保靖縣巖溶山區(qū)病險水庫除險加固實用技術(shù)與實踐

彭宗祥 王兆輝 曾志飚 田俊波

（保靖縣水利局 湘西州 416500）

保靖縣水庫工程大多建成于20世紀(jì)50～60年代，功能單一，建筑質(zhì)量普遍存在先天不足，后天失修，積病成險的問題，且量多面廣，交通不便，投資分散，必然多病多險。由于水庫長期帶病運行，老化損壞嚴(yán)重，造成工程防洪標(biāo)準(zhǔn)降低，安全隱患突出，灌溉效益衰減。搞好病險水庫除險加固工作，事關(guān)“三農(nóng)”建設(shè)，事關(guān)農(nóng)民切身利益，事關(guān)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和社會經(jīng)濟發(fā)展，其重要性不言而喻。本文以湘西自治州保靖縣為例，對巖溶山區(qū)病險水庫除險加固實用技術(shù)與實踐等方面進行初步探討。

1 病險水庫的現(xiàn)狀和成因

保靖縣位于湖南省西北部，湘西州中部，行政區(qū)劃轄16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，國土總面積1 745.88 km2，地處武陵山脈中段（東徑 109°12′～109°50′，北緯 28°24′～28°55′。 祼露的碳酸鹽類巖石面積占總面積的40%以上。地表年徑流量豐水16.69億m3，枯水10.34億m3，其中地下水 2.17億 m3。

保靖縣在區(qū)域地質(zhì)上屬于湘西西北弧形構(gòu)造帶，故褶皺斷層十分發(fā)育。全縣共建水庫70座，重點山塘516口，山坪塘、溪河壩3 500余口，其中大（Ⅱ）型水庫一座，中型水庫2座，?。á瘢┬退畮?1座，小（Ⅱ）型水庫56座〔其中：壩高10 m以上、庫容20萬m3以上重點?。á颍┬退畮?1座，壩高10 m以下或庫容10萬m3以內(nèi)一般?。á颍┧畮?5座〕。水庫選址基本上都在砂礬巖、砂頁巖和石灰?guī)r地區(qū)，其壩型多以土壩（均質(zhì)土壩、心墻土壩、心墻砂殼壩）和砌石壩為主，經(jīng)過水庫大壩安全評價，70座水庫中除碗米坡電站大（Ⅱ）型水庫大壩新建成外，卡棚中型水庫大壩、格則湖、塘口灣、龍?zhí)?、小河寨、巖門、杜塘坪?。á瘢┬筒‰U水庫大壩通過國家資金治理外，仍有1座中型水庫（長潭水庫）、2座?。á瘢┬蜑┧畮齑髩?、排香水庫大壩已進國家計劃整治的籠子，2座大型水閘病險治理工程（獅子橋大型水閘、雙溶灘大型水閘）、56座?。á颍┬退畮齑髩渭毙柚卫恚ā笆の濉逼陂g21座進入國家計劃，35座進地方計劃），100%為“III類壩”。

根據(jù)對保靖縣69座中小型水庫大壩進行的全面排查，安全鑒定和安全評價按其成因劃分如下：

（1）建設(shè)質(zhì)量不佳。一是基礎(chǔ)處理上，壩體填筑、筑壩材料上都存在不規(guī)范的人為因素，也沒有明確的可操作的技術(shù)指標(biāo)是構(gòu)成壩基、壩肩、壩體滲漏的初始誘因。二是對壩基、壩肩、壩體滲漏結(jié)構(gòu)不明確，沒有防滲處理也十分普遍。三是巖溶滲漏主要是清基不徹底，壩體與基礎(chǔ)，壩體與兩壩肩巖石結(jié)合不密實，再就是巖石基礎(chǔ)層面節(jié)理或裂隙，斷層破碎帶繞壩滲漏及壩體變形滲漏。四是通過巖溶通道向壩下、鄰谷滲漏。全縣70座水庫除碗米坡大（Ⅱ）型水庫新建成，卡棚水庫大壩、長潭水庫大壩2座中型水庫，獅子橋水庫大壩、雙溶灘水庫大壩（大型水閘）有正規(guī)設(shè)計外，其余64座小型水庫大壩均不同程度存在這類病險問題，均沒有規(guī)范的防滲處理，也沒有建設(shè)排水反濾設(shè)施（排水棱體），加之壩體坡度過陡，夯壓不密實。忽視了“前堵”“后排”土石壩施工的基本原則。

