土石壩壩下埋涵（管）除險(xiǎn)加固與運(yùn)行管理

秦超

（山東省水利工程管理局，山東　濟(jì)南　250014）

土石壩壩下埋涵（管）除險(xiǎn)加固與運(yùn)行管理

秦超

（山東省水利工程管理局，山東濟(jì)南250014）

在水庫(kù)樞紐工程中，占有相當(dāng)數(shù)量的壩下埋涵（管）結(jié)構(gòu)，常常存在著開裂、滲漏等現(xiàn)象。本文全面闡述了土石壩壩下埋涵（管）定義、分布、病險(xiǎn)問題，提出了除險(xiǎn)加固與運(yùn)行管理等方面措施。

壩下埋涵；滲透破壞；加固措施

壩下埋涵（管）是指埋設(shè)在土石壩壩體下的輸、泄水管道，又稱壩下涵管或壩下涵洞。壩下埋涵（管）可用于引水、泄洪、沖沙、放空水庫(kù)及施工導(dǎo)流等。壩下埋涵（管）由進(jìn)口、管身和出口3部分組成。按洞身結(jié)構(gòu)斷面，可分為漿砌石廊道式、漿砌石方涵式、鋼筋混凝土管等3種形式；壩下埋涵（管）按洞內(nèi)水流形態(tài)，可分為無壓涵管和有壓涵管2種形式；按控制水流位置，可分為壩前控制和壩后控制形式。涵（管）進(jìn)口有塔式進(jìn)水口、斜坡式進(jìn)水口、分層式進(jìn)水口和臥管式進(jìn)水口等布置形式，一般在進(jìn)口設(shè)置閘門控制流量，以便檢修管道。有壓管道多采用圓形混凝土管，如需要承受更高的內(nèi)水壓力時(shí)，可采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。

1　壩下埋涵（管）分布情況及存在問題

山東省共有大、中、小型水庫(kù)6 424座，其中有5 961座土石壩，占各類壩型的92.7%，98%的土石壩存在壩下埋涵（管）結(jié)構(gòu)。2008—2015年，山東省先后實(shí)施了大規(guī)模除險(xiǎn)加固工程，累計(jì)加固病險(xiǎn)水庫(kù)5 316座，占總數(shù)的82%，根據(jù)安全鑒定結(jié)果統(tǒng)計(jì)，病險(xiǎn)水庫(kù)中有80%水庫(kù)壩下埋涵（管）存在不同程度病險(xiǎn)問題，主要病險(xiǎn)問題分兩個(gè)方面：結(jié)構(gòu)破壞和滲透破壞。結(jié)構(gòu)破壞是涵（管）整體結(jié)構(gòu)受到破壞，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)自身坍塌、管道破裂、移位、裂縫等；滲透破壞，根據(jù)滲流水方向分兩類：一類為垂直于洞壁方向的。由外到內(nèi)，由壩體內(nèi)滲水通過涵（管）的裂縫、接頭處進(jìn)入涵（管）；由內(nèi)到外，壩后控制的涵（管）內(nèi)壓強(qiáng)等于庫(kù)水位產(chǎn)生的壓強(qiáng)，涵（管）內(nèi)形成有壓管道，若結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂隙，將形成從結(jié)構(gòu)內(nèi)向結(jié)構(gòu)外壩體內(nèi)的反向滲透。另一類為沿洞壁方向的，沿涵（管）與壩體之間層面進(jìn)行滲流，嚴(yán)重時(shí)形成接觸沖刷，導(dǎo)致滲透破壞。

2　存在病險(xiǎn)的原因分析

2.1結(jié)構(gòu)破壞

導(dǎo)致壩下埋涵（管）坍塌、破裂、移位、裂縫等結(jié)構(gòu)破壞的因素有很多，從結(jié)構(gòu)自身、上部填土、下部基礎(chǔ)等三個(gè)角度進(jìn)行分析原因。

1）結(jié)構(gòu)自身。涵（管）選取材料不當(dāng)或施工質(zhì)量較差，以及常年沖刷、老化等原因?qū)е卤旧斫Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)不到要求。

2）上部填土。對(duì)土石壩壩下埋涵（管）上部土壓力會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成不均勻沉降，引發(fā)結(jié)構(gòu)裂縫甚至斷裂等，但這類現(xiàn)象大多發(fā)生在壩高較大的土石壩中，特別要注意壩體加高對(duì)埋涵的影響。

3）下部地基。由于涵（管）基礎(chǔ)清理不徹底，未開挖至巖石基礎(chǔ)，涵（管）基礎(chǔ)坐落于結(jié)構(gòu)松散、質(zhì)地不均勻的土層上，易產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致壩下埋涵受力不均勻而破壞。

2.2滲透破壞

1）漏水現(xiàn)象。垂直于涵（管）壁方向的漏水是由壩體滲水通過結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)入涵（管）中，壓力小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)滲流、滴流，壓力大時(shí)出現(xiàn)射流。

2）接觸沖刷。由于土石壩壩體填筑差、壓實(shí)度不夠，或涵（管）無截滲環(huán)，或涵（管）出口反濾措施破壞等原因，壩前水頭較大時(shí)，水流會(huì)將沿著涵（管）外壁與壩體之間的接觸面進(jìn)行滲透，使涵（管）與壩體填筑料剝離，沿著涵（管）外壁與壩體之間的接觸面形成滲漏通道，造成滲透破壞。

