基于小型水庫壩下涵洞除險(xiǎn)加固技術(shù)研究

黃浩生

摘 要：首先介紹壩下涵洞的除險(xiǎn)加固技術(shù)，詳細(xì)分析壩下涵洞的除險(xiǎn)加固技術(shù)，以供同行設(shè)計(jì)和施工參考。

關(guān)鍵詞：小型水庫；涵洞；加固；防滲

1 壩下涵洞的除險(xiǎn)加固技術(shù)

壩下涵洞作為水庫灌溉和排水的輸水建筑物，是水庫樞紐工程的重要組成部分。由于受水庫興建時(shí)的歷史條件制約，壩下涵洞普遍存在清基不徹底，基礎(chǔ)防滲措施不到位；涵身結(jié)構(gòu)多為三合土砌石或者粘土燒制的瓦管，強(qiáng)度低；涵洞接長(zhǎng)時(shí)結(jié)合處理不好；放水閘門止水容易損壞；涵洞與填筑土體間結(jié)合不密實(shí)等問題。導(dǎo)致了涵洞出現(xiàn)以下病險(xiǎn)特點(diǎn)：主要是因基礎(chǔ)不均勻沉陷導(dǎo)致的洞身斷裂損壞；因沿洞外壁的接觸滲漏沖刷或壩體變形導(dǎo)致涵洞損壞；因涵身強(qiáng)度低引起破裂；因止水設(shè)施破壞引起滲漏。由于原設(shè)計(jì)和施工資料嚴(yán)重缺失，且涵洞屬隱蔽項(xiàng)目，深埋在壩下，洞身尺寸又小，其病險(xiǎn)情況存在的部位和嚴(yán)重程度難以查明，只能根據(jù)進(jìn)出口水流的變化情況作出判斷，而病險(xiǎn)在高庫水位時(shí)一旦發(fā)展對(duì)壩體威脅極大，故水利行業(yè)中將壩下涵洞的病險(xiǎn)稱為“大壩心臟病”，所以對(duì)涵洞病險(xiǎn)“恰到好處”的除險(xiǎn)加固是必要和關(guān)鍵的。

2 壩下涵洞的除險(xiǎn)加固技術(shù)

壩下涵洞除險(xiǎn)加固首先要查明涵洞存在的病險(xiǎn)問題，是否存在沿洞外側(cè)的接觸滲漏問題，是否存在洞身縱、橫向裂縫，涵洞結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足要求，進(jìn)口消力井尺寸是否滿足消能要求，放水臥管是否存在開裂，止水設(shè)備是否老化脫落，出口水流是緩流還是紊流，洞內(nèi)漏水要分清是進(jìn)口閘門漏水還是洞身漏水等情況，針對(duì)不同的情況提出相應(yīng)的處理措施。通常的處理措施有兩種：第一種，洞頂最大填土高度小于10m 的涵洞病險(xiǎn)處理。當(dāng)水庫易放空、置換土料豐富時(shí)一般采用在原址開挖重建涵洞的方案。也可對(duì)原涵洞封堵，采用新建虹吸管的方案；第二種，洞頂最大填土高度大于10m的涵洞病險(xiǎn)處理。對(duì)結(jié)構(gòu)沒有大問題，洞徑大于500mm×500mm 的涵洞，進(jìn)行加固和防滲處理時(shí)，采用進(jìn)口開挖后重新回填黏土夯實(shí)防滲、涵身反壓灌漿、洞內(nèi)襯鋼管并回填灌漿的方法；對(duì)結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，或壩中斷裂錯(cuò)位的小管徑涵洞，須采用封堵原涵洞，新開隧洞或新建虹吸管的方法。

2.1 涵洞內(nèi)防滲處理技術(shù)

涵洞內(nèi)部滲水一般發(fā)生在心墻后，隨著壩體浸潤(rùn)線的顯著下降，涵洞內(nèi)的水頭高出浸潤(rùn)線，發(fā)生內(nèi)水外滲，管徑較大可以進(jìn)人的涵洞，可采取丙乳或其他聚合物水泥砂漿抹面或嵌縫處理，嚴(yán)重的可采用套管法或鋼襯加固原涵洞。

