水庫存在的病險原因及處理措施

王子明

（中國水利水電第一工程局有限公司，吉林 長春 130062）

1 水庫病險原因分析

現(xiàn)在對于中小型水庫普遍存在的病險及原因概括起來主要有以下幾類:

1.1 水庫庫壩區(qū)滲漏

壩體或壩基(含壩頭、山體)漏水,給予造成水庫庫壩區(qū)滲漏的約占總數(shù)的60%～70%,放水涵洞、涵管破碎、斷裂等水利配套工程老化引起漏水的,約占總數(shù)的30%。

1.1.1 壩址選擇不合理

在石灰?guī)r地區(qū),沒有利用庫區(qū)內(nèi)壩址附近有隔水巖層的地方建壩,如某水庫,壩址距上游有隔水巖層的地方僅70m,但壩址卻選在灰色、白云巖和溶塌角礫巖上,巖溶發(fā)育,因而庫水向外滲漏。

1.1.2 壩基基礎(chǔ)處理不當(dāng)

許多壩基特別是土石混合壩,清基不徹底即回填土料,且粘土鋪蓋防治層厚度太薄。如某水庫大壩(土石混合壩),壩面用粘土鋪蓋防滲,壩腳粘土鋪蓋防滲層僅有0.4～1.0m,其后即亂石堆放的壩體。蓄水后受十幾米水頭的壓力,粘土防滲層被水壓穿,庫水不斷沿堆石間隙流走。

1.1.3 壩肩處理不當(dāng)

早期修建的中小型水庫大多沒有經(jīng)過周密施工設(shè)計,搶時間,趕進度,忽視質(zhì)量,甚至把左右兩壩肩的覆蓋土取來筑壩,因而兩壩肩覆土變薄,甚至沒有覆蓋層,全部巖石裸露。在水的長期侵蝕作用下,巖石沿節(jié)理裂隙溶蝕,久而久之就發(fā)育成滲水通道而滲漏,或剩下的薄層覆蓋土被水壓穿而出現(xiàn)漏水。

1.1.4 壩前末設(shè)防滲鋪蓋

對于土石壩和土壩,壩前防滲鋪蓋是不可缺少的防滲措施,然而在20世紀50年代末興建的許多小型土石壩和土壩均未設(shè)壩前防滲鋪蓋,也無其它防滲措施。

1.2 壩體裂縫

由于壩體出現(xiàn)裂縫的約占中小型水庫總數(shù)的20%～30%,溢洪道不安全及影響壩腳的約占總數(shù)的20%。壩體構(gòu)筑質(zhì)量低劣,裂縫叢生,壩體質(zhì)量低劣且沒有溢洪道,如遇大洪水很有可能垮壩或因泄洪不暢發(fā)生洪水漫壩,危及運城市區(qū)的安全。

1.2.1 溫度因素影響

在北方地區(qū),冬夏溫差較大,受熱脹冷縮作用,壩面護坡塊石經(jīng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)。尤其是冬季,冰面與壩體相接處,由于冰推動作用,使處于不穩(wěn)定的護坡塊石運動加劇,形成隆起、堆積,冰面融化后,隆起堆積起來的護坡塊石又自由滑落下來,難以恢復(fù)原狀,長此以住,護坡遭到破壞。

1.2.2 施工質(zhì)量問題

壩體斷面不安全,填筑質(zhì)量差,壩肩與岸坡接茬不良,在施工中清基不徹底。土壩塊石護坡在施工過程中,常常由于塊石砌筑不緊密墊層不實,經(jīng)長期自然沉落和冰脹、水沖等綜合作用,使護坡體局部坍陷、下滑,個別塊石從護坡體中擠出在外,造成整個壩坡凸凹不平,產(chǎn)生裂縫。

1.3 庫岸失穩(wěn)

1.3.1 浪蝕作用

中小型水庫多位于山間峽谷,風(fēng)速小,水庫彎道多,吹程較小,故風(fēng)浪作用一般較小。一般出現(xiàn)塌岸的中型水庫多屬于平原水庫,一般頻繁出現(xiàn)的風(fēng)浪坡高為40～60cm,有時可達100cm以上,浪蝕作用大。而中小型水庫風(fēng)浪波高多在10～20cm,受浪蝕作用較小。

