芻議小型水庫土石壩的除險加固

畢慶雙

(通河縣水務技術服務中心，黑龍江 通河 150900)

芻議小型水庫土石壩的除險加固

畢慶雙

(通河縣水務技術服務中心，黑龍江 通河 150900)

水庫既是防洪工程，也是水源工程，在防御洪水、農(nóng)業(yè)灌溉和城鄉(xiāng)居民的生活用水方面具有重要作用，在我國的水利建設中占有重要的地位。然而我國大多數(shù)小型水庫都修建于20世紀50—60年代，目前，許多小型水庫都因年久失修而出現(xiàn)各種病險問題，甚至出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象，很難達到防洪的標準，給人民的生活與生產(chǎn)活動帶來嚴重的影響，因此針對小型水庫存在的各種問題，找到其出現(xiàn)病險的原因，采取有效的除險加固措施勢在必行。

小型水庫；土石壩；除險加固；現(xiàn)狀；措施

0 前 言

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，其中農(nóng)業(yè)人口在全國總人口中所占的比重也非常高，而水利工程又是農(nóng)業(yè)發(fā)展的命脈，尤其是小型水庫在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展中,發(fā)揮了不可替代的作用，因此做好小型水庫的整治與維修工作非常重要，尤其是針對那些已經(jīng)出現(xiàn)問題，存在安全隱患的水庫土石壩，都要采取有效措施對其進行除險加固處理，其中一些效果良好的土石壩防滲技術的應用，如高壓旋噴灌漿、混凝土防滲墻、沖抓套井回填、土工膜、黏土斜墻等，在一定程度上排除了小型水庫土石壩的險情。

以上技術的應用，對我國小型水庫土石壩的除險加固技術在今后的發(fā)展具有一定的借鑒作用。

1 我國小型水庫土石壩的現(xiàn)狀

目前，在我國存在病險的小型水庫土石壩中，有的因工程本身質量差或工程老化失修，根本達不到有關規(guī)定的要求或防洪標準，導致水庫無法正常的運轉，對下游人民生命財產(chǎn)的安全產(chǎn)生一定的威脅。其存在的問題主要可以歸結為以下3個方面：

1)土壩未達標，即壩頂偏低，背水坡比過陡或上游干砌石護坡破壞嚴重，管理維修不得當?shù)纫蛩?，均會造成小型水庫土石壩的安全存在隱患。

2)當溢洪道無護砌及消能設施時，周時渠底高程偏低，造成水庫無法按預期的標準蓄水同時也無法達到預期的瀉洪目標。

3)因部分輸水洞消力池翼墻受水流沖刷、風化侵蝕和墻后土壓力作用及土體凍融等原因，造成漿砌石出現(xiàn)縱向裂縫，從而底板不斷的受到水流沖刷，嚴重時會造成凍融破壞，對小型水庫的土石壩造成嚴重影響[1]。

2 小型水庫土石壩的出現(xiàn)病險的原因

認真分析小型水庫土石壩出現(xiàn)病險的原因，針對其原因選擇合適的除險加固方案非常重要，首先要親臨現(xiàn)場，對水庫周邊的水保、植被情況進行仔細的觀察與分析，全面了解工程的地質條件及最初的設計與施工情況。從而得出水庫所存在病險的真正原因。

據(jù)資料分析顯示，目前導致小型水庫土石壩出現(xiàn)病險的原因有主要有以下4個方面：

1)壩基、壩肩的水文地質情況差，砌石護坡質量差，基礎的巖性、裂隙分布與吸水率不利于堅固小型水庫的土石壩，或工程修建時的處理措施不得當?shù)取?/p>

2)在大壩修建的過程中，大多數(shù)都是采用人工筑土建成，大壩填筑質量差，造成填筑面的質量相對較差，碾壓質量不達標或有白蟻分布。

3)防滲體不符合相關要求，如無排水棱體或排水棱體已經(jīng)失效，或由于沖刷形成的局部塌陷和凹坑。

4)壩體斷面尺寸過于單薄部分壩坡過陡而造成的缺土嚴重，坡面雜草叢生等因素，均會對小型水庫的壩體產(chǎn)生不良影響[2]。

3 小型水庫土石壩的除險加固措施

由于小型水庫土石壩在全國各地均有分布，且每個工程都有獨特的設計與施工特點，相對來說工程比較復雜，不同水庫采用的機具與材料也不完全相同。

因此，要具體水庫具體分析，對每一個水庫存在的病險進行系統(tǒng)分析，確定適合小型水庫土石壩加固措施與方法，既能滿足除險加固的要求，又能節(jié)約成本[3]。對于小型水庫土石壩的除險加固而言，主要有以下2種方法：

