小型水庫土石壩除險(xiǎn)加固問題淺析

王黎平，陸飛宇

（1.長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430212；2.漢江水利水電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，湖北 丹江口 442700）

我國小型水庫大部分建成于上世紀(jì)50～70年代，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)條件，許多水庫的質(zhì)量和建設(shè)水平都不是太高。4萬多座早期修建的病險(xiǎn)水庫，幾乎有著中國小型水庫的所有特征，多采用土石壩作為擋水建筑物，大多分布在農(nóng)村，具有點(diǎn)多、量大、面廣等特點(diǎn)。由于先天建設(shè)條件不足、后期管護(hù)缺少必需的維護(hù)經(jīng)費(fèi)，又受加固或整治條件限制養(yǎng)護(hù)不善，在幾十年的運(yùn)行中，積病成險(xiǎn)，致使這些水庫現(xiàn)在出現(xiàn)了不同程度的病險(xiǎn)問題。業(yè)內(nèi)人士曾比喻說，這些病險(xiǎn)水庫不僅嚴(yán)重影響水庫效益的發(fā)揮，而且嚴(yán)重威脅下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。而大中型水庫大壩常用的一些加固技術(shù)、方法在小型土壩中不完全適用。要想達(dá)到理想除險(xiǎn)加固效果，首先必須對(duì)小型水庫土石壩的各種病險(xiǎn)有一個(gè)較為清楚的認(rèn)識(shí)，以便根據(jù)不同的實(shí)際情況采取不同的技術(shù)措施，根據(jù)水庫工程存在的問題，按照現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范的要求進(jìn)行加固。筆者主要就小型水庫土石壩病險(xiǎn)問題進(jìn)行了分析總結(jié)，結(jié)合具體工程實(shí)例有針對(duì)性地提出土石壩除險(xiǎn)加固技術(shù)措施，為具體實(shí)踐提供技術(shù)參考。

1 主要存在的病險(xiǎn)危害和處理措施

據(jù)分析查明，一般情況下小型土石壩除險(xiǎn)加固主要包括壩體防滲處理、壩頂整治、上游護(hù)坡整治、下游培土加厚壩體、壩坡新建排水棱體設(shè)施等內(nèi)容，具體歸納有以下幾個(gè)方面。

1.1 土石壩裂縫及處理措施

裂縫可以說是土石壩病害中不可避免的普遍現(xiàn)象。土壩裂縫就其成因可分為干縮、凍融裂縫、沉陷裂縫。裂縫有平行壩軸線的縱縫，也有垂直壩軸線的橫縫，還有不規(guī)則的傾斜裂縫。無論什么性質(zhì)的裂縫都對(duì)土壩有不利影響，威脅土壩的安全，直接影響壩體的穩(wěn)定性。必須采取措施進(jìn)行處理。

在進(jìn)行大壩除險(xiǎn)加固時(shí)，應(yīng)對(duì)裂縫的范圍、位置、長度、寬度、深度、數(shù)量等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)定，以便確定其影響程度，從而采取確切的措施。

（1）對(duì)均質(zhì)土壩壩面產(chǎn)生寬度不大的裂縫，深度在1m以內(nèi)，應(yīng)沿縫開挖（最好挖槽到裂縫深度以下0.3m）。然后用相同土料從縫口灌入回填，然后回填夯實(shí)，在表面再填筑砂性保護(hù)層，同時(shí)注意新老土層的結(jié)合。

（2）如裂縫較寬，裂深在5m之內(nèi)，裂縫已停止發(fā)展，但可能導(dǎo)致壩體穿孔漏水，一般都應(yīng)開挖后回填，開挖時(shí)宜采用梯形斷面挖成臺(tái)階形的坑槽，在回填時(shí)削去臺(tái)階，保持梯形斷面，便于回填的土料和原壩體緊密結(jié)合。

（3）由于不均勻沉陷產(chǎn)生的縱向裂縫，如寬度和深度較小，對(duì)壩身安全無較大威脅，可只封閉縫口，防止雨水滲入；如縱向裂縫寬度和深度較大，則應(yīng)開挖回填處理。

1.2 土石壩的滲漏和處理措施

滲漏一直以來都是危害土石壩安全的主要因素之一，按滲漏的部位一般可以分為壩體滲漏、壩基滲漏、壩端滲漏和繞壩滲漏。按滲漏性質(zhì)可分為正常滲漏和異常滲漏；按滲漏現(xiàn)象可分為散浸和集中滲漏。如果壩體或壩基的滲漏量較大，不能有效地蓄水，造成蓄水損失，當(dāng)滲透出逸坡降大于允許值，形成滲透破壞造成土石壩整體或局部失穩(wěn)。