套管法是在原涵洞內(nèi)安裝1根或多根（一般不超過3根）直徑小于原涵洞且能滿足過流要求且便于施工的管道。套管安裝就位后將兩端封堵，原涵洞與套管之間的空隙填充微膨脹混凝土，同時(shí)在涵管的進(jìn)口段開挖后重新回填黏土夯實(shí)，做防滲的工程措施，黏土中可摻入 15%左右的水泥以提高防滲性能。在涵管出口段應(yīng)填筑導(dǎo)流的反濾料將滲水導(dǎo)出。如某縣?。á瘢┬蜆菫硾_水庫涵洞內(nèi)埋管處理涵洞漏水就比較成功。鋼襯法是將厚度為（8～10）mm 的鋼板焊接成涵洞斷面形狀，在保證過流要求下，鋼襯與涵洞間預(yù)留（30～50）mm 的空隙，通過鋼板上預(yù)留的灌漿孔，涵洞與鋼襯之間的空隙填充微膨脹混凝土，使鋼襯與原涵洞形成一個(gè)整體。灌漿孔直徑為100mm，間3m，呈梅花形布置，徑向設(shè)置 3 個(gè)孔。

2.2 涵洞進(jìn)水口防滲處理技術(shù)

小型水庫壩下涵洞進(jìn)水口建筑物有分級(jí)臥管式、斜拉閘門式和塔（井）式，主要是前兩種居多，著重介紹前兩種形式。 進(jìn)口滲漏原因一般是臥管出現(xiàn)裂縫、閘門止水設(shè)施老化破損或者閘門變形、啟閉拉桿變形引起閘門開啟和關(guān)閉困難等等引起的漏水現(xiàn)象。處理技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單而且徹底的辦法是拆除重建和更換。需要注意的是臥管與消力井之間、消力井與涵洞之間要求設(shè)置伸縮縫及止水，以避免因不均勻沉降而引起的沉降裂縫。

2.3 涵洞原址開挖重建及多涵合并技術(shù)

開挖重建涵洞方案是較為徹底的處理方案，新建涵洞基礎(chǔ)必需是基巖或原狀土基，并要求基礎(chǔ)均一，地基承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。如果基礎(chǔ)有部分是土基，有部分是巖基，則在土基與巖基交界處應(yīng)設(shè)置沉降縫。原址開挖重建既有利于對(duì)原涵進(jìn)行徹底挖除，減少土方開挖工程量，又能滿足與原灌溉水系的順接。但由于是在原址重建，必須維持原死水位不變，故新建的涵洞（洞頂填土小于10 m多用涵管）只能采用上埋式（也稱平埋式），這種埋管形式大大增大洞頂上土壓力，對(duì)管身是最不利的，提高了涵洞結(jié)構(gòu)要求。為了減少洞頂土壓力，在保證涵洞施工作業(yè)面及導(dǎo)流需要寬度的情況下盡量減少開挖的寬度?！赌雺菏酵潦瘔卧O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，先填筑壩段的橫向壩坡土料不宜陡于1∶3。故重建后涵洞回填時(shí)的橫向壩坡應(yīng)達(dá)到 1∶3，以保證壩體不出現(xiàn)新的橫向裂縫?？可襟w側(cè)由于開挖困難，一般開挖到原狀山坡，在壩體心墻處對(duì)應(yīng)于涵洞截水環(huán)位置開挖伸入山體的截滲槽，深度不小于1m，開口寬度不小于3m，以達(dá)到機(jī)械壓實(shí)要求。

新建涵洞為管涵時(shí)，要求新涵管徑≥800mm，以滿足進(jìn)人檢修要求，為保證涵管質(zhì)量，應(yīng)從正規(guī)生產(chǎn)廠家采購(gòu)預(yù)制成品管，管頂承壓應(yīng)滿足管頂填土深度要求，管座包角不小于 180°，大多采用全包。涵管安裝時(shí)，為有利施工和保證涵管施工質(zhì)量，管座分成二期施工，一期只施工基座 30cm 厚。新建涵洞為箱涵時(shí)，在保證引水流量下，同時(shí)也應(yīng)滿足進(jìn)人檢修要求，涵身沿軸線方向每 10m 長(zhǎng)設(shè)置伸縮縫一道，采用銅片或橡膠止水，箱涵施工縫處要求采用不銹鋼板止水。涵洞與進(jìn)口消力井之間應(yīng)設(shè)置沉降縫，并采用銅片止水。涵洞沿洞身在大壩心墻（或壩軸線）上游側(cè)一般設(shè)置三道截水環(huán)，截水環(huán)與洞身無縫連接。根據(jù)壩型和上堵下排的原則確定截水環(huán)的位置，對(duì)于粘土心墻壩（或斜墻壩）一般設(shè)置在涵洞與防滲體相交處；對(duì)于均質(zhì)壩，一般設(shè)在上游壩坡 1/3處和壩軸線部位。底板以下及洞身靠山體側(cè)基槽開挖尺寸應(yīng)基本符合截水環(huán)尺寸，超挖部分用同標(biāo)號(hào)混凝土回填。為了減少壩下涵洞的個(gè)數(shù)，杜絕壩體隱患，在加固時(shí)常將原壩內(nèi)的取水高程不同的多處病險(xiǎn)涵洞合并，選其中一處合適的原址重建。涵洞尺寸既要考慮灌溉引水要求，又要考慮進(jìn)人檢修要求。在涵洞出口按需要設(shè)置連接豎井及節(jié)制閘分流與原各渠道連接，但設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮涵洞受內(nèi)水壓力的強(qiáng)度要求見圖 1。

