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广东省
摘要：本文分析了水库大坝加高的意义与存在的难度，阐述了大坝加高的主要形式与影响因素，并结合实例探讨了大坝加高技术的应用。
关键词：水库大坝;加高;探讨
1 水库大坝加高的意义与难度
1.1水库大坝加高的意义
随着国民经济的持续发展，社会对水资源需求量也在不断增加。为了满足水资源继续增长的需求，一个最简单的对策就是新建更多的水库。然而随着水利工程建设的发展，优秀坝址也越来越少，所以发挥现有大坝潜力，通过加高大坝扩大库容就是既经济又有效的策略;况且不少运行久远的水库需要除险加固，那些淤积严重库容减小的水库，也有加高加固的需求。可见，水库大坝加高有着很强的现实意义，值得认真研究和总结。
1.2 水库大坝加高的难度
从技术角度看，水库大坝加高并不一定比新建大坝更容易，很多情况下难度更高，究其原因如下：首先，不少枢纽工程不允许放空水库施工，施工期间不仅要满足正常运行的要求，还要保证大坝的安全不受到影响。这个难度颇高，因为要满足安全要求，大坝往往既要加高又要加厚，因而施工时坝肩、坝基要重新开挖，就有可能对原有大坝坝肩、坝基稳定性造成一些影响。其次，必须考虑加高加厚时新旧坝体的结合问题。如果结合面处理不好，新旧坝体就不能协调受力，同样存在很大的安全隐患。再次，旧坝经过长期运行，外观和内部都可能存在缺陷，尤其内部缺陷的探查、处理有相当难度。但如果不利用加高加厚机会处理，新坝体建成后再处理难度就更大了。因此，水库大坝加高方案必须周全地考虑到各种风险因素，以确保水库可以长期稳定地运行。
2 水库大坝加高的方法
2.1水库大坝加高的目的与主要型式
王博等人[1]概括了国内30余座水库大坝加高的情况，这些水库分布于国内大约15个省、市、自治区，有一定代表意义。加高的大坝类型包括土石坝、混凝土重力坝、面板堆石坝、浆砌石重力坝、砌石重力坝、粘土心墙砂壳坝、混凝土双支墩、宽心墙土石坝、混凝土砌块石双曲拱坝等，原坝高度9.1m～97m，加高高度0.8m～90m。可见，各种类型的大坝都可以加高，加高的目的包括水库扩容、大坝除险加固，对于那些防洪标准偏低的土石坝，加高加固处理也是重要目的。
大坝加高型式多种多样，主要加高型式如下：（1）土石坝加高相对简单一些，加高形式主要有不培厚直接加高、坝下游培厚加高、坝上游培厚加高、坝上下游同时培厚加高。（2）重力坝加高技术更为复杂一些，目前国内外成功案例中有后帮整体型、后帮分离型、前帮整体型、前帮加后帮型、直接加高型、预应力钢索加高型等。其中前帮、后帮是指大坝的上、下游坡面;整体型是指新旧坝体结合成为一个整体;分离型指新旧坝体之间采用隔离材料如金属板隔开;预应力钢索加高型是指在坝顶钻孔至基岩，埋入锚索并灌浆，再在新坝顶上施加预应力[2]。（3）更复杂的是坝型转换，例如某薄拱坝加高因不能放空水库、施工期间需要正常运行、拱坝结构难处理及风险大等原因，最终改造成折线型重力坝[3]。
2.2 水库大坝加高的影响因素
水库大坝加高需要考虑的主要因素来自于技术和经济两方面。技术上包括大坝安全性、环境影响等方面。大坝加高之后必须满足现有设计规范中规定的稳定性、应力条件、防渗能力、抗震要求等规定，例如大坝加高不加厚是最简单的方法，但大多数情况下因为加高之后无法满足安全性要求而难以采用。水利工程要实现可持续发展，必须重视环境影响，将施工对环境影响降低到最低限度，例如对野生动物保护、土石料开采等环境影响因素进行评估并采取一定的措施。水利建设在满足安全、功能要求的基础上还应寻求最佳经济效果，这些也要通过合理设计、施工实现。下面结合实例分析这些因素。
