门，使监管人员能够远程访问水库监测数据，并对水库状况进行及时监控和评估，结合监测系统，建立完善的预警与报警机制，监测数据异常时，系统能够自动发出预警信号，包括短信、邮件、警报，快速通知相关部门和工作人员，使他们能够迅速响应并采取适当措施，避免潜在的水库安全风险。2.7 组建一支专业人才队伍 组建一支涵盖多领域专业人才的团队，此团队应该包括结构工程师、水利工程师、地质勘探专家、环境保护专家等各个专业领域的人才，这样的团队能够从不同角度全面评估水库现状，确保加固设计考虑到结构、地质、水文、环境等多方面因素，提出更全面的加固方案9。促进团队成员之间的良好沟通与协作，包括建立明确的工作流程、责任分工和沟通机制，确保团队成员之间信息共享和高效合作，定期组织团队会议、技术培训和经验交流，提升团队整体水平和专业技能，使团队成员更加适应水库加固设计所需。2.8 加强水库的日常管理和维护 建立水库巡视制度，定期对水库的堤坝、溢洪道、泄洪设施等关键部位进行巡视检查，发现问题及时处置。监测和检查水位、温度、流量等参数，对水库运行情况进行实时监测，建立水库结构监测系统，通过安装传感器、监测设备等，实时监测水库结构的变化和性能情况，发现异常情况及时预警并采取应对措施10。制定水库定期维护计划，对水库结构进行定期维护和修复工作，包括清理水库周边杂草、疏通排水系统、修复裂缝和漏水点等，保障水库结构的完整性和稳定性，建立水库突发事件应急预案，针对可能发生的意外情况，制定应急处置方案，保障水库安全，如针对大雨、地震等情况，预先制定疏散方案和事故处理流程，提高应对突发事件的能力。3 结束语 本文通过对病险水库加固设计的探讨，提出了一系列有效的解决方案和策略，这些方案不仅关注工程的安全性和稳定性，还充分考虑了经济、环境和社会等多方面因素。新型加固技术和材料的应用为水库加固工程提供了更多的选择，但同时也需要综合考虑其适用性和可靠性。未来，在水库加固工程中，应继续关注技术创新和材料研发，不断完善设计方案，确保工程的安全性和可持续性，加强对水库的日常管理和维护，及时发现和处理潜在的安全隐患，确保水利工程的长期稳定运行。参考文献 1葛均启.水利工程病险水库的加固设计探讨J.建筑技术开发,2020,47(7):9-10.2张杭.水利工程病险水库的加固设计分析J.建筑工程技术与设计,2021(16):1667.3郑金亮.水利工程中病险水库加固工程技术研究J.现代工程科技,2023,2(14):9-11.4张磊.小型病险水库除险基础设施加固设计及管理J.区域治理,2020(11):199-200.5程衍旺.水利工程中小型水库除险加固设计研究J.价值工程,2021,40(21):139-141.6魏学德.小型病险水库除险加固设计常见问题与对策J.建筑工程技术与设计,2020(29):2007.7徐红,祖安君,吴全荣.病险水库控制运用水位确定方法研究以金川峡水库为例J.甘肃水利水电技中国科技期刊数据库 工业 A-136-术,2023,59(6):9-13.8王增.水利工程中小型水库除险加固设计研究J.工程技术研究,2020,5(18):223-224.9杨建华.水利工程中小型水库除险加固设计的相关研究J.工程建设与设计,2020(6):128-129.10周圣.病险水库除险加固存在的问题及对策研究J.现代工程科技,2023,2(2):117-120.