江蘇省小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案及主要措施淺析

姚懷柱 諸曉華 徐麗娜

（1.江蘇省蘇北供水局，江蘇南京 210029；2.江蘇省水利廳工程管理處，江蘇南京 210029）

我省共有小型水庫(kù)860座，其中，小（1）型 267座，?。?）型 593座，總庫(kù)容9.85億m3，主要分布在南京、無(wú)錫、徐州、常州、連云港、淮安、揚(yáng)州、鎮(zhèn)江、宿遷等9市39個(gè)縣（市、區(qū)）。多年來(lái)，這些小型水庫(kù)在防洪保安、農(nóng)業(yè)灌溉、水源調(diào)蓄、生態(tài)保護(hù)等方面發(fā)揮了重要作用，為促進(jìn)全省國(guó)民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展、保障社會(huì)和諧穩(wěn)定作出了巨大貢獻(xiàn)，特別是為丘陵山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)作物結(jié)構(gòu)調(diào)整和人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供了水資源供給和防洪安全保障。但我省小型水庫(kù)大多建于上世紀(jì)50、60年代，限于當(dāng)時(shí)歷史條件，工程標(biāo)準(zhǔn)低，存在先天不足，給水庫(kù)安全運(yùn)行留下了很多隱患，加之后期投入不足，工程老化失修嚴(yán)重。經(jīng)安全鑒定，全省共有790座小型水庫(kù)存在不同程度的工程隱患，部分水庫(kù)已危及安全運(yùn)行。為此，自2004年以來(lái)，我省開展了一場(chǎng)歷時(shí)8年、總投資20億元的790座小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作。本文對(duì)加固方案及主要措施進(jìn)行總結(jié)、分析。

1 工程加固原則及主要范圍

依據(jù)工程安全復(fù)核、檢查認(rèn)定結(jié)果，工程實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題，水庫(kù)安全鑒定結(jié)論，從防洪安全角度出發(fā)，兼顧綜合效益的發(fā)揮，遵循加固措施安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，既有針對(duì)性，又相對(duì)統(tǒng)一的原則，在加強(qiáng)管理的前提下，重點(diǎn)對(duì)水庫(kù)壩體、溢洪道（閘）、涵洞等主要水工建筑物進(jìn)行除險(xiǎn)加固，確保防洪安全，同時(shí)健全必要的管理設(shè)施，為水庫(kù)管理創(chuàng)造基本條件。

2 工程加固措施及主要內(nèi)容

工程加固方案涉及的水文水利計(jì)算，抗滑、抗?jié)B穩(wěn)定復(fù)核等設(shè)計(jì)內(nèi)容，在安全鑒定時(shí)已按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行了計(jì)算，加固設(shè)計(jì)實(shí)施方案主要以安全鑒定的結(jié)論為基礎(chǔ)，針對(duì)具體存在問題，在多方案分析比較的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)加固措施。

壩體防洪安全首先是壩頂高程滿足防洪要求，壩體抗滑、抗?jié)B穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，其次是迎、背水坡坡面防護(hù)設(shè)施和壩后護(hù)壩地范圍滿足工程運(yùn)行要求，同時(shí)有必要的管理設(shè)施。

小型水庫(kù)工程加固內(nèi)容包括壩體、溢洪道（閘）、涵洞等主體建筑物加固和工程管理設(shè)施增設(shè)等。壩體加固內(nèi)容主要有：壩頂加高、加寬，壩身防滲、抗滑處理，新建或整修迎水面護(hù)坡，新建或修復(fù)背水坡排水設(shè)施，壩腳護(hù)壩地范圍填塘固基等。溢洪道（閘）加固內(nèi)容有：拆建或拆除擴(kuò)建溢洪道（閘），局部維修加固，更換閘門、啟閉機(jī)等。涵洞加固包括拆除、拆建、局部加固幾種類型。具體加固措施綜述如下：