3 水库大坝加高技术应用
3.1 土石坝加高技术应用
土石坝是历史最悠久、世界坝工建设应用最广泛的坝型。我国95%以上的大坝为土石坝，所以研究土石坝加高技术非常有价值。曼格拉大坝[4]位于巴基斯坦吉勒姆河上，其于1967年建成，多年来一直发挥着灌溉、发电、防洪等多重效益，但因库区泥沙淤积库容已减少20%，所以需要加高扩容。大坝整体加高9.15m，可增加库容35.6亿m3。主坝是粘土斜心墙坝，两个副坝中加里坝为粉土斜心墙坝，苏坎坝为砂岩直立心墙土坝。曼格拉主坝和加里坝采用坝后培厚加高方式，所以原坝轴线将向下游方向偏移;苏坎坝则采用上下游同时培厚加高方法，原坝轴线不变。大坝加高方法为：开挖坝基并延伸坝后排水体;拆除培厚一侧的护坡;填筑至原坝顶高程;拆除原坝顶后继续填筑至最终高程。该案例最可取之处在于材料使用环节的高效，其中即挖即填、旧护坡材料重复利用等做法很值得借鉴。苏坎坝上游水平防渗铺盖、加里坝心墙料都采用粉土料。这种土料的最佳含水量为14.7%，大坝附近取料场不同位置的土料自然含水量不同，大坝下游料源自然含水量为8%～10%，上游水库最高水位线附近料源自然含水量为17%～24%，因此上游料源土料开采后直接用于填筑，下游料源土料开采后与砂砾料混合后直接用于加里坝下游过渡区填筑。主坝和两个副坝上游护坡采用坚硬砂岩块石保护，下游护坡分别采用河卵石、漂石和砾石料。由于护坡料仍然完好，大部分可以继续利用。将加高坝体从上至下划分为2.44m高梯段，完成该梯段加高后，将上一梯段的原坝护坡料拆除，并就近铺筑在新坝护坡位置。这种措施的实施，节省了材料转运和存储环节，材料利用非常高效。
3.2 重力坝加高技术应用
如前所述，重力坝加高技术比土石坝更复杂一些，其中结合面处理是关键环节。现以梅州清凉山水库混凝土重力坝后帮加高技术应用案例[2]进行说明。清凉山水库位于梅江一级支流白宫河中游石壁背村，原库容3681万m3，大坝加高7.2m后库容增至4307万m3。国内外大坝加高多采用台阶法或设置滑动缝来提高结合面粘合强度。由于建坝时一般不留台阶，加高施工再开凿台阶可以说费时费力。而采用滑动缝方案，由于砌石坝坝坡平整度较差，难以形成理想的滑动缝，新旧坝结合面粘合强度达不到要求。通过模拟结合面之间的力学状态，最终选择了结合面凿毛+梯形键槽的方案。图1～4是四种方案的结合面摩擦应力分布图。可见，在坝踵垂直应力方面，设置键槽比不设键槽有明显改善，后者存在拉应力而前者是压应力;设置锚筋的效果不如键槽，并且远达不到其轴力设计值;抗剪性能方面，梯形键槽优于台阶键槽。于是综合考虑选择了梯形键槽方案。
4 结语
无论是为了提高防洪标准，还是通过扩容来提高水资源利用率，水库大坝加高都是很好的选择。但是大坝型式多样，加高方法也各有不同，应根据实际情况采取针对性的措施。同时水利工程实践性很强，只有不断总结经验才能提高建设水平。
参考文献：
[1]王博，纪园可，周厚贵.国内大坝加高情况概述[J].水利水电技术，2014，45（2）：57-60.
[2]罗志唐.梅州市清凉山水库混凝土砌石重力坝加高技术方案论证与筑坝材料优选[J].水利规划与设计，2011（1）：67-70.
[3]许敏.木浪河水库大坝扩建加高设计方案分析[J].黑龙江水利科技，2013，41（1）：167-169.
[4]卫云.曼格拉大坝加高工程主要施工技术[J].水力发电，2012，38（10）：50-52.
