山區(qū)小型水庫除險加固常用技術(shù)探討

溫首威，張國浩

(梅州市水利水電勘測設(shè)計院，廣東 梅州 514021)

大埔縣位于廣東省東北部的韓江中上游，地處N24°01＇～N24°41＇，E 116°18＇～E116°56＇，東北緊靠福建省平和縣、永定縣，東南連接饒平縣，西依梅縣，南鄰豐順縣，全縣總面積2 467 km2，全縣人口50 多萬?？h境山脈為北南走向，四周高，中間低，層巒起伏，千巖萬壑，縱橫交錯，森林覆蓋率高，植被情況良好。

1 病險水庫情況

全縣境內(nèi)分布有小型水庫幾十宗，總庫容3 000 多萬m3，其壩型多為均質(zhì)土壩。這些水庫的建成，對大埔縣的防洪、灌溉、供水、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，發(fā)揮了巨大的社會和經(jīng)濟效益。但由于上述大部分水庫均建于20 世紀60—70年代，限于當(dāng)時的特殊歷史時期和施工條件，這些小型水庫多為農(nóng)民投勞所建的“三邊”(邊勘測、邊設(shè)計、邊施工)工程，在施工過程中出現(xiàn)的不可預(yù)見性、隨意性較大，工程的質(zhì)量難以得到有效保障，留下不少安全隱患［1］。

在這些病險水庫普遍存在的問題當(dāng)中，又主要涉及以下3個大的方面:

1)防洪標(biāo)準(zhǔn)不達標(biāo)。受限于當(dāng)時的自然社會經(jīng)濟條件和建造者自身的專業(yè)技術(shù)水平，工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，達不到行業(yè)的規(guī)程、規(guī)范的要求。

2)施工質(zhì)量差。由于水庫多為群眾投勞所建，未嚴格按照基本建設(shè)程序進行工程建設(shè)，且受限于當(dāng)時的施工技術(shù)水平和機械設(shè)備，施工質(zhì)量尤其是壩體的土方填筑質(zhì)量難以保證。

3)管理滯后。由于工程的建成時間久遠，后續(xù)的管理思路和手段跟不上，加上配套的維護資金緊張、短缺，日積月累，就出現(xiàn)了設(shè)備老化及年久失修甚至失管的情況，留下了各種安全隱患。

這些病險水庫的存在，不僅影響到水庫發(fā)揮其應(yīng)有的工程效益，更嚴重威脅到水庫下游的群眾生命和財產(chǎn)的安全。

因此，針對山區(qū)小型水庫出現(xiàn)的具體問題，選取有針對性的、合理可行的加固除險措施就顯得尤為重要。大埔縣小型水庫主要存在的問題又具體表現(xiàn)為以下幾方面:

1.1 大 壩

1.1.1 壩基處理不徹底，壩基滲水

水庫大壩為均質(zhì)土壩，但由于受當(dāng)時的經(jīng)濟和技術(shù)條件制約，壩體在填筑時均未能達到設(shè)計要求，大壩建成后運行時間較長，后期的管理又跟不上，加上白蟻、鼠洞對壩體的破壞，造成壩體滲漏量大，壩后坡出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

1.1.2 坡面防護不足，受水流沖蝕

大壩前坡多為壩體填土面，坡面無護坡設(shè)施，或有不完整的漿砌石、混凝土護坡，在遭受風(fēng)浪的長期淘刷后造成壩坡不平整;壩后坡、壩肩處未設(shè)置排水溝，受降雨水流沖刷，坡面變形較嚴重，局部坡面出現(xiàn)壩坡表土流失，出現(xiàn)道道沖溝;有的土壩后坡原設(shè)計有草皮護坡，但由于種種原因，壩體后坡雜草、灌木叢生，有些甚至種上了果樹。

1.1.3 壩體單薄，施工質(zhì)量欠佳

壩前后坡坡比較陡，不少上下游坡比均達不到1∶2，進行壩坡穩(wěn)定計算時，不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，加上壩體的填土土質(zhì)較差，后期碾壓不實。

1.1.4 壩體損壞缺失

不少大壩壩后的反濾、排水棱體設(shè)施缺失或者損毀，壩后的滲水不能順暢導(dǎo)出，造成坡面長期浸潤、泌水，存在較大的安全隱患。部分壩體的鉆探資料及現(xiàn)場壓水試驗揭示，壩體填土滲透系數(shù)較大，壩基滲透較大，存在較大的安全隱患。部分土壩的壩頂迎水面布置有漿砌石防浪墻，但由于運行已久，防浪墻不連續(xù)，部分缺失、破損現(xiàn)象也常見，不能正常發(fā)揮作用。