（2）壩身壩體滲漏裂縫，及壩體局部塌陷。壩身主要有縱向、橫向裂縫和不均勻沉陷和巖溶塌陷，從而導(dǎo)致壩體開裂、滲漏涌動，69座中小型水庫大壩都屬此類壩，其中中型水庫2座，小（Ⅰ）型水庫11座，小（Ⅱ）型水庫56座。

（3）放水設(shè)施隱患重重。保靖縣69座中小型水庫除少數(shù)幾座電站水庫，打隧洞取水輸水外，其余均采用壩基上埋設(shè)涵管和鋪設(shè)在庫內(nèi)斜坡上的臥管取水。20世紀(jì)50～60年所建設(shè)的水庫多為木質(zhì)函管和石灰三合土砌石涵臥管，且管徑小，運行多年自然老化腐朽，沉陷開裂、滲漏、垮塌、堵塞而失去放水功能。

（4）溢洪道過水?dāng)嗝娉叽绮粔颍^水能力不足，局部滑坡垮堵，出現(xiàn)此類問題的水庫，除幾座壩頂溢流的電站水庫外，其余均存在此類病險問題，11座?。á瘢┬退畮煊?座存在此類問題，56座?。á颍┬退畮斐?座屬混凝土砌石壩外，其余52座均存在類似病險問題。其中21座重點?。á颍┬退畮齑髩危?5座?。á颍┬退畮齑髩?。

（5）白蟻危害導(dǎo)致滲漏，由于白蟻滋生，蟻道貫穿大壩上下游，在水位上升期易發(fā)生集中滲漏。

（6）建庫時庫內(nèi)取土挖傷了庫底表層，破壞了相對不透水層，而造成庫底滲漏。

（7）庫區(qū)地質(zhì)裂隙滲漏等。

（8）由于缺乏水庫的有效管理，發(fā)現(xiàn)有問題沒有資金進行有效及時處理，長期帶病運行，先天不足，后天失修，積病成險，造成因小失大的人為因素等。

歸納起來主要是地質(zhì)問題、質(zhì)量問題、資金問題、管理問題。

2 病險水庫治理技術(shù)（方案）

病險水庫整治“十一五”已納入各級水利部門重要議事日程，保靖縣69座病險水庫中國家資金2 800余萬元先后整治了1座中型水庫（卡棚水庫）、6座?。á瘢┬退畮欤ǜ駝t湖、龍?zhí)?、小河寨、塘口灣、巖門、杜塘坪），地方自籌資金（以工代震資金、扶貧資金）對一些重點?。á颍┬碗U庫進行了局部除險加固，通過近年來病險水庫除險加固，工程實踐其治理技術(shù)切實可行，效果明顯。

（1）大壩止漏技術(shù)（防滲）。一是帷幕灌漿用水泥對巖溶地基實行固結(jié)和對壩體進行帷幕灌漿止漏 （防滲）；二是高壓旋噴灌漿形成水泥柱狀幕墻止漏（防滲）；三是沖抓套井回填，利用專業(yè)機械將土壩心墻內(nèi)滲漏層如原壩基清基不徹底的腐植土，淤泥取出，更換新的防滲土料，通過機械按規(guī)程分序夯壓滿足技術(shù)指標(biāo)，形成無數(shù)的緊密相連的新土柱，從而達到防滲之目的，降低壩體浸潤線；四是大壩按設(shè)計坡比培厚整形，然后采用土工膜鋪蓋防滲止水，同時按設(shè)計規(guī)程要求加上一定厚度的粘土、通過數(shù)遍夯壓，達到設(shè)計要后時鋪上10 cm厚粗砂再進行干砌塊石、漿砌塊石（不少于0.3 m）、C20混凝土面板、C20預(yù)制混凝土六方塊（一般厚度不少于0.08 m～0.12 m）護坡。