作者简介：
梁萍，女（1987.7-），广东省茂名化州市人，主要从事水利工程施工管理工作。
摘要：本文分析了水库大坝加高的意义与存在的难度，阐述了大坝加高的主要形式与影响因素，并结合实例探讨了大坝加高技术的应用。
关键词：水库大坝;加高;探讨
1 水库大坝加高的意义与难度
1.1水库大坝加高的意义
随着国民经济的持续发展，社会对水资源需求量也在不断增加。为了满足水资源继续增长的需求，一个最简单的对策就是新建更多的水库。然而随着水利工程建设的发展，优秀坝址也越来越少，所以发挥现有大坝潜力，通过加高大坝扩大库容就是既经济又有效的策略;况且不少运行久远的水库需要除险加固，那些淤积严重库容减小的水库，也有加高加固的需求。可见，水库大坝加高有着很强的现实意义，值得认真研究和总结。
1.2 水库大坝加高的难度
从技术角度看，水库大坝加高并不一定比新建大坝更容易，很多情况下难度更高，究其原因如下：首先，不少枢纽工程不允许放空水库施工，施工期间不仅要满足正常运行的要求，还要保证大坝的安全不受到影响。这个难度颇高，因为要满足安全要求，大坝往往既要加高又要加厚，因而施工时坝肩、坝基要重新开挖，就有可能对原有大坝坝肩、坝基稳定性造成一些影响。其次，必须考虑加高加厚时新旧坝体的结合问题。如果结合面处理不好，新旧坝体就不能协调受力，同样存在很大的安全隐患。再次，旧坝经过长期运行，外观和内部都可能存在缺陷，尤其内部缺陷的探查、处理有相当难度。但如果不利用加高加厚机会处理，新坝体建成后再处理难度就更大了。因此，水库大坝加高方案必须周全地考虑到各种风险因素，以确保水库可以长期稳定地运行。
2 水库大坝加高的方法
2.1水库大坝加高的目的与主要型式
王博等人[1]概括了国内30余座水库大坝加高的情况，这些水库分布于国内大约15个省、市、自治区，有一定代表意义。加高的大坝类型包括土石坝、混凝土重力坝、面板堆石坝、浆砌石重力坝、砌石重力坝、粘土心墙砂壳坝、混凝土双支墩、宽心墙土石坝、混凝土砌块石双曲拱坝等，原坝高度9.1m～97m，加高高度0.8m～90m。可见，各种类型的大坝都可以加高，加高的目的包括水库扩容、大坝除险加固，对于那些防洪标准偏低的土石坝，加高加固处理也是重要目的。
大坝加高型式多种多样，主要加高型式如下：（1）土石坝加高相对简单一些，加高形式主要有不培厚直接加高、坝下游培厚加高、坝上游培厚加高、坝上下游同时培厚加高。（2）重力坝加高技术更为复杂一些，目前国内外成功案例中有后帮整体型、后帮分离型、前帮整体型、前帮加后帮型、直接加高型、预应力钢索加高型等。其中前帮、后帮是指大坝的上、下游坡面;整体型是指新旧坝体结合成为一个整体;分离型指新旧坝体之间采用隔离材料如金属板隔开;预应力钢索加高型是指在坝顶钻孔至基岩，埋入锚索并灌浆，再在新坝顶上施加预应力[2]。（3）更复杂的是坝型转换，例如某薄拱坝加高因不能放空水库、施工期间需要正常运行、拱坝结构难处理及风险大等原因，最终改造成折线型重力坝[3]。
2.2 水库大坝加高的影响因素
水库大坝加高需要考虑的主要因素来自于技术和经济两方面。技术上包括大坝安全性、环境影响等方面。大坝加高之后必须满足现有设计规范中规定的稳定性、应力条件、防渗能力、抗震要求等规定，例如大坝加高不加厚是最简单的方法，但大多数情况下因为加高之后无法满足安全性要求而难以采用。水利工程要实现可持续发展，必须重视环境影响，将施工对环境影响降低到最低限度，例如对野生动物保护、土石料开采等环境影响因素进行评估并采取一定的措施。水利建设在满足安全、功能要求的基础上还应寻求最佳经济效果，这些也要通过合理设计、施工实现。下面结合实例分析这些因素。
