淺談小型病險(xiǎn)水庫(kù)涵洞封堵技術(shù)

王飚

（邵陽(yáng)市水利局邵陽(yáng)市422000）

淺談小型病險(xiǎn)水庫(kù)涵洞封堵技術(shù)

王飚

（邵陽(yáng)市水利局邵陽(yáng)市422000）

文章分析歷年來(lái)邵陽(yáng)市小型病險(xiǎn)水庫(kù)壩下涵洞險(xiǎn)情原因，提出不同類(lèi)型的涵洞應(yīng)采取相應(yīng)的防滲處理措施，并詳細(xì)論述了廢棄壩下涵洞的封堵設(shè)計(jì)及施工方案。

小型病險(xiǎn)水庫(kù)涵洞封堵

前言

邵陽(yáng)市共有1 210座小型水庫(kù)，其中?。á瘢┬?30座，?。á颍┬?80座，大多修建于20世紀(jì)50～70年代，大部分屬土石壩，都是在邊勘測(cè)、邊設(shè)計(jì)、邊施工中建成。由于建成運(yùn)行多年，存在諸多險(xiǎn)情或病險(xiǎn)隱患。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，每年汛期，作為水庫(kù)樞紐工程重要組成部分的輸、放水建筑物壩下涵洞出現(xiàn)險(xiǎn)情十分頻繁，邵陽(yáng)市所有病險(xiǎn)水庫(kù)都不同程度存在壩下涵洞斷裂、漏水等病害。

受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平、材料和資金的限制，輸、放水建筑物大多采用臥管和壩下涵洞組成，壩下涵洞置于壩體下部，洞身主要采用漿砌石拱或箱涵，小部分需要發(fā)電的水庫(kù)采用鋼筋混凝土圓管涵。這些輸、放水建筑物長(zhǎng)期運(yùn)用、管理維護(hù)不善，工程老化，常常發(fā)生漏水、斷裂等病害，影響了工程效益的正常發(fā)揮，甚至嚴(yán)重威脅大壩的安全。

1 壩下涵洞險(xiǎn)情及原因分析

1.1 壩下涵洞出現(xiàn)的險(xiǎn)情

根據(jù)歷年邵陽(yáng)市小型水庫(kù)安全評(píng)價(jià)分析和汛期水庫(kù)出現(xiàn)的險(xiǎn)情調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析，壩下涵洞出現(xiàn)的險(xiǎn)情大多為洞身開(kāi)裂或斷裂從而造成涵管漏水，多年滲漏造成滲漏通道（大多為涵洞外壁土壩接觸部位）加大，帶走壩體填土,從而引起穿壩或垮壩等重大險(xiǎn)情。

1.2 險(xiǎn)情原因分析

（1）洞身基礎(chǔ)不均勻沉陷。由于涵洞基礎(chǔ)性質(zhì)不同，一部分管段鋪設(shè)在巖基上，而另一部分變化座落在土基上，涵洞的基礎(chǔ)又未加固處理或處理不當(dāng)，因沉陷不均引起洞身斷裂。

（2）洞身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠。受當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平、材料和資金的限制，涵洞選用材料不當(dāng)，大多就地取材，采用干砌石結(jié)構(gòu)，洞身襯砌單薄或施工質(zhì)量不良，特別是頂板厚度尺寸偏小，強(qiáng)度不夠。

（3）運(yùn)行不當(dāng)。水庫(kù)高水位時(shí)，流量控制不嚴(yán)，閘門(mén)啟閉不當(dāng)，使洞內(nèi)出現(xiàn)充滿(mǎn)水流或明滿(mǎn)交替的情況，使涵洞震動(dòng)或無(wú)壓涵洞有壓運(yùn)行，造成開(kāi)裂。

