淺析金華市婺城區(qū)小型水庫除險加固技術措施

張益清

【摘要】石壩的加固方法很多且都有其適用范圍、局限性和優(yōu)缺點。婺城區(qū)小型水庫加固技術措施，是在仔細分析病險情況基礎上，結合當?shù)夭牧?，選擇技術上可靠、經(jīng)濟上合理又能滿足施工要求的加固措施。特別是利用當?shù)厍鹆暾惩凛^多的優(yōu)勢，采用套井沖抓回填粘土的防滲加固技術措施，該措施直觀性強，施工方法簡單，操作方便，工效高，防滲處理效果好。

【關鍵詞】大壩；安全隱患；加固技術措施

1、婺城區(qū)病險水庫除險加固工程概況

金華市婺城區(qū)位于浙江省中部，全區(qū)國土面積1387.88km2。總人口61.68萬人，其中農村人口33.25萬人；耕地48.03萬畝。全區(qū)有中小型水庫83座。其中中型水庫5座、小型水庫78座，水庫總庫容2.82億立方米；婺城區(qū)管轄的水庫66座，其中中型1座、?。?）型12座、小（2）型53座。上述水庫擔負著金華市區(qū)的飲水、防洪和41.14萬畝耕地的灌溉任務。上述水庫大部分建于上世紀五六十年代，壩型為土壩，受當時條件限制，設計標準低，施工質量差，并經(jīng)過多年運行，大壩存在滲漏嚴重、迎水坡護坡?lián)p壞（沖刷）嚴重、壩內條石蓋板涵管（瓦管）、防洪標準低、無觀測設施、白蟻危害等安全隱患。為了消除病險水庫的安全隱患，提高水庫的安全度，發(fā)揮水庫的綜合功能，為經(jīng)濟建設服務，浙江省從2003年開始實施“千庫保安”和“強塘”工程建設。為此，婺城區(qū)陸續(xù)開展小型水庫大壩安全鑒定，至2012年底共鑒定病險水庫54座，占81.5%，其中?。?）型9座、?。?）型45座，然后制定方案加固，至2012年底完成43座病險水庫加固，完成投資17600萬元。

2、婺城區(qū)小型水庫主要安全隱患類型及產(chǎn)生的原因

2.1水庫大壩防洪能力低。33座水庫防御洪水能力不能滿足規(guī)范要求。主要原因：1、當時集雨面積是用五萬分之一地圖來計算，現(xiàn)在萬分之一地圖精度高，集雨面積有出入；2、水文計算采用省水文局出版的水文圖集，水文圖集隨著時間推移進行修訂和完善，計算結果不一樣；3、工程防洪標準提高了，而工程措施未跟上，4、將明渠式的溢洪道當作寬頂堰來計算，5、有幾座水庫未按設計完成，屬“半拉子”工程，1座連溢洪道都未設，僅靠涵管來調節(jié)。

2.2大壩滲漏及壩基滲漏。51座水庫的大壩或壩基有不同程度的滲漏。主要原因：1、當時水庫建設時搞大規(guī)模群眾運動，并限于當時的施工條件，質量難以控制；2、由于水庫規(guī)模小，工程建設前未地質勘探，壩基情況不明，加之清基不徹底；3、選用土料質量較差，壩體碾壓不實；4、施工時上下層結合面處理不當，有的水庫多次擴建，新老接觸面未處理好；5、貫穿大壩上下游的蟻道。

2.3壩體單薄、壩坡偏陡（破損、沖刷嚴重）、縱向裂縫、滑坡等安全隱患。54座水庫存在壩體單薄、背水坡偏陡、迎水坡破損或沖刷嚴重、縱向裂縫、滑坡等不同的安全隱患。主要原因：1、2座“照谷社”水庫大壩其下游壩坡坡比1∶0.2且從壩頂溢洪，多年運行后，造成下游壩坡外凸，大壩結構日趨不穩(wěn)；2、建庫時由于地形原因或未按設計完成，造成壩體單薄和背水坡偏陡；3、壩肩堆放重物及壩體滲漏等原因使大壩產(chǎn)生縱向裂縫，嚴重的產(chǎn)生滑坡。4、由于運行多年，風浪沖刷、老化失修等原因使45座水庫迎水坡破損或沖刷嚴重。

2.4壩內涵管損壞、漏水。38座水庫壩內涵管都有不同程度的損壞和漏水現(xiàn)象。主要原因：壩內涵管為條石涵管、瓦管，且基礎為土體，經(jīng)多年運行，產(chǎn)生不均勻沉降，使涵管產(chǎn)生裂縫，嚴重的斷裂而產(chǎn)生漏水。

2.5泄洪設施破損或不安全。24座水庫泄洪設施破損或不安全，不能確保水庫安全泄洪。主要有如下現(xiàn)象：1、大壩側擋墻、溢洪道底板、消能設施損壞嚴重；2、溢流堰頂用砼、砌石、草袋人為筑高、設置攔魚柵（網(wǎng)）減少了行洪斷面，使水庫防御洪水標準降低；3溢洪道與壩體結合部位漏水。

3、病險水庫除險加固技術措施

從2003年開始的病險水庫除險加固工程是吸取過去頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳的教訓，采取全面查清水庫的安全現(xiàn)狀，并根據(jù)每座水庫的不同情況，提出幾個不同方案進行比較，然后選擇投資省、施工方便、效果好的最佳加固方案。至2012年底婺城區(qū)已完成43座病險水庫除險加固，完成投資17600萬元，取得比較好成效。現(xiàn)對已完成的43座病險水庫除險加固工程采取的技術措施淺析如下：

3.1提高水庫大壩防洪標準的技術措施1、對壩頂較寬，壩坡較緩，壩頂長度較短，附近有筑壩充足的土料，采用加高大壩的措施。2、對壩頂長度長，泄洪設施破損嚴重，且易于拓寬的，采用拓寬溢洪道的措施。3、對集雨面積大，產(chǎn)生的洪峰與洪量都較大的水庫，采用加高大壩與拓寬溢洪道相結合的措施。4、對大壩防滲體高程基本達到校核洪水位的，采用拓寬溢洪道或設防浪墻的措施。

3.2大壩防滲及壩基防滲措施。對41座病險水庫大壩和壩基防滲主要采取套井沖抓回填、低彈?；炷练罎B墻、帷幕灌漿等技術措