1.2 溢洪道

1)不少大壩的溢洪道均存在泄水流道尺寸過小的問題，當(dāng)上游洪水夾帶樹枝、木頭等一些沖刷物時，就會阻礙其正常泄洪，甚至導(dǎo)致孔口堵塞，使水位快速上升，進而危及大壩的安全。

2)現(xiàn)有溢洪道底板受水流的沖刷，不少都已損壞嚴重，漿砌石襯砌已基本脫落，泄流面坑坑洼洼。

3)溢洪道的消能設(shè)施，不少也已被洪水沖毀，不能發(fā)揮消能防沖的作用;另有部分水庫的溢洪道陡槽段出水口正對土壩壩腳，下泄洪水時直沖壩腳基，存在嚴重的安全隱患。

4)設(shè)有閘門控制的溢洪道，則部分出現(xiàn)閘門銹蝕、漏水嚴重的現(xiàn)象，配套的啟閉設(shè)備不少是已經(jīng)超出了正常使用年限;由于設(shè)備年代長久廠家已經(jīng)停產(chǎn)，就更難以進行日常的檢修、維護，而配套資金的不足又導(dǎo)致設(shè)備的更換長期處于置空狀態(tài)。

1.3 輸水涵管

部分山區(qū)小型水庫的輸水涵管為混凝土管或為瓦管，少量為鋼管，運行一段時間后容易出現(xiàn)裂縫、漏水、剝蝕，且放水洞的周邊因此沖刷而產(chǎn)生破壞，產(chǎn)生滲漏的通道。造成輸水涵管的進水口和涵管強度下降，不能滿足使用要求;閘(閥)、拉桿、蓋板等開閉裝置老化、銹蝕、變形、磨損的現(xiàn)象也很普遍。

1.4 運行管理

1)受建設(shè)年代社會經(jīng)濟條件限制，山區(qū)小型水庫多無任何通訊設(shè)施及觀測設(shè)施等設(shè)備，直接影響到工程的運行管理。

2)缺乏一套切實可行、長期有效的建后管理機制，就更加談不上制度的落實和執(zhí)行了。

2 常用的加固除險措施

2.1 壩體加固

壩體加固多采用前坡削緩，后坡培厚的方式，上游壩坡削坡后坡率為1∶2.5，下游壩坡率為1∶2.5，采用“前削后補”方法對上下游壩坡進行整平培厚。壩頂寬度可取為5～6 m，壩頂路面為瀝青混凝土路面，上游的迎水面布置防浪墻，下游設(shè)路緣石，將路面的排水口與壩體橫向的排水溝相連。

2.2 壩體、壩基灌漿

針對壩體、壩基出現(xiàn)的滲水現(xiàn)象，通?？刹捎眠m應(yīng)性廣泛的充填灌漿或高壓噴射灌漿的方式進行加固。對于處理深度＞20 m的復(fù)雜地層可按2 排或3排進行布孔，使高噴樁形成堵水帷幕，孔距為1.73 R(R 為旋噴固結(jié)體半徑)，排距為1.5 R，灌漿孔沿壩軸線布置，鉆孔深度至壩基以下1.0～1.5 m。針對部分壩體白蟻危害比較嚴重的情況，可在誘殺白蟻的同時對壩體蟻巢進行灌漿處理。

2.3 上、下游護坡

上游壩坡正常蓄水位以下高程，可以采用現(xiàn)澆混凝土護坡，護坡下鋪設(shè)粗砂和碎石反濾兼墊層之用?；炷磷o坡應(yīng)分塊澆板，隔縫處可以用厚20 mm的瀝青木板分隔。為穩(wěn)定混凝土護坡，可在坡腳處設(shè)一道高1.5 m左右的小齒墻。正常蓄水位以上高程則可考慮采用鏤空式預(yù)制塊護坡，在保證護坡功能的前提下，還能美化、綠化庫區(qū)。

下游壩坡多為草皮護坡，考慮坡面排水需要，可在馬道內(nèi)側(cè)設(shè)一條縱向排水溝，橫向每50 m設(shè)一條、總數(shù)不小于兩條的排水溝，縱橫排水溝須相互連通，水溝底高程以一定的比降布置，以利于坡面水能及時排凈。