2.1 壩體

2.1.1 壩頂

（1）壩頂加高。對(duì)于壩頂不封閉水庫(kù)，主要采用加筑土方的方法使之實(shí)現(xiàn)防洪交圈。對(duì)壩頂高程不足的水庫(kù)根據(jù)實(shí)際情況可采用兩種加固措施：一是加大溢洪道斷面，降低水庫(kù)洪水位，二是加高壩頂，以滿足防洪要求?？紤]大部分水庫(kù)壩頂均無(wú)防汛道路，當(dāng)壩頂高程不足較小時(shí)，可結(jié)合修建壩頂防汛道路以滿足防洪要求；當(dāng)壩頂高程不足較大時(shí)，需對(duì)拓寬溢洪道降低洪水位與壩頂加高進(jìn)行方案比較，在此基礎(chǔ)上確定加固措施。主要加固措施有：壩頂加筑土方或增設(shè)擋浪墻、拓寬溢洪道、加高壩頂與拓寬溢洪道相結(jié)合等。其中，壩頂加筑土方與增設(shè)擋浪墻兩方案還需視庫(kù)周土源情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較后確定。增設(shè)擋浪墻后，墻后壩頂不低于校核洪水位，擋浪墻高出壩頂不大于1.2 m。

（2）壩頂加寬。對(duì)于壩頂寬度不足的水庫(kù)，主要采用壩頂“戴帽子”方法在上、下游側(cè)復(fù)土加寬壩頂，加固后?。?）型水庫(kù)壩頂寬不小于4 m，小（2）型水庫(kù)壩頂寬不小于3 m。

2.1.2 壩身

現(xiàn)狀壩身主要存在問題是抗滑、抗?jié)B穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，迎、背水坡防護(hù)不適應(yīng)工程安全運(yùn)行要求。

2.1.2.1 抗滑穩(wěn)定加固

（1）抗滑穩(wěn)定影響因素分析。壩體抗滑穩(wěn)定性主要影響因素包括壩身高度，上下游水位及水位差，壩體填筑材料和壩基土的物理、力學(xué)性質(zhì)，壩體所承受的荷載，壩體的斷面等，壩體抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求的水庫(kù)，主要原因是壩體、壩基中有軟弱土層，或壩坡較陡。

（2）抗滑穩(wěn)定加固措施。由于現(xiàn)有壩高不能降低，壩體、壩基土質(zhì)條件難以改變，壩體抗滑穩(wěn)定加固主要從加大壩體斷面、放緩壩坡坡比，增加壩體抗滑力角度考慮，主要加固措施包括增設(shè)抗滑平臺(tái)或抬高護(hù)壩地高程。對(duì)一些壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算滿足規(guī)范要求，但運(yùn)行中出現(xiàn)過險(xiǎn)情，壩高大于10 m，或壩高為10～15 m、坡比陡于1∶2，或壩高大于 15 m、坡比陡于1∶2.5時(shí)，考慮在背水面增設(shè)一平臺(tái)，平臺(tái)高程一般位于壩高1/3～1/2處，頂寬4 m，以滿足機(jī)械施工要求。增設(shè)壓重平臺(tái)土體要有較好的透水性，盡可能采用砂壤土，增設(shè)平臺(tái)土體與原壩面間需設(shè)置導(dǎo)滲、排水設(shè)施。

2.1.2.2 抗?jié)B穩(wěn)定加固

壩體滲漏原因主要有：壩身較高，壩身單薄，坡比較陡，滲徑長(zhǎng)度不足；壩體填筑質(zhì)量差，密實(shí)性差，存在滲流通道；白蟻危害嚴(yán)重；壩體填筑時(shí)，與壩基及兩側(cè)山體接觸處未清理或清理不徹底，未設(shè)截水槽等截水設(shè)施；壩身分期填筑時(shí)，接觸面沒有處理；兩側(cè)山體繞滲。除兩側(cè)山體繞滲對(duì)壩體安全影響較小外，其余幾個(gè)因素都直接影響壩體安全。