（2）涵臥管止漏（防滲）技術(shù)。一是根據(jù)實際情況翻修；二是涵管環(huán)形高壓灌漿或鋁片止水（多采用壩高10 m以內(nèi)挖壩進行涵管施工的；三是對原涵管過水?dāng)嗝婊蚴┕嗝孑^大，便于施工的采用新的化學(xué)材料對砼表層，凃?qū)又孤?；四是對漏水?yán)重，不能便于修補的，另選址打隧洞作放水設(shè)施，只要資金條件、地質(zhì)條件許可這一方案應(yīng)推廣，比壩基上修涵管有維護管理方便、安全等優(yōu)點，臥管應(yīng)改表層取水裝置 （表層取水裝置主要缺點不便于維護管理）為表層放水活門、放水操作簡單易行、管理維護方便、安全可靠，只要滿足必要的技術(shù)參數(shù)，其優(yōu)點多多，可廣泛用之（通過近10年運行，效果十分明顯）。

3 病險水庫治理實踐

保靖縣是一個巖溶山區(qū)，巖溶面占總面積40%以上，在已建的69座中小型水庫中有50座水庫座落在巖溶地基之上，因巖溶地質(zhì)問題致使水庫成為病險水庫，已治理的幾座?。á瘢┬筒‰U水庫我們均采用了“帷幕灌漿”，高壓旋噴灌漿，“堵塞”、“鋪蓋”、“圍截”、“壓腳”、“排氣”、“開挖”、“導(dǎo)流”，增設(shè)排水棱體等實用技術(shù)實踐所進行的綜合治理都取得了較為明顯的效果：

（1）保靖縣塘口灣水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪，縣城供水、養(yǎng)魚等綜合效益的重點?。á瘢┬退畮欤瑤烊?22.4萬m3，正常庫容300萬m3，其灌區(qū)轄一鄉(xiāng)兩鎮(zhèn)，設(shè)計灌面7 600余畝，大壩為均質(zhì)土壩，大壩座落在強風(fēng)化的溥層泥質(zhì)灰?guī)r上，建基面10 m范圍內(nèi)的基巖上節(jié)理裂隙溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，透水率在（14.37～15.58）Lu之間，因此壩基、壩肩滲漏嚴(yán)重，3處集中滲漏點，總滲漏量達8 L/s，壩腳常年滲漏，量達20 L/s，沼澤面積70 m2。水庫于1974年9月動工興建，1975年8月水庫建成開始蓄水運行、蓄水初期下游壩坡出現(xiàn)了散浸現(xiàn)象80 m2，1979年大壩左岸距壩頂5.00 m處出現(xiàn)一個直徑3.00 m，深4.0 m的塌坑，2005年大壩左端內(nèi)坡馬道與山體接合處又出現(xiàn)了漏污旋渦，其滲漏水從涵洞內(nèi)流出，并帶有壩體土顆粒。1998年、2008年水利局曾兩次對壩體、壩基險情進行灌漿處理為主，“鋪蓋”、“堵塞”、“排氣”、“導(dǎo)流”為輔治理技術(shù)，造孔200 余 m，進尺 8 000.0 m，耗水泥 2 000 t，粘土 200 m3，形成防滲鋪蓋面積15 000 m2左右，其病險得到基本控制。壩身與基礎(chǔ)接合處采用高壓旋噴灌漿，大壩死水位以上采用復(fù)合土工膜鋪蓋并通過粘土、混凝土面板、混凝土六方塊進行護坡保護處理。經(jīng)過3年的運行檢驗，效果明顯。