（4）未設(shè)伸縮縫。洞身較長(zhǎng)未設(shè)沉陷、伸縮縫，由于溫度變化使洞身產(chǎn)生裂縫。

（5）設(shè)置截水環(huán)太少或未設(shè)置截水環(huán)。由于滲徑短，設(shè)置截水環(huán)太少或未設(shè)置截水環(huán)，使洞壁外與土體間產(chǎn)生接觸滲漏。

（6）填土不密實(shí)。由于施工時(shí)洞壁外填土質(zhì)量差，夯壓不合格，使洞外壁填土和洞壁結(jié)合不嚴(yán)密，形成縱向漏水通道。

（7）洞外壁未作涵衣。部分砌石涵洞，石材質(zhì)量差而又未在洞外壁作涵衣或使用三合泥等低標(biāo)號(hào)砂漿砌筑，并且砌縫砂漿不飽滿(mǎn)，施工留有孔隙，蓋板與側(cè)墻搭接不好，造成穿過(guò)洞壁的側(cè)向漏水。

（8）水庫(kù)大壩加高擴(kuò)建，涵洞延長(zhǎng)，新老斷面不一致，內(nèi)接頭漏水。

2 防滲處理措施

（1）新建穿壩輸水建筑物。對(duì)于壩高低于10 m的土壩，當(dāng)坡緩、易放空、置換土料豐富時(shí)，可采用全斷面開(kāi)挖，拆除原涵洞，新建鋼筋混凝土箱涵，在箱涵上游段設(shè)置多道截水環(huán)。箱涵尺寸一般為寬1.2 m，高1.5 m，便于今后運(yùn)行管理檢修方便。較理想的方案是封堵老涵洞，新建鋼結(jié)構(gòu)虹吸取水管。

（2）對(duì)原涵洞反壓填充灌漿法。涵洞尺寸較大時(shí)可在涵洞內(nèi)沿洞壁或漏水點(diǎn)布孔，在灌漿壓力作用下，漿液沿漏水通道頂水流方向而上，至需要充填的地方，封堵漏水通道，當(dāng)水庫(kù)放空時(shí)，就變成了填充灌漿，效果十分明顯。

（3）內(nèi)套管加固法。對(duì)于涵管長(zhǎng)度較短（一般30 m以下）、原涵管為縱向直線布置，且發(fā)生縱橫相錯(cuò)位的涵管采用內(nèi)套管加固法。在套管前，從壩頂通過(guò)精確施工放樣，確定壩下涵洞位置后，從壩頂、內(nèi)坡鉆孔，布設(shè)多排鉆孔，對(duì)涵洞洞壁與壩體結(jié)合部位的縱向漏水通道充填密實(shí)，然后在涵洞內(nèi)套鋼管、鑄鐵管或PVC管，再在新老管之間進(jìn)行填充灌漿處理。

（4）新開(kāi)輸水隧洞、封堵原穿壩涵洞。結(jié)合大壩下游灌溉渠道位置，在離開(kāi)大壩左、右壩肩山體，選擇較好地質(zhì)條件的位置新開(kāi)輸水隧洞，待新開(kāi)隧洞具備過(guò)水條件后封堵壩下老涵洞。采用這種辦法，能從根本上消除壩下涵洞帶來(lái)的種種安全隱患，但施工時(shí)間長(zhǎng)，水庫(kù)需要放空，廢棄涵洞需封堵密實(shí)，投資較大。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)治理力度加大，大部分壩下病害涵洞治理采用此種方案。

3 廢棄涵洞的封堵設(shè)計(jì)

廢棄涵洞的存在，將嚴(yán)重危及大壩安全，在對(duì)廢棄涵洞處理之前，必須對(duì)廢棄涵洞進(jìn)行全面地質(zhì)勘察，在弄清有關(guān)情況的前提下，根據(jù)廢棄涵洞尺寸大小、破壞程度、滲漏形式、工程造價(jià)以及施工的難易程度，設(shè)計(jì)切實(shí)可行的封堵措施。