3.1 對小型水庫土石壩的壩體尺寸進行重新設計，加固壩頂

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》中所規(guī)定的，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，對小型水庫不同運行工況下靜水位的壩頂超高核算壩頂高程[4]。

因此對所要除險加固的小型水庫土石壩尺寸重新設計時，要根據(jù)工程構造、防汛搶險、交通、新農(nóng)村建設等方面的需求，在原有壩頂寬度的基礎上進行加寬，比如說當前為3.0～4.5m，考慮需要，本次加固壩頂寬度按4.5m設計。

加固壩頂高程確定為238.5m，在現(xiàn)有基礎上加高壩頂1.04m，并在上游壩肩修建0.9m高的防浪墻，則防浪墻頂高程為238.5m。

加固壩頂之后，可有力完善水庫自身的結構，有力提高小型水庫的防洪能力，有力保障人們的生產(chǎn)、生活有序進行[5]。

3.2 小型水庫土石壩的迎水坡與背水坡除險加固措施

在小型水庫土石壩除險加固的過程中，要做到以下2點：

1)要根據(jù)土石壩的具體情況，對迎水坡以補土的方式進行加固以達到設計坡比，補土之后要對其進行翻壓，增加壩體的耐沖刷能力，使壩體進一步堅固[6]。

2)根據(jù)背水坡的實際情況進行壩坡補土，加設壩坡防護排水，有必要的情況下設計加修排水體。當背水坡的坡面出現(xiàn)凹凸不平，坡比達不到規(guī)范要求時，要對其按照設計的坡比補土筑坡，并對其進行翻壓。如果壩體坡面無排水設施，則要根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》設計相應的排水體，如果壩面出現(xiàn)滑坡，且滑坡出現(xiàn)在基礎面以上的下游面，坡面只是局部坍滑，可采用降低水庫蓄水位并對其進行導滲排水，待滑坡部位穩(wěn)固之后清除松動的土體，再用透水性強的土料對其進行修復，且以恢復小型水庫自身的功能，達到除險加固的目的。

4 小型水庫土石壩的防滲措施

從近些年對小型水庫土石壩的安全隱患排查中，發(fā)現(xiàn)土石壩壩體與壩基滲漏是很多水庫共同存在的問題，而沿壩軸線上游側采取防滲措施，下游壩腳采取排水設施，可有效提高壩體的抗?jié)B能力，防止土體顆粒被滲水帶走，是目前解決此類問題最好的方法。

實踐證明，要想徹底根治土石壩的滲漏問題，要在壩體和壩基滲流穩(wěn)定的情況下，采用高壓噴射灌漿、劈裂灌漿、混凝土防滲墻、沖抓套井黏土回填防滲墻、土工膜、黏土斜墻等防滲等除險加固措施是非常有效的[7]。

4.1 高壓噴射灌漿防滲技術

自上世紀70年代從日本引進高壓旋噴灌漿技術后，在我國的應用過程中不斷的發(fā)展創(chuàng)新，改為定向噴射灌漿進行大壩防滲處理后，成功的案例很多，目前旋噴、擺噴、定噴技術在病險水庫壩基防滲中應用良好。其主要優(yōu)點是施工速度快，比混凝土防滲墻要快將近30倍。

盡管如此也有不少失敗的案例，因此針對不同地層條件，選擇合適的高噴技術參數(shù)，進行灌漿試驗，近年來在重慶水利工程土石壩除險加中，該項防滲技術得到廣泛應用。

本段結合某病險水庫，闡明高壓灌漿防滲技術的應用。首先要以一次灌漿量要少，重復多次灌漿的方法，通過套管按照序孔自下而上進行分段灌注。每孔灌漿次數(shù)以5～10次為宜，兩次灌漿間隔時間最好超過5d以上。如在鉆孔過程中出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，可采用先灌漿后鉆進的方式來處理，一定注意灌漿量及灌漿壓力要適當。除此之外鉆孔布置也要合理。一般要安排在病險處及其附近，根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)，此工程壩高已經(jīng)超過20m，采用雙排布孔效果更佳，孔距最佳值為2.0～2.5m，排距為0.5～1.0m。值得注意的是灌漿材料與灌漿壓力才是整個除險加固過程的核心：根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)，帷幕灌漿壓力的計算公式為：

P=P0+mD+kyh

(1)

式中：P為灌漿壓力；P0為巖基表層的允許壓力；m為灌漿段上巖層每增加1m所增加的壓力；D為灌漿段上巖層的厚度；k一般設定為1.5；y為壓重的重度；h為灌漿段以上壓重的厚度)把各項數(shù)據(jù)代入公式得出此水庫的灌漿壓力應為0.1～0.2MPa。