（1）防滲處理方案比選。壩體防滲處理包括截滲和導(dǎo)滲兩個(gè)方面。截滲形式有垂直防滲和水平防滲，對(duì)于均質(zhì)土壩壩體而言，垂直防滲措施更為徹底、有效。一般垂直防滲措施有：垂直插塑、高壓定噴、混凝土防滲墻、多頭水泥攪拌樁、劈裂灌漿、振動(dòng)沉膜、迎水面鋪膜、粘土心墻等。粘土心墻主要用于新筑壩，一般加固工程不考慮該方法。高壓定噴、混凝土防滲墻、振動(dòng)沉膜造價(jià)較高，對(duì)小型水庫(kù)而言，使用不經(jīng)濟(jì)。垂直插塑、多頭水泥攪拌樁雖然造價(jià)較低，但考慮小型水庫(kù)壩體中小塊石、碎石含量高，最大直徑在10 cm以上，且深度也有一定限制，一般也不作為水庫(kù)壩體防滲處理的主要方案。劈裂灌漿在不少小型水庫(kù)防滲處理中得到應(yīng)用，有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。迎水坡鋪膜雖然價(jià)格較高，但考慮即使不采用該方案，迎水面護(hù)坡也需進(jìn)行翻砌，結(jié)合迎水坡護(hù)坡加固進(jìn)行鋪膜，其實(shí)際造價(jià)并不高。綜上所述，小型水庫(kù)的垂直防滲措施一般采取劈裂灌漿和迎水面鋪膜兩種方案，壩基透水性大、深度深時(shí)，也可采用在壩腳插塑、壩坡鋪膜相結(jié)合的加固方法。水平防滲有迎水面設(shè)粘土鋪蓋和背水面設(shè)置壓滲平臺(tái)兩種。迎水面粘土鋪蓋一般結(jié)合壩頂加高或迎水坡抗滑處理時(shí)采用，背水坡壓滲平臺(tái)結(jié)合設(shè)置壓重平臺(tái)時(shí)采用。導(dǎo)滲措施包括在背水坡壩腳設(shè)置導(dǎo)滲溝、坡面設(shè)貼坡排水體或壩腳設(shè)排水棱體。

（2）抗?jié)B處理方案選用。一般情況下，如背水坡坡面僅有局部散浸、窨潮時(shí)，可結(jié)合坡面排水設(shè)施設(shè)置，在壩腳設(shè)置導(dǎo)滲溝。導(dǎo)滲溝斷面有矩形或梯形，可在臨壩體側(cè)設(shè)置反濾體和排水孔，以降低壩體浸潤(rùn)線高程。背水坡平臺(tái)在出逸點(diǎn)以下時(shí)，平臺(tái)內(nèi)側(cè)亦需設(shè)置導(dǎo)滲溝；坡面局部滲水時(shí)，可對(duì)壩身進(jìn)行劈裂灌漿以形成防滲帷幕，或充填灌漿以密實(shí)壩體，灌漿深度至壩基或相對(duì)不透水層，灌漿范圍主要針對(duì)滲水段；坡面滲水嚴(yán)重經(jīng)多次灌漿處理效果不明顯時(shí)，可考慮分段設(shè)置貼坡排水體，以提高允許逸出比降，并對(duì)現(xiàn)有損壞失效的排水棱體或貼坡排水體進(jìn)行整修加固；壩體孔洞多，土質(zhì)差，滲透嚴(yán)重，多次灌漿效果不明顯且出逸點(diǎn)較高，設(shè)置貼坡排水體工程量較大時(shí)，可結(jié)合翻建護(hù)坡，在護(hù)坡下鋪設(shè)不透水土工膜，膜體頂部至校核洪水位，下至不透水層；如壩后需設(shè)置壓重平臺(tái)或抬高護(hù)壩地高程時(shí)，可結(jié)合形成壓滲平臺(tái)。