2.4 壩后排水、反濾

對于缺失或者失效的反濾棱體的水庫，則需重新設(shè)計其下游坡腳的反濾棱體。反濾棱體頂高高出浸潤線的溢出點，且高于下游最高水位0.5 m以上，棱體頂寬1～2 m，上游坡比1∶1，下游坡比1∶1.5或者1∶2，棱體坡腳設(shè)、集滲溝、排水溝。棱體與壩體的接觸面，應(yīng)按一定的級配作為砂、石反濾體。

2.5 溢洪道

宜將溢洪道布置成開敞式溢洪道，對于原有老舊閘門、啟閉機的在加固除險中應(yīng)一并更換或重新設(shè)計。溢洪道布置時，其軸線應(yīng)盡量取直線，如因工程需要轉(zhuǎn)彎，則宜設(shè)在進水渠或出水渠段等流速小、流態(tài)穩(wěn)定的部位。溢洪道的泄槽段底板宜保持為一個固定的比降，以利于泄洪時的出流順暢，其基礎(chǔ)應(yīng)盡量布置在原山體、堅實新鮮的基巖上。溢洪道邊墻尤其是靠近壩身填土區(qū)一側(cè)的邊墻，往往受到壩后坡培厚、加高的影響而需重新設(shè)計，需同時滿足摻氣后水深、墻頂超高、后坡填土高度的要求。

另外，不少溢洪道加固設(shè)計時會遇到其軸線與灌渠、橋梁等建筑物相交叉的情況。我們可以保持溢洪道軸線、泄槽段縱向坡比不變的前提下，將相交處的灌渠、橋梁等交叉建筑物設(shè)計成上穿式，灌渠、橋梁從溢洪道上部跨過的型式。

最后，就是修復(fù)或者重建下游不符合要求的消能設(shè)施。這可從工程所在地的地形、地質(zhì)條件、泄流量等方面來綜合考慮。

2.6 輸水涵管

對于淤塞嚴重的涵管，可將原有涵管封堵，在合適的位置重新布置滿足要求的輸水涵管;對于部分出現(xiàn)裂縫或者漏水并不嚴重的涵管，可采用內(nèi)套鋼管的方式進行加固，新舊管之間的空間可以用灌漿的方式充填密實。無論是哪種方式，涵管應(yīng)宜采用鋼管外包混凝土的型式。結(jié)合大埔的實際情況，小型水庫的輸水涵管多采用手電兩用斜拉式啟閉機，不僅操作簡單、實用、可靠，而且可以大大節(jié)約工程投資，這對經(jīng)濟欠發(fā)達的梅州山區(qū)縣來說更有實用意義。

2.7 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

對于存在原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低、壩頂高程不足等問題的小型水庫，可按行業(yè)現(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范的要求，重新復(fù)核后視具體情況采取工程措施。

2.8 制度管理

俗話說“三分建、七分管”，再好的設(shè)施、再先進的設(shè)備，如果疏于管理和維護，也不能長久發(fā)揮工程效益。因此，在做好山區(qū)小型水庫加固設(shè)計的同時，建立并落實好有效的建后管理機制，這點對于大多數(shù)庫區(qū)較偏遠、交通不便的山區(qū)水庫來說同樣具有重要意義。

3 結(jié)語

小型水庫除險加固工程措施比較簡單，工程的投資也不大，但水庫的運行直接關(guān)系到下游群眾的生命財產(chǎn)安全，因此絕對不能輕視工程的設(shè)計。

做好山區(qū)小型水庫的除險加固工作，在新的歷史時期，更具有重要的社會和經(jīng)濟效益:①可以提高水庫的安全度，充分發(fā)揮其防洪減災(zāi)的功能;②可以改善水庫的運行管理條件，通過除險加固小型水庫可以配套建設(shè)水庫防汛搶險道路、觀測設(shè)施、雨情測報系統(tǒng)，改善水庫的運行、管理條件;③可以改善水庫周邊的生態(tài)環(huán)境，通過實施除險加固工程，可將加固后的水庫打造為休閑、旅游場所，成為新農(nóng)村建設(shè)的一大亮點。

［1］陳書明.芻議小型水庫除險加固［J］.黑龍江水利科技，2012，40(09):251－252.