水库大坝除险加固关键技术研究与工程实践

【摘要】水库大坝是水资源调控的重要基础设施，其安全运行关系到防洪、灌溉、供水、态环境保护及人民生命财产安全及国民经济可持续发展。随着水库大坝运行时间的增长，受自然环境、工程材料老化及突发极端天气等因素影响，大坝病害问题日益突出。本文系统分析水库大坝常见的安全隐患及病害类型，探讨防渗加固、坝体稳定性提升、溢洪道优化、监测预警系统等关键除险加固技术，并结合工程实践案例，总结技术应用效果及经验，为相关工程的规划、设计和实施提供技术参考。

【关键词】水库大坝；除险加固；关键技术

第一章 水库大坝常见病险类型

（一）渗漏问题

大坝渗漏是最常见的安全隐患之一，主要表现为坝体或坝基的渗水量增加，导致坝体浸润线升高，甚至出现渗流破坏。渗漏不仅影响大坝稳定性，还可能造成坝体内部材料流失，引发坝基管涌、流土等灾害。

（二）坝体变形与地基失稳

坝体变形主要包括坝坡失稳、坝面开裂、坝身不均匀沉降等问题，这些变形可能由工程材料老化、基础软弱、地震或长期水压力作用导致，严重时可能引发大坝失稳或溃坝。坝基软弱或遭受渗流侵蚀，也可能引发地基沉陷、滑移甚至局部塌陷，导致坝体稳定性下降，甚至引发大坝整体失稳。

（三）溢洪道及泄水建筑物破损

溢洪道作为调节洪水的关键结构，其破损或泄流能力不足可能导致洪水无法及时宣泄，从而引发水库漫坝或坝体超负荷运行。此外，泄水建筑物的闸门、底板等部位的破损也可能影响水库调度运行。

二、水库大坝病险成因

水库大坝的病险形成受多种因素影响，病险成因复杂，主要受自然因素和人为因素的共同影响。从自然因素来看，水文地质条件、极端气候变化及地震等自然灾害是导致大坝病险的重要原因。例如，坝基岩溶裂隙发育或土质透水性强，可能导致渗漏问题加剧；洪水、暴雨等极端天气会加速坝体侵蚀、削弱坝基稳定性；地震作用可能引发坝体开裂、滑塌甚至整体失稳。此外，大坝长时间处于水压力及风化侵蚀环境中，材料劣化现象不可避免，如混凝土坝出现冻融破坏、碳化和钢筋锈蚀，土坝则可能发生沉降、裂缝扩展等问题。

从人为因素来看，早期水库建设过程中，由于勘测设计水平有限，一些坝体未充分考虑长期稳定性，防渗、抗震设计存在缺陷。此外，施工质量问题，如填筑土压实度不足、混凝土浇筑不密实、帷幕灌浆深度不够等，可能埋下安全隐患。在运行管理方面，部分水库因维护资金不足，长期缺乏有效的监测和养护，导致坝体病害未能及时发现并治理，使问题逐步恶化。因此，科学评估大坝病险成因，采取针对性的加固措施，是确保水库大坝长期安全稳定运行的关键。

三、水库大坝除险加固关键技术

（一）防渗加固技术

（1）高压旋喷防渗墙

高压旋喷防渗墙是一种高效的防渗措施，利用高压旋喷注浆技术，在坝基或坝体内部形成致密的防渗墙，以降低渗流风险，该技术通过高速旋转喷射水泥浆液，使周围土体与浆液混合并固化，形成均匀连续的防渗层。其优势包括施工适应性强，适用于各种地基类型，特别是在砂砾层、岩溶裂隙等高渗透地基中效果显著。此外，该技术对坝基扰动小，可在不影响大坝正常运行的情况下实施，施工质量可控，防渗效果持久。比如湖北白莲河水库加固工程采用高压旋喷技术构建防渗墙，单排旋喷桩深度达25米，桩径0.8米，渗透系数降至1 \times 10^{-6}1×10−6 cm/s。施工中通过30 MPa高压水泥浆切割土层形成连续墙体，有效阻截坝基渗漏，渗流量减少95%。