2.1.2.3 迎水坡防護(hù)

（1）防護(hù)方案比選?，F(xiàn)狀水庫(kù)迎水坡護(hù)坡有拋石、干砌塊石、漿砌塊石、素混凝土和無(wú)護(hù)砌5種形式，大部分護(hù)坡采用干砌塊石結(jié)構(gòu)，一般厚度不足30 cm，下部有少量砂石墊層，塊石個(gè)體小，抗沖性能差?，F(xiàn)狀無(wú)護(hù)砌壩坡浪坎坍塌現(xiàn)象嚴(yán)重，為減小坡面風(fēng)浪和雨水的沖刷，確保水庫(kù)安全運(yùn)行，需對(duì)迎水坡進(jìn)行適當(dāng)防護(hù)。適用于小型水庫(kù)均質(zhì)土壩的護(hù)坡型式一般有干砌塊石護(hù)坡、漿砌塊石護(hù)坡、混凝土護(hù)坡和原干砌石整修灌漿處理等。經(jīng)復(fù)核計(jì)算，砌石護(hù)坡所需厚度20～24 cm，素混凝土護(hù)坡所需厚度6～8 cm。從施工角度考慮，干砌石施工方便，但混凝土質(zhì)量更好，可防止塊石護(hù)坡夾縫內(nèi)雜草生長(zhǎng)，有一定的防滲效果，?？紤]不少水庫(kù)現(xiàn)狀迎水坡面有一定的砌石或混凝土護(hù)坡，故本次護(hù)坡加固方案原則按現(xiàn)狀護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行確定，即：現(xiàn)狀為砌石護(hù)坡的，仍采用砌石護(hù)坡進(jìn)行加固，現(xiàn)狀為混凝土護(hù)坡的，則以混凝土護(hù)坡為主要加固方案。同時(shí)，對(duì)于現(xiàn)狀干砌塊石護(hù)坡，盡可能進(jìn)行灌漿加固處理。

（2）護(hù)坡加固方案選用。對(duì)現(xiàn)狀無(wú)護(hù)坡壩坡或現(xiàn)狀護(hù)坡風(fēng)化、損毀嚴(yán)重，無(wú)法加固的，可新建干砌塊石或混凝土護(hù)坡。新建干砌塊石護(hù)坡一般厚30 cm，下墊15 cm厚砂石墊層（總厚度）；混凝土護(hù)坡厚度一般為10～12 cm，下墊10 cm厚碎石墊層（下再墊黃沙）。一般小型水庫(kù)最高水位歷時(shí)較短，吹程短，新建、翻建護(hù)坡上限為興利水位以上0.5 m，下限根據(jù)現(xiàn)有護(hù)坡情況、水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行水位及施工條件等綜合確定。迎水面硬質(zhì)護(hù)坡以上至壩頂一般設(shè)草皮護(hù)坡。對(duì)已建干砌塊石護(hù)坡，如現(xiàn)狀坡面較平整，塊體大，石質(zhì)好，進(jìn)行維修加固，主要措施有：局部補(bǔ)缺，修整，新建底、橫、頂格埂；如現(xiàn)狀坡面不平整，塊石間隙較大，石質(zhì)風(fēng)化，塊體小，進(jìn)行整體加固，主要措施有：新建底、橫、頂格埂，坡面整修、灌細(xì)石混凝土，增設(shè)排水管。

2.1.2.4 背水坡排水設(shè)施

為防止下游壩坡遭雨水集中沖刷形成雨淋溝，背水坡及護(hù)壩地均需設(shè)置縱橫排水溝以匯集徑流，并排出護(hù)壩地。排水溝采用明溝形式，以利清淤、排水，斷面按10年一遇1 h暴雨所產(chǎn)生的徑流不漫溢確定。橫向排水溝凈斷面一般為25 cm×25 cm，間距50～100 m，采用預(yù)制混凝土或砌石結(jié)構(gòu)；縱向排水溝結(jié)合導(dǎo)滲溝布置。原壩腳輸水渠道采取移址或防滲處理。