目前國內(nèi)對(duì)大壩進(jìn)行防滲加固處理，主要采用充填灌漿和劈裂灌漿兩種方法。

（1）充填灌漿。順大壩軸線方向在壩體中間，左右接大壩兩岸壩肩，底部接壩體與壩基接觸帶布置充填灌漿防滲體，利用漿液自重將漿液注入壩體隱患處，以堵塞洞穴和裂縫，使原壩體密實(shí)，達(dá)到填充壩體隱患的目的，解決壩體滲透性過大的問題，提高壩體的防滲能力，亦增強(qiáng)了下游壩坡抗滑穩(wěn)定性。漿液采用水泥黏土漿，灌漿深度和孔距布置滿足規(guī)范要求。灌漿管上端孔口壓力應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，按照規(guī)范確定。

（2）劈裂灌漿。在土壩中沿壩軸線布孔，采取劈裂灌漿，使鉆孔內(nèi)的漿液在一定灌漿壓力作用下，使壩體沿壩軸線小主應(yīng)力面劈開，將直徑較小顆粒組成的漿液滲透到土體顆粒的空隙內(nèi)。泥漿使壩體濕化，與漿脈連通的所有裂縫、洞穴等隱患均可被漿液充填密實(shí)，增加壩體的密實(shí)度。最后形成10～50cm厚的密實(shí)、豎直、連續(xù)泥墻，以達(dá)到防滲目的。劈裂灌漿不僅起到防滲作用，也加固了壩體。

1.3 滑坡及其處理措施

土石壩運(yùn)行過程中壩坡在重力和其他作用力作用下都有向下和向外移動(dòng)的走勢(shì)。土石壩滑坡是多種因素共同作用的結(jié)果，如壩坡太陡，施工土體壓實(shí)不夠，壩體、壩基土的抗剪強(qiáng)度不足，外界因素?cái)_動(dòng)等，壩坡內(nèi)巖土形成的滑動(dòng)力超過了壩坡抗滑力的抗剪強(qiáng)度就會(huì)失穩(wěn)而發(fā)生滑坡?；绿幚碛腥缦麓胧?/p>

（1）放緩壩坡。因邊坡過陡所引起時(shí)則應(yīng)適當(dāng)加大壩體斷面放緩壩坡。放緩后的壩坡，必須建好壩趾排水設(shè)施。

（2）開挖回填。因施工質(zhì)量差引起的滑坡，徹底的處理方法是開挖回填，將滑坡部分土體全部挖除后，再用好土填筑壓實(shí)。如壩體內(nèi)部有軟弱土層，最好將其同時(shí)清除回填。開挖回填后，同樣要做好壩趾排水設(shè)施。

（3）壓重固腳。在滑坡坡腳增設(shè)砂石體鎮(zhèn)壓臺(tái)或滑坡體下部做壓坡體等加固坡腳。以增大其抗滑能力。

（4）清淤導(dǎo)滲。如壩基有軟弱夾層，軟黏土層，背水坡因排水失靈導(dǎo)致浸潤線抬高以致壩坡土體飽和，徹底處理的辦法是將淤泥或軟弱土層全部清除。用透水性強(qiáng)的土料自下而上修復(fù)，再開挖導(dǎo)滲排水溝排水，同時(shí)在壩腳用砂石料作壓重固腳，增加抗滑能力。

1.4 護(hù)坡?lián)p壞及其處理措施

（1）護(hù)坡?lián)p壞

我國已建土壩多數(shù)的迎水坡為干砌石塊護(hù)坡，背水坡為草皮或干砌石護(hù)坡。護(hù)坡毀壞原因比較復(fù)雜，如：壩體碾壓不實(shí)、護(hù)坡墊層設(shè)計(jì)與施工砌筑不合格、運(yùn)行后受雨水、波浪水流沖刷、壩體不均勻沉陷、動(dòng)植物生長活動(dòng)影響和塊石風(fēng)化變質(zhì)等原因。這些大都存在不同程度的毀壞，嚴(yán)重的將威脅大壩的安全。處理措施如下。

（1）迎水坡。常用的方法有漿砌石局部翻砌、全面漿砌塊石或現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡、壩面塑膜保溫、加厚反濾墊層、填補(bǔ)翻修等。

（2）背水坡。清除原有坡面雜草及腐殖土，按設(shè)計(jì)坡比自下而上，水平上升，分層補(bǔ)土筑坡并翻壓。新土要與原壩坡土粒料進(jìn)行搭接，層土層壓，提高密實(shí)度，增強(qiáng)壩坡抗滑穩(wěn)定能力。