1.3.2 浸泡與重力作用

水庫蓄水后,庫岸長期在水的浸泡作用下,巖土產(chǎn)生了物理化學(xué)、孔隙靜水壓力和動水壓力等效應(yīng),并引發(fā)的中小型滑坡、崩塌和泥石流等,對水庫的安全運用和水土保持以及庫岸邊人民生命財產(chǎn)的安全都構(gòu)成了較大的威脅。

1.4 水庫淤積

中小型水庫中部分水庫淤積嚴重。由于淤積嚴重,使一些水庫己無效益,防洪和興利矛盾十分突出。分析其主要原因:一是水庫上游水土流失嚴重;二是水庫本身缺少排沙底洞,累計淤積所致。據(jù)統(tǒng)計,70%～85%的水庫防洪標(biāo)準偏低,主要原因是洪水分析成果不準,防洪標(biāo)準偏低,泄洪能力不足。

1.5 水庫配套工程設(shè)施不完善

主要表現(xiàn)在閘門、啟閉設(shè)備運行困難,泄洪不暢、關(guān)閉不嚴,有的溢洪道、放水涵洞發(fā)生裂縫甚至塌陷毀壞。另外,護坡塊石被翻撬、搬動、堆積時有發(fā)生,管理單位又不能及時整修,致使破壞越來越重。

2 病險水庫的加固處理措施

2.1 防滲措施

2.1.1 柔性防滲

對大面積滲漏而無集中滲漏通道的庫壩區(qū),且坡度在24°以下的大壩和壩肩,或有集中滲水通道又有面上滲流的庫壩區(qū),只要對集中漏水通道先作處理 (如開挖回填混凝土塞或是自流灌水泥漿、水泥砂漿等封堵),均適宜用柔氈鋪蓋防滲,但使用柔氈鋪蓋防滲的關(guān)鍵是:接頭一定要搭接好,周邊固結(jié)措施要得當(dāng),且最好是用混凝土截水墻截到隔水巖層或不透水部位上,共同組成防滲體。

2.1.2 剛性防滲

即混凝土防滲,適宜覆土較薄、坡度在25°～45°之間的巖石基面的岸坡滲漏區(qū),其關(guān)鍵是根據(jù)所受水頭選好混凝土標(biāo)號、鋪蓋的厚度和確定水灰比。施工時,應(yīng)打掉巖基面的尖角,清除面上的泥垢、油污等雜質(zhì)和強風(fēng)化的破碎巖石,用水洗凈后(最好使用高壓水沖洗)墊上2～3cm厚的水泥砂漿,然后澆筑混凝土?；炷翝仓駬v密實,養(yǎng)護2ld。對大面積的混凝土防滲鋪蓋要作分塊處理,每塊尺寸以4m×5m為宜,塊間分縫處作好止水處理。

2.1.3 水泥砂漿砌石勾縫防滲

該方法適宜庫岸坡度較陡(坡度在45°以上)、基面為巖面且覆土不厚的庫岸坡和水頭較低的壩體迎水坡面防滲。防滲砌體厚度根據(jù)水頭選定。砌筑要求平整、穩(wěn)定、密實,座漿及豎縫砂漿填塞要飽滿密實,豎縫填塞砂漿后應(yīng)插搗至表面泛漿為止,勾縫前必須將縫槽沖洗干凈,不得殘留灰渣和積水,勾縫完成后養(yǎng)護21d。

2.1.4 防滲帳幕灌漿

這種措施適用于壩基和壩肩的深部漏水防滲。其技術(shù)主要是確定孔深、孔距、布孔方式、布孔排數(shù)和選好漿液的配合比,確定灌漿壓力。

2.1.5 混凝土截水墻

對未設(shè)壩前防滲鋪蓋的壩體及左右岸坡,由于清除現(xiàn)有淤泥工程量大,投資大,而有的因庫水不能放干而無法清除,故只有設(shè)置混凝土截水墻或其它防滲帳幕?；炷两厮畨?yīng)截到不透水巖層上,或截到不透水部位,與其它防滲體連為整體。