3　加固措施

3.1原壩址上加固

1）開挖回填。對(duì)結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，又無法廢棄或其它替代方案，需要對(duì)壩下埋涵（管）在原址處進(jìn)行開挖重建。開挖回填能夠準(zhǔn)確的找到涵（管）破壞的原因，更加合理提出整治和恢復(fù)的方案，全面徹底解決病險(xiǎn)問題。

2）內(nèi)襯管法。在原有涵（管）再套入一根較小直徑的管道，兩管道之間充填砂漿。管道材料有鋼管、夾砂玻璃鋼管、高強(qiáng)度的塑料管。該方案需注意新管與老涵管之間的充填灌漿，漿液須充滿管壁間的空隙，為避免漿液干縮形成裂縫，漿液中應(yīng)適當(dāng)添加微膨脹劑。

3）灌漿法。對(duì)沿涵（管）方向產(chǎn)生滲透問題，應(yīng)采用灌漿法，通常采用充填灌漿和高壓噴射灌漿。

（1）充填灌漿。適用于處理病險(xiǎn)和范圍都已確定的局部隱患，進(jìn)行充填灌漿設(shè)計(jì)首先要確定涵管的位置和涵（管）外側(cè)空洞或裂隙的范圍，根據(jù)涵管缺陷情況確定孔位布置，灌漿壓力，漿液材料及濃度等設(shè)計(jì)指標(biāo)。

（2）高壓噴射灌漿。依靠高壓噴射漿液可對(duì)涵管周圍及底板以下土層進(jìn)行防滲加固處理，防止沿涵（管）與壩體土接觸面的接觸滲漏，沖刷破壞涵（管）周圍土體。

4）化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)。對(duì)斷面尺寸較大的漿砌石方涵或廊道，主體結(jié)構(gòu)未破壞，僅表面或局部遭到破損時(shí)，可采用化學(xué)貼補(bǔ)等補(bǔ)強(qiáng)止漏等辦法處理。

3.2封堵與新建

1）封堵法。廢棄涵（管）的存在，將危及大壩安全，在對(duì)廢棄涵（管）加固前，應(yīng)全面勘察，找準(zhǔn)病險(xiǎn)問題，根據(jù)廢棄涵（管）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，采取合理封堵措施。

2）虹吸管。繞壩外表新建虹吸管道，利用虹吸作用將庫(kù)區(qū)內(nèi)水繞過壩頂引入下游輸水系統(tǒng)。這種方案適用于小型土石壩工程，因?yàn)楹缥艿淖罡唿c(diǎn)與進(jìn)水口低水位的高差一般要求在8 m內(nèi)，所以較適用于壩高小于10 m的小型土石壩工程。

3）輸泄水隧洞。輸泄隧洞代替壩下涵（管），能從根本上消除壩下涵（管）帶來的種種安全隱患，新開隧洞斷面尺寸根據(jù)用水量及地形選取，洞軸線宜布置在大壩兩岸山體中。

4　運(yùn)行管理

4.1檢查養(yǎng)護(hù)

重點(diǎn)檢查埋涵（管）的土壩壩段，前后坡上是否有無裂縫，蓄水后壩后坡涵（管）周邊有無陰濕或漏水現(xiàn)象，涵（管）頂部填土是否密實(shí)，壩面是否有裂縫。涵洞基礎(chǔ)有無塌陷。能進(jìn)人的涵洞要檢查洞頂有無裂縫、漏水。

泄水期間應(yīng)注意觀察和聆聽涵洞內(nèi)是否有無異常聲音，例如有咚咚陣響或轟隆隆的爆炸聲，說明洞內(nèi)有明滿流交替現(xiàn)象發(fā)生，或者有的部位產(chǎn)生氣蝕破壞。

涵（管）出口是否有水流出，如有流水，應(yīng)判斷是否涵（管）漏水還是閘門漏水。設(shè)有豎井的平板閘門漏水，應(yīng)及時(shí)檢修止水橡皮。

對(duì)出口消能工進(jìn)行觀察：有承擔(dān)泄洪、排沙功能的涵洞，泄流量較大，對(duì)下游消能設(shè)備要求較高，要在開閘放水前仔細(xì)檢查是否損壞。

4.2規(guī)范運(yùn)用

應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)與規(guī)范要求進(jìn)行運(yùn)行管護(hù)，不能隨意改變運(yùn)用條件，避免使涵（管）內(nèi)產(chǎn)生有壓流或無壓流的過渡狀態(tài)。壩前豎井控制的涵洞應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制閘門的開啟程度，不能隨意增設(shè)閘門，把無壓流涵洞變成有壓流涵洞。

5　結(jié)語

土石壩壩下埋涵（管）在水庫(kù)樞紐中分布極其廣泛，但也常常存在著開裂、滲漏等現(xiàn)象，病險(xiǎn)問題具有隱蔽性、嚴(yán)重性，是水庫(kù)運(yùn)行管理中薄弱環(huán)節(jié)。管理單位應(yīng)巡查力度，及時(shí)采取有效工程措施消除安全隱患，確保壩下埋涵（管）安全運(yùn)行。

（責(zé)任編輯遲明春）

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2016-02-02

秦超（1982—），男，工程師