3 水库大坝加高技术应用
3.1 土石坝加高技术应用
土石坝是历史最悠久、世界坝工建设应用最广泛的坝型。我国95%以上的大坝为土石坝，所以研究土石坝加高技术非常有价值。曼格拉大坝[4]位于巴基斯坦吉勒姆河上，其于1967年建成，多年来一直发挥着灌溉、发电、防洪等多重效益，但因库区泥沙淤积库容已减少20%，所以需要加高扩容。大坝整体加高9.15m，可增加库容35.6亿m3。主坝是粘土斜心墙坝，两个副坝中加里坝为粉土斜心墙坝，苏坎坝为砂岩直立心墙土坝。曼格拉主坝和加里坝采用坝后培厚加高方式，所以原坝轴线将向下游方向偏移;苏坎坝则采用上下游同时培厚加高方法，原坝轴线不变。大坝加高方法为：开挖坝基并延伸坝后排水体;拆除培厚一侧的护坡;填筑至原坝顶高程;拆除原坝顶后继续填筑至最终高程。该案例最可取之处在于材料使用环节的高效，其中即挖即填、旧护坡材料重复利用等做法很值得借鉴。苏坎坝上游水平防渗铺盖、加里坝心墙料都采用粉土料。这种土料的最佳含水量为14.7%，大坝附近取料场不同位置的土料自然含水量不同，大坝下游料源自然含水量为8%～10%，上游水库最高水位线附近料源自然含水量为17%～24%，因此上游料源土料开采后直接用于填筑，下游料源土料开采后与砂砾料混合后直接用于加里坝下游过渡区填筑。主坝和两个副坝上游护坡采用坚硬砂岩块石保护，下游护坡分别采用河卵石、漂石和砾石料。由于护坡料仍然完好，大部分可以继续利用。将加高坝体从上至下划分为2.44m高梯段，完成该梯段加高后，将上一梯段的原坝护坡料拆除，并就近铺筑在新坝护坡位置。这种措施的实施，节省了材料转运和存储环节，材料利用非常高效。
3.2 重力坝加高技术应用
如前所述，重力坝加高技术比土石坝更复杂一些，其中结合面处理是关键环节。现以梅州清凉山水库混凝土重力坝后帮加高技术应用案例[2]进行说明。清凉山水库位于梅江一级支流白宫河中游石壁背村，原库容3681万m3，大坝加高7.2m后库容增至4307万m3。国内外大坝加高多采用台阶法或设置滑动缝来提高结合面粘合强度。由于建坝时一般不留台阶，加高施工再开凿台阶可以说费时费力。而采用滑动缝方案，由于砌石坝坝坡平整度较差，难以形成理想的滑动缝，新旧坝结合面粘合强度达不到要求。通过模拟结合面之间的力学状态，最终选择了结合面凿毛+梯形键槽的方案。图1～4是四种方案的结合面摩擦应力分布图。可见，在坝踵垂直应力方面，设置键槽比不设键槽有明显改善，后者存在拉应力而前者是压应力;设置锚筋的效果不如键槽，并且远达不到其轴力设计值;抗剪性能方面，梯形键槽优于台阶键槽。于是综合考虑选择了梯形键槽方案。
4 结语
无论是为了提高防洪标准，还是通过扩容来提高水资源利用率，水库大坝加高都是很好的选择。但是大坝型式多样，加高方法也各有不同，应根据实际情况采取针对性的措施。同时水利工程实践性很强，只有不断总结经验才能提高建设水平。
参考文献：
[1]王博，纪园可，周厚贵.国内大坝加高情况概述[J].水利水电技术，2014，45（2）：57-60.
[2]罗志唐.梅州市清凉山水库混凝土砌石重力坝加高技术方案论证与筑坝材料优选[J].水利规划与设计，2011（1）：67-70.
[3]许敏.木浪河水库大坝扩建加高设计方案分析[J].黑龙江水利科技，2013，41（1）：167-169.
[4]卫云.曼格拉大坝加高工程主要施工技术[J].水力发电，2012，38（10）：50-52.
作者简介：
梁萍，女（1987.7-），广东省茂名化州市人，主要从事水利工程施工管理工作。