3.1 涵洞外壁與大壩土體間滲漏通道的封堵

（1）可以進(jìn)人的壩下涵洞的外壁封堵。對(duì)于斷面尺寸大于高0.6 m、寬0.5 m，可以進(jìn)人的涵洞，在涵洞內(nèi)部封堵前，先進(jìn)行反壓充填灌漿，讓漿液沿著涵洞周邊滲漏通道逆水流方向而進(jìn)，達(dá)到充填、封堵滲漏通道的目的。

首先施工人員直接進(jìn)入涵洞內(nèi)，在裂縫和漏水點(diǎn)處用風(fēng)鉆或鋼釬人工鑿孔，孔深以不鑿穿洞壁或涵衣為限，然后進(jìn)行純水泥漿灌注。裂縫和漏水點(diǎn)灌注完成后，再在洞壁兩側(cè)鑿孔，每側(cè)鑿雙排孔，上下錯(cuò)開(kāi)呈梅花形，孔深以鑿穿洞壁為限，孔距（3～5）m，在孔內(nèi)埋管，灌注純水泥漿。灌漿壓力采用（0.1～ 0.2）MPa，分段選定灌漿壓力，規(guī)定壓力下，灌漿孔注入率不大于1 L/min，延續(xù)10 min，即可結(jié)束灌漿。

在裂縫或砌縫處出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，不要急于封堵，待冒出稠漿后再降低灌漿壓力，用杉木楔包裹碎布、棉花封堵。水泥漿液濃度由稀至濃逐級(jí)變換，常用1、0.8、0.5三個(gè)比級(jí)。灌漿時(shí)盡量降低庫(kù)水位，減少涵洞內(nèi)漏水量，降低水頭壓力，漏水點(diǎn)要埋設(shè)導(dǎo)水管，遇到大股滲水，要將其分散成多股，從不同位置導(dǎo)出。

土壩涵洞周?chē)馏w結(jié)構(gòu)、密實(shí)性與圍巖、天然土體有所不同，灌漿時(shí)應(yīng)密孔低壓，多復(fù)灌，防止“內(nèi)壓外泄”，導(dǎo)致漿液及壓能流失，填充、封堵滲漏通道距離短，運(yùn)行多年以后，形成新的滲漏通道。

（2）不可以進(jìn)人的壩下涵洞的外壁封堵。對(duì)于斷面尺寸小于高0.6 m、寬0.5 m，不可以進(jìn)人的涵洞，在涵洞內(nèi)部封堵好后，再?gòu)膲雾斖ㄟ^(guò)精確施工放樣，確定壩下涵洞位置后，從壩頂、內(nèi)坡鉆孔，順?biāo)鞣较蚩拙酁? m，布設(shè)多排鉆孔，單排鉆孔布設(shè)在涵洞洞壁左右側(cè)和洞頂位置，其中洞頂?shù)你@孔需鉆穿涵洞上、下板，對(duì)涵洞洞壁與壩體結(jié)合部位進(jìn)行封堵充填灌漿，讓漿液沿著涵洞周邊滲漏通道逆水流方向而進(jìn)，達(dá)到充填、封堵滲漏通道的目的。

3.2 涵洞內(nèi)部封堵

封堵位置為涵洞的進(jìn)口段，均質(zhì)土壩封堵長(zhǎng)度以涵洞長(zhǎng)度的1/3為宜，心墻壩封堵長(zhǎng)度以涵洞進(jìn)口延伸至心墻后5 m為宜。采用水泥粘土砂漿填充封堵。在封堵段內(nèi)沿涵洞頂部安裝多根灌漿管、排氣排水管，封堵段兩端設(shè)漿砌石堵頭，砂漿抹面防滲，對(duì)斷面大、片石、鵝卵石取材運(yùn)輸方便的涵洞，可在洞內(nèi)預(yù)填片石、鵝卵石，以減少灌漿工作量，節(jié)省投資，見(jiàn)附圖。