（2）巖門水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)魚、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水等綜合效益的重點?。á瘢┬退畮?，為粘土心墻砂殼壩、最大壩高25 m，壩軸長80 m，總庫容127.3萬m3，正常庫容103.4萬m3，設(shè)計灌溉2 500畝及庫下近3 000人安全飲水。地基為強風(fēng)化砂頁巖，泥灰粉砂巖，建基面以下5.0m范圍內(nèi)基巖節(jié)理裂隙，巖石較破碎，透水率在（48.61～71.17）Lu之間，大壩建成運行30余年，問題多多，壩頂沒有達到設(shè)計高程就下馬停工，且壩坡過陡，壩頂壩坡沉陷、變形，多處局部坍塌，最大深度為0.7m。下游壩坡散浸嚴(yán)重，總面積達120m2，壩腳有4處較大集中滲漏點，滲漏量達2.1L/s。

水庫于1970年10月動工興建，1972年8月水庫建成蓄水運行。1977年7月11日至12時，水庫出現(xiàn)險情，經(jīng)過500余人20個小時激力奮戰(zhàn)，大壩才沒潰壩。但壩體變形嚴(yán)重，壩腳滲水越來越嚴(yán)重，滲漏水中可見粘土顆?；蛏绊搸r顆粒，2010年國家資金對大壩壩基、壩肩進行帷幕灌漿，基巖鉆孔305 m，帷幕灌漿315 m，壩體進行了高壓旋噴灌漿，造孔187 m，灌漿1 870 m，土體鉆孔700 m，止住了壩身、壩腳漏水，大壩內(nèi)外坡進行了培厚整形，內(nèi)坡拋石護腳，混凝土六方塊護坡，外坡草皮護坡，增設(shè)了防蓄板和壩腳排水設(shè)施（排水棱體），對原老涵管進行了封堵，新開一條長120 m的隧洞放水、新建了臥管，更新了表層取水裝置，重新安裝了放水活門；新建了溢洪道和泄洪渠（溝），工程經(jīng)除險加固后，通過蓄水運行，汛期的檢驗，運行正常，達了設(shè)計效果。

（3）杜塘坪水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、兼顧防洪、養(yǎng)魚、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水等綜合效益的重點小（Ⅰ）型水庫，總庫容122.9萬m3，正常庫容105.0萬m3，設(shè)計灌溉面積2 560畝及近3 000人安全飲水。大壩為均質(zhì)粘土壩，最大壩高20 m，壩頂寬4.5 m，壩頂軸長141 m，壩頂高程762.60 m，大壩座落在強風(fēng)化的深層泥質(zhì)條帶灰?guī)r上，建基面5.0 m范圍內(nèi)的基巖節(jié)理裂隙，溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，透水率在（7.45～39.90）Lu 之間，因此，壩基、壩肩滲漏嚴(yán)重，壩腳有常年滲水、總滲水量達13 L/s，。

大壩于1966年10月動工興建，1973年12月建成蓄水，運行30多年來，特別是近年來，大壩滲漏現(xiàn)象日越嚴(yán)重，下游壩坡752.60 m處有滲漏，流量達5 L/s，壩外坡馬道下浸潤線高程（752～744）m，滲量達 5 L/s，沼澤化面積達225 m2，2009年國家資金對工程所存在的問題進行了整治，對壩基、壩肩采用了帷幕灌漿，土體鉆孔807 m，基巖鉆孔477，灌漿610 m。壩體壩身進行沖抓套井回填2 280 m（土料干容重1.36 g/cm2），對壩頂高程不夠的增設(shè)防浪墻加高壩頂，壩外坡過陡的培厚整形，內(nèi)坡亦增加混凝土面板或混凝土六方塊護坡，大壩外坡培厚整形后草坡護坡的同時增設(shè)了防蓄板，壩坡腳增設(shè)排水設(shè)施 （排水棱體）。也對溢洪道、放水涵臥管進行了全面整治，更新了表層取水裝置，重新安裝了放水活門，通過汛期洪水的檢驗，已全面達到設(shè)計所要的效果。

以上3座病險水庫治理成果均得到了省水利廳及水利部稽查專家的充分肯定和好評。