4.2 混凝土防滲墻技術

主要包括2個方面的內容：

4.2.1 混凝土防滲墻技術的推廣和應用

20世紀50年代初，意大利和法國即開始使用混凝土防滲墻技術，因其可以適應各種不同材料的壩體和復雜地基，且能徹底截斷壩體及壩基的滲透水流，受到世界各國的一致好評，都紛紛引進并推廣，我國也不例外，引進混凝土防滲墻技術后，對其進行系統(tǒng)的研究，并取得飛速發(fā)展，不僅界定出使用范圍，還針對墻體材料提出了新的見解，從而廣泛運用于我國存在病險的小型水庫除險加固中，效果極佳。

4.2.2 混凝土防滲墻技術的實體操作方法

具體的操作方法如下：在壩體或地基中采用鉆鑿、鋸槽、液壓開槽機、射水及薄抓斗等方法來建造槽形孔，再用泥漿固壁，之后采用直升導管，向槽孔內澆筑混凝土，形成連續(xù)的混凝土墻，以達到防滲目的。

實踐證明，此種方法具有安全可靠、適用性廣、實用性強、施工條件寬松等優(yōu)點，對于卵石含量高的厚地層、基巖和大塊石中效果并不理想，而在砂、砂性土、黏性土、淤泥質土及砂礫石地層建造混凝土連續(xù)的防滲墻，造墻深度可達約20m 厚度可達30cm以上，效果非常好，在小型水庫土石壩除險加固的中具有重要作用。

4.3 土工膜防滲技術

1)土工膜防滲技術以其重量輕、運輸量小、鋪設方便、造價低且適應壩體變形等優(yōu)點，在小型水庫土石壩的除險加固中廣泛使用，其防滲效果非常好。

2)唯一的缺點就是容易受紫外線作用而發(fā)生老化，只有埋在地下的土工膜，才能免受紫外線的影響，因此規(guī)定使用范圍僅限于壩高50m以下。

根據(jù)混凝土防滲墻與土工膜防滲技術的特點，一些工程采用在上游壩坡的中下部，向下采用混凝土防滲墻，上部則采用土工膜斜墻，直到壩頂，兩種方法的科學合理的結合使用后，充分發(fā)揮了兩種防滲技術的優(yōu)點，在小型水庫土石壩除險加固中防滲效果非常明顯。

4.4 沖抓套井黏土回填防滲墻與黏土斜墻防滲技術

沖抓套井黏土回填防滲墻技術因具有施工方便、造價低、工藝與機械設備簡單，工程量小、工作效率高、防滲效果好等優(yōu)點而被廣泛應用，主要是利用沖抓式打井機具，在土石壩防滲體中造孔，再用黏性土料進行分層回填，形成一個連續(xù)的黏土防滲墻。并對井壁土層擠壓，使井孔周圍土體密實，從而達到防滲加固的目的。而在黏土含量較豐富地區(qū)，采用黏土斜墻防滲技術，對控制均質土質的壩體滲漏效果良好。

黏土斜墻防滲技術同樣具有施工方便，施工進程快等優(yōu)點，在小型水庫的土石壩除險加固中應用較多，其缺點是需要黏土較多，造成運輸量較大，制約了其發(fā)展。

5 結 語

通過對小型水庫土石壩存在的安全隱患進行系統(tǒng)分析，根據(jù)病險土石壩的實際情況與規(guī)范的要求，在眾多的除險回固措施中擇優(yōu)選擇最適合的方法，或幾種方法混合使用，在節(jié)約成本的基礎上，最大限度的增加小型水庫土石壩的質量，提高小型水庫的性能，為我國水利工程的發(fā)展奠定良好的基礎。

[1]張宏君.對施工階段工程造價管理的思考[J].新疆農(nóng)墾經(jīng)濟,2005(04):111-112.

[2]袁福勇.強化管理提高水利建設水平[J].甘肅農(nóng)業(yè),2005(11):148.

[3]張三友.建筑工程施工成本管理體系[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2001：71-73.

[4]陳開武,惠仕兵,宋光普.病險水庫除險加固問題探討[J].四川水利,2005(03):30-32.

[5]馬海燕，陳小瓊.棺材溝水庫除險加固工程的設計[J].水利科技與經(jīng)濟,2013,19(07)：19-20.

[6]陳開武,惠仕兵,宋光普.病險水庫除險加固問題探討[J].四川水利,2005(03):30-32.

[7]劉武，李曉強.小型水庫除險加固處理方案與水庫利用探討[J].陜西水利,2009(01):85.

1007-7596(2014)03-0119-03

2013-12-12

畢慶雙(1987-)，男，黑龍江安達人，工程師。

TV698.23

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