2.1.6 粘土鋪蓋止漏

該方法適用于粘土料場豐富的水庫。對于已建成土壩的壩基滲漏,特別是當(dāng)不透水層比較深的情況下,一般做垂直防滲墻(或截水槽)比較困難,則采用粘土鋪蓋。粘土鋪蓋長度一般不小于3～5倍壩前水深,鋪蓋厚度一般在上游段不小于0.5m,與壩體相接處不小于1～2m。

2.2 壩體裂縫的處理措施

針對建筑物出現(xiàn)裂縫問題,對采取劈裂灌漿進行加固。

2.2.1 翻松夯壓,灌土封口

對于細小的龜裂縫、縱向裂縫,將裂縫處土料翻松,重新夯壓密實,以防止雨水侵入。對于縫寬不大于1～2cm,深度不超過1m的裂縫,用干而細的砂壤土從縫口灌入,用板條或竹板等填塞搗實,然后在縫口用粘性土封堵壓實。

2.2.2 開挖回填

對于縫寬大于2cm,深度超過1m的裂縫,則采用開挖回填的方法即將發(fā)生裂縫部位的土料全部挖出,再置新回填夯實?？v向裂縫的開挖回填,開挖槽的長度和深度都應(yīng)超過裂縫的長度和深度0.3～0.5m,如裂縫較寬較深,為便于施工和保證安全,槽底寬度一般采取0.5～1.0m,槽壁可挖成階梯形斷面。回填時再逐級削去臺階,使其保持梯形斷面,用與原壩體同類土料分層夯實,每層厚度以0.1～0.2m為宜。對于貫穿上下游的橫向裂縫,為了防止在溝槽側(cè)面新老土結(jié)合處形成集中滲流,還應(yīng)開挖結(jié)合槽,與裂縫相交成十字。結(jié)合槽間距 5～6m,槽寬 1～2m。

2.3 提高防洪標(biāo)準

嚴格按照現(xiàn)行防洪標(biāo)準進行設(shè)計,必要時根據(jù)具體情況采取加高大壩或在壩頂增設(shè)防浪墻,以滿足防洪要求。根據(jù)水庫的壩型、壩類、滋洪道所處地形位置以及土石料的開采難易情況,采取的措施有:

2.3.1 加高壩體

該方法既能增加有效庫容,又可提高防洪標(biāo)準。對于加壩方量不太大,庫區(qū)有豐富的土石科可取,運輸方便的水庫均按設(shè)計斷面加高壩體,提高防洪標(biāo)準。

2.3.2 擴大泄洪能力

對于缺乏土石料的庫區(qū),或壩體斷面不易加高的水庫,則采取拓寬滋洪道或增設(shè)非常溫洪道及復(fù)式溢洪道,以增大泄洪能力,提高防洪標(biāo)準。

2.4 防止庫岸失穩(wěn)的措施

為確保大壩的運行安全,在加固中應(yīng)對大壩增設(shè)必要觀測設(shè)施。建立以水庫為中心的通訊網(wǎng)確保汛期水庫管理所與主管部門的通訊暢通。對于淤積特別嚴重的水庫,除對水庫采用消淤措施外、特別注意對庫區(qū)上游流域面積內(nèi)進行植樹種草、防風(fēng)固沙的水土保持治理,從源頭上減少庫淤積來源。

2.5 工程管理措施

充分調(diào)查、全面收集水庫的技術(shù)資料,為水庫的安全管理積累資料,同時為水庫加固提供可靠依據(jù)。根據(jù)水庫的病害狀況,壩型、地形及土石料的分布情況,采取針對性的技術(shù)措施,按照“先險后病、先急后援、先大后小”的原則,因地制宜地制定出水庫的加固措施及年度實施計劃。確定技術(shù)可靠、施工可行、經(jīng)濟合理、效益突出的除險加固方案,編制設(shè)計計劃,報請上級主管部門批準。嚴格把住質(zhì)量關(guān),采用經(jīng)濟與行政手段,強化施工管理,根據(jù)施工進度,分期撥款,堅持嚴格的驗收制度,確保完成病險庫加固任務(wù)。

3 結(jié)論

近幾年,由于經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展快速，為了滿足工、農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展的需水要求,對各地區(qū)的部分水利設(shè)施進行了加固處理,本文在分析水庫病險原因的基礎(chǔ)上對常用的幾種處理措施進行了總結(jié)。

[1]陶麗琴.切實搞好病險水庫除險加固.中國水利報.2004-06-08