（2）帷幕灌浆技术

帷幕灌浆技术是一种经典的坝基防渗措施，主要用于岩基或强渗透性地基的大坝。该技术通过在坝基下游侧或坝体内部钻孔，并向孔内高压注入水泥浆、化学浆等材料，使渗透性较强的岩层裂隙或土层孔隙填充密实，从而形成一道有效的防渗屏障。帷幕灌浆具有施工灵活、适用范围广的特点，尤其适用于大坝渗漏严重的情况，可有效控制坝基渗流、降低浸润线，提高大坝的整体稳定性，但该技术对施工质量要求较高，需要严格控制灌浆材料、压力及施工顺序，以确保防渗效果。丹江口大坝坝基帷幕灌浆工程采用超深孔灌浆，最大孔深达120米，总灌浆量超5万延米。使用普通硅酸盐水泥和复合添加剂，灌浆压力3~5 MPa，灌后岩体透水率从10 Lu降至1 Lu以下，该技术成功封堵基岩裂隙渗水，为大坝加高和安全运行提供保障，灌浆材料成本降低20%。

（3）新型防渗材料应用

随着材料科学的发展，新型防渗材料在水库大坝加固中的应用日益广泛，如膨润土防渗垫（GCL）、高分子防渗膜、聚合物水泥防渗涂层等。这些材料能够显著提高坝体或坝基的防渗性能。例如，膨润土防渗垫具有良好的自愈能力和高塑性，在渗水条件下能自动膨胀堵塞裂缝，提高坝体整体防渗效果；高分子防渗膜则具备高强度、耐腐蚀、抗老化的特性，可作为坝体防渗覆盖层或铺设于溢洪道、防护渠等部位。此外，聚合物水泥防渗涂层因其高耐久性和良好的粘附性，可广泛用于混凝土坝体的裂缝修补和抗渗补强。

（二）坝体稳定性提升措施

（1）坝坡加固与抗滑稳定工程

坝坡失稳通常由水流侵蚀、浸润线变化或土体抗剪强度降低引起，可采用削坡减载、坡面防护及抗滑桩等加固措施。例如，在坝坡上设置抗滑桩、锚索或格构梁，增强坝体抗剪能力，同时在坡面铺设植物护坡、混凝土护面板等，防止降雨冲刷导致的滑塌问题。

（2）坝基加固及软弱层处理

坝基稳定性对大坝整体安全至关重要，软弱地基可能引发坝体沉降、裂缝甚至失稳。常见的加固方法包括水泥搅拌桩、深层搅拌技术、强夯置换及砂石垫层等，增强坝基承载能力，减少变形。此外，采用帷幕灌浆或高压旋喷技术可封堵坝基裂隙，提高防渗能力，减少渗流带来的不稳定因素。黄河小浪底水利枢纽坝基采用振冲碎石桩与高压旋喷灌浆复合技术处理淤泥质黏土软弱层，最大处理深度22米。碎石桩置换率30%，桩径1.2米，灌浆压力25 MPa，水泥掺量20%。处理后软弱层承载力从80 kPa提升至220 kPa，沉降量由150 mm降至30 mm，渗透系数降低至1 \times 10^{-6}1×10−6 cm/s，保障了大坝长期稳定。

（3）坝体内部应力调整技术

坝体内部应力不均可能导致局部开裂、变形甚至整体失稳。调整应力的方法包括增加反滤排水设施降低浸润线、设置应力释放孔减小内部水压力，以及优化坝体材料分布以均衡受力。对于混凝土坝，可采用预应力锚索、灌浆补强等技术，改善坝体应力状态，提高整体稳定性。

（三）溢洪道优化与泄水能力提升

针对溢洪道泄洪能力不足的问题，可通过扩宽断面、加深泄流槽或增设辅助溢洪道来提高过流能力。同时，为防止高速水流对坝基和下游河道的冲刷，可应用挑流消能、消力池等防冲消能技术，减少水流对坝体的冲击。此外，优化溢洪设施的控制系统，如采用智能闸门调控、气盾坝或底流泄洪设施，可提高泄洪调度的精准度和安全性，确保水库在极端气候条件下安全运行。

结语：水库大坝的安全运行至关重要，其除险加固是确保工程稳定性的关键。本文分析了水库大坝常见病害类型及成因，并探讨了防渗加固、坝体稳定性提升、溢洪道优化等关键技术。实践证明，科学合理的加固措施能够有效提升大坝安全性和使用寿命。未来，应结合智能监测与新技术应用，不断优化水库管理和加固方案，确保大坝长期安全运行，为水资源利用和区域经济发展提供有力保障。

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