2 土石壩除險(xiǎn)加固工程實(shí)例

2.1 工程概況

某水庫建于上世紀(jì)60年代初期，屬?。?）型水庫，工程屬V等，大壩等主要建筑物為5級(jí)，大壩為黏土心墻壩，實(shí)測(cè)壩頂長107m，壩頂寬4.5m，最大壩高25.70m，心墻頂部高為24.70m。大壩上游無護(hù)坡，無平臺(tái)，坡比自上而下為1∶2.4、1∶2.5；大壩下游坡比較陡為1∶1，下游坡表面現(xiàn)鋪有0.6m厚的干砌石護(hù)坡，坡面不規(guī)則，坡度中間沒設(shè)馬道。壩上下游填料為代料土。下游壩腳也沒有單獨(dú)設(shè)反濾體排水設(shè)施。

2.2 除險(xiǎn)加固緣由

依據(jù)水利部《水庫大壩安全鑒定辦法》中的有關(guān)規(guī)定，組織專家對(duì)該大壩進(jìn)行了安全鑒定。鑒定后評(píng)定，水庫已運(yùn)行多年，大壩的固結(jié)沉降已基本完成，大壩變形已基本穩(wěn)定，壩體表面無明顯裂縫。但由于歷史條件限制，上游壩坡無護(hù)坡，下游壩坡無排水設(shè)施，大壩壩體和左壩肩有滲漏現(xiàn)象；工程存在較大的安全隱患。按照病險(xiǎn)類型劃分，屬于具有壩體滲漏問題比較嚴(yán)重的病險(xiǎn)水庫。為保證大壩的安全，應(yīng)對(duì)大壩壩體進(jìn)行防滲加固處理。

2.3 整治方案

根據(jù)專家提議，大壩加固包括壩體防滲處理、壩頂整治、上游護(hù)坡 整治、下游培土加厚壩體、壩坡新建排水棱體設(shè)施等內(nèi)容。

（1）大壩壩體。

采用劈裂灌漿進(jìn)行防滲加固處理。

（2）壩坡整治。

大壩下游坡比為1∶1，壩坡較陡，對(duì)下游采用培土加厚的方案，使下游壩坡坡比達(dá)到1∶1.8。填土料為塊徑小于10cm的黏土，土體天然含水量盡量接近土體最優(yōu)含水量。土料攤鋪層厚控制在30～40cm以內(nèi)，土料碾壓密實(shí)性應(yīng)遵循有關(guān)規(guī)范的填土壓實(shí)度控制，碾壓遍數(shù)應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。工程控制標(biāo)準(zhǔn)填土干密度必須大于等于1.65g／cm3。壩體填土滲透系數(shù)必須小于1×10＇下游壩坡培土，加厚后用干砌塊石護(hù)坡，護(hù)坡厚0.35m。

（3）壩頂整治。

壩頂公路為大壩防汛的主要交通道路，現(xiàn)狀壩頂為土路面，不能滿足防汛交通要求。在壩頂修建泥結(jié)石路面，泥結(jié)石路面厚20cm，壩頂上、下游設(shè)尺寸為20×45cm混凝土路肩石，改善壩頂交通。

（4）上游護(hù)坡整治設(shè)計(jì)。

水庫常年蓄水為20m左右，從18m處新建至壩頂上游護(hù)坡。具體為鋪砂石墊層10cm，干砌塊石護(hù)坡，在護(hù)坡腳下設(shè)混凝土腳槽。設(shè)置現(xiàn)澆混凝土踏步1處。

（5）下游壩坡整治。

水庫下游壩坡為了改善下游壩坡滲透條件，防止下游壩坡遭受滲透和沖刷破壞，下游壩新建頂部高為2.5m坡排水棱體。排水棱體由干砌石、20cm厚級(jí)配碎石、20cm厚中粗砂組成，布置在整個(gè)下游壩坡。

（6）下游壩面排水。

在下游壩面踏步右側(cè)設(shè)置尺寸20×20cm橫向排水溝，排水溝采用素混凝土結(jié)構(gòu)，大壩兩側(cè)沿壩腳設(shè)尺寸30×40cm岸坡排水溝。

3 結(jié) 語

小型水庫大壩安全除險(xiǎn)加固是一項(xiàng)長期的任務(wù)，由于土石壩分布范圍廣泛，而各地環(huán)境條件各異，應(yīng)對(duì)每一具體水利工程病險(xiǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析。包括病險(xiǎn)情況、除險(xiǎn)加固要求、工程費(fèi)用等各方面的因素。應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w環(huán)境條件選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠的土石壩除險(xiǎn)加固方法。

［1］黨雪梅.土石壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)［J］.技術(shù)監(jiān)督，2010，18，（5）.

［2］顧淦臣，束一鳴，沈長松.土石壩工程經(jīng)驗(yàn)與創(chuàng)新［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［3］陳 斌，等.小型土壩防滲加固處理問題探討［J］.中國水利，2011，（8）.