由于涵洞采用了上埋式，故為了防止沿管壁的接觸滲漏，需在涵洞外壁沿洞周填筑一層防滲材料作為涵衣，厚度不小于2m（涵身兩側(cè)根據(jù)開挖要求確定，防滲體位置適當(dāng)加寬），可選用黏土，建議黏粒含量 30%左右，必要時(shí)可摻入 5%～15%的水泥，要求填土料壓實(shí)度按不小于 96%控制，滲透系數(shù)按心墻標(biāo)準(zhǔn)不大于 1×10-5cm/s。填筑前要求在涵身外壁涂刷一道黃泥漿，確保填筑土與涵身緊密結(jié)合。夯實(shí)機(jī)具采用蛙式打夯機(jī)連環(huán)套打。最后還應(yīng)注意在涵洞出口處設(shè)置一道排水反濾體墻。

2.4 涵洞封堵技術(shù)

對(duì)于壩高較高、庫水放空不易的壩下廢棄涵洞，根據(jù)涵洞本身的病險(xiǎn)特點(diǎn)，對(duì)其制訂切實(shí)可行、徹底有效的封堵方案是必要的?？偟姆舛略瓌t是“堵前不堵后”，確保心墻（或壩軸線）上游段封堵密實(shí)，進(jìn)口堵頭是重點(diǎn)，中間截?cái)嗬虾瓨?gòu)筑一道超出原涵橫斷面的混凝土或黏土截滲墻是封堵的關(guān)鍵。下游段涵身如無較大滲漏點(diǎn)可不處理，有滲透點(diǎn)則用混凝土充填，老涵出口留出一段設(shè)置反濾墻，可起到排水減壓的作用。

根據(jù)涵洞病險(xiǎn)特點(diǎn)，上游進(jìn)口段承受的水壓力較大，滲漏很嚴(yán)重的，在封堵時(shí)需考慮開挖拆除上游段（包括消力井）長(zhǎng)（15～20）m 回填黏土至原壩坡，上游邊坡較緩時(shí)，挖除長(zhǎng)度取大值，反之取小值。在剩下的涵洞上游進(jìn)口設(shè)置傾向下游的 C20 混凝土塞截滲墻，墻厚1.0m，尺寸超出涵洞四周外壁各1.0m，順涵洞軸線方向伸入涵洞內(nèi)（0.5～1.0）m。 靠洞頂預(yù)埋 2 根鋼管，一根是注漿用，另一根是排氣用。在壩頂涵洞軸線位置利用沖抓造孔設(shè)備將涵身撞碎抓掉，并伸入涵洞基礎(chǔ)1.0 m，采用漿砌石封堵與沖抓孔相接的涵身長(zhǎng)1.0 m，再套井回填黏土，可摻入5%～15%的水泥。

沖抓孔沿涵洞軸線方向最小設(shè)置 3 排（根據(jù)壩頂寬度確定，奇數(shù)布置），垂直軸線方向布置 3 排，孔距與大壩單排沖抓套井孔距一致。也可以考慮倒掛井成孔的技術(shù)，直接挖掉孔內(nèi)涵身，在壩頂或心墻位置設(shè)置一道 C20 混凝土截滲墻，并預(yù)埋灌漿管和排氣管，與進(jìn)口截滲墻埋設(shè)的灌漿管和排氣管一道完成對(duì)心墻上游段未拆除段涵身內(nèi)的灌漿封堵，封堵采用自密實(shí)微膨脹 C20 泵送混凝土。針對(duì)該段涵身存在的沿涵洞外壁的接觸滲漏，可考慮采用前面介紹的相關(guān)技術(shù)。

3 結(jié)語

就小型水庫壩下涵洞的病險(xiǎn)特點(diǎn)進(jìn)行了充分詳細(xì)的分析，對(duì)除險(xiǎn)加固技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的探討，特別是涵洞的拆除重建和廢棄涵洞的封堵技術(shù)，多年的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合專家前輩的建議進(jìn)行總結(jié)而來，希望能給同行們的設(shè)計(jì)和施工中提供參考。

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