2.1.3 護(hù)壩地及填塘固基

為便于工程管理，在每座水庫(kù)壩腳后設(shè)置護(hù)壩地，護(hù)壩地的寬度不小于1倍壩高，且不小于10 m，高程根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算或壩腳地形綜合確定，一般高出周圍地面0.5 m左右，并填埋該范圍內(nèi)的溝塘。

2.2 溢洪道（閘）

現(xiàn)狀溢洪道（閘）多以砌石結(jié)構(gòu)為主，風(fēng)化、破損嚴(yán)重，閘門一般為混凝土結(jié)構(gòu)，碳化、露筋嚴(yán)重。

水庫(kù)洪水出流方式包括無(wú)控制與有控制兩種形式，無(wú)控制即開敞式溢洪道，有控制即在溢洪道控制段設(shè)閘控制，簡(jiǎn)稱溢洪閘。根據(jù)安全鑒定，溢洪道（閘）除險(xiǎn)加固措施考慮以下幾種情況：

（1）溢洪道（閘）規(guī)模改變。水庫(kù)現(xiàn)狀壩頂高程與防洪標(biāo)準(zhǔn)相差較多，根據(jù)安全結(jié)論，需拓寬溢洪道。

（2）溢洪道（閘）規(guī)模不變。采取局部翻建，其余維修加固。此類溢洪道（閘）一般規(guī)模滿足要求，但部分段破損嚴(yán)重，部分段尚可修復(fù)。

（3）溢洪道（閘）按原規(guī)模拆建。溢洪道（閘）規(guī)模滿足泄洪要求，但結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，不能正常使用，需按原規(guī)模重建。

新建溢洪道（閘）主體部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，次要部位采用砌石結(jié)構(gòu)，出流方式一般采用開敞式，需設(shè)置閘門控制時(shí)，采用鋼結(jié)構(gòu)或鑄鐵閘門，配卷?yè)P(yáng)式或螺桿式啟閉機(jī)。

2.3 涵洞

根據(jù)安全鑒定，涵洞除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)考慮以下幾種情況：

（1）涵洞有嚴(yán)重安全隱患，如存在洞身斷裂、漏水等嚴(yán)重影響水庫(kù)安全運(yùn)行的情況，需拆除重建。

（2）涵洞洞身為近年改建，需進(jìn)行啟閉設(shè)施更換、涵首改造或增建消力池等局部維修加固。

（3）涵洞僅封堵涵首位置，存在安全隱患，需徹底拆除。

拆建涵洞洞身斷面包括管涵與箱涵兩種結(jié)構(gòu)，考慮施工與輸水流量要求，管涵斷面直徑一般為60～100 cm，鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，箱涵斷面為60 cm×80 cm，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。涵洞進(jìn)口段設(shè)八字型翼墻，后接鋼筋混凝土閘門井，采用鑄鐵閘門控制，配螺桿式啟閉機(jī)。涵洞出口設(shè)消力池，與原有渠道連接。

2.4 管理設(shè)施

增設(shè)必要的管理設(shè)施，主要包括：小（1）型水庫(kù)新建 120 m2、小（2）型水庫(kù)新建80 m2管理房，增設(shè)配套水尺、量雨器等觀測(cè)設(shè)施，增設(shè)自動(dòng)預(yù)警遙測(cè)站1座，新建壩頂和1000 m的上壩防汛道路。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)小型水庫(kù)加固方案及主要措施的總結(jié)、比選分析，得出不同類型、存在不同問題的小型水庫(kù)加固方案及主要措施，以期為同類型工程除險(xiǎn)加固提供借鑒。