（1）水泥粘土砂漿的特性及配合比。水泥粘土砂漿是由水泥、粘土和砂三種材料組成的混合砂漿，與水泥砂漿、混凝土相比，具有較好的穩(wěn)定性、抗?jié)B性、保水性、流動(dòng)性、粘聚性。

水泥采用普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號(hào)為42.5以上；粘土要求粘粒含量大于30%，不含腐植土，易于濕化成泥漿；砂選用堅(jiān)硬、潔凈、有機(jī)質(zhì)含量不大于3%的中砂。

配合比要求水與干料的重量比應(yīng)低于1.0，粘土水泥重量比不大于0.75，對(duì)于大體積回填灌漿，粘土水泥重量比可適當(dāng)提高到1.0，施工中應(yīng)做配合比試驗(yàn)，常用的水泥、粘土、砂、水的配合比為1∶0.5∶1.5∶3、1∶0.75∶1.0∶2.75。

水泥粘土砂漿采用機(jī)械拌制，要求攪拌均勻、無(wú)結(jié)塊。

（2）灌漿采用多缸活塞式灌漿泵，灌漿壓力為（0.1～0.3）MPa，當(dāng)吸漿量少于1 L/min，持續(xù)10 min，即可結(jié)束灌漿。

（3）由于涵洞封堵體存在一定的凝固縮空，因此在第一次灌漿結(jié)束后12 h，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充灌漿。一般的涵洞都有一定的縱坡，水泥粘土砂漿的填充是一個(gè)從下往上逐步填充滿(mǎn)的過(guò)程，最后的縮空位置位于涵洞的進(jìn)口位置，因此在進(jìn)口堵頭的頂部預(yù)埋2根較短的灌漿管、排水排氣管，以便反復(fù)補(bǔ)充灌漿，一般以補(bǔ)充灌漿3次為宜。

附圖涵洞內(nèi)部封堵縱剖面圖

4 結(jié)語(yǔ)

采用純水泥反壓填充灌漿封堵涵洞外壁與土壩體之間的滲漏通道，與采用粘土砂漿填充灌漿封堵涵洞內(nèi)部輸水通道兩者相結(jié)合，能很好地封堵壩下廢棄涵洞，消除大壩的安全隱患，具有很強(qiáng)的適用性：

（1）水泥粘土砂漿是一種較穩(wěn)定的混合材料，灌注過(guò)程中不易出現(xiàn)離析現(xiàn)象，結(jié)石強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，抗?jié)B性較好。

（2）可直接通過(guò)灌漿管將水泥粘土砂漿送至每一個(gè)工作面，解決了采用混凝土封堵時(shí)挖豎井難、混凝土入倉(cāng)難、封堵長(zhǎng)度有限、混凝土材料需要短途轉(zhuǎn)運(yùn)、施工場(chǎng)地有限等不足。

（3）造價(jià)低廉，通過(guò)核算，水泥粘土砂漿填充體的單價(jià)在（600～700）元/m3，比采用混凝土填充節(jié)省了填充灌漿工序。

（4）施工技術(shù)容易掌握，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資省，不破壞上游壩坡，施工時(shí)間短，安全可靠。

在邵陽(yáng)市多座小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固處理中，如邵東縣爐前水庫(kù)、小水沖水庫(kù)、銀杏樹(shù)水庫(kù)、神前洞水庫(kù)，雙清區(qū)的長(zhǎng)林沖水庫(kù)，隆回縣的土橋水庫(kù)、坳頭水庫(kù)，洞口縣的新塘水庫(kù)、祖塔水庫(kù)，城步縣的金紫江水庫(kù)等80多座病險(xiǎn)水庫(kù)的廢棄涵洞封堵采用以上技術(shù)，均取得了良好的效果，該壩下涵洞封堵技術(shù)也在全市全面推廣。

2016-10-16）

王飚（1975-），男，湖南邵陽(yáng)人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，主要從事水利工程管理工作，手機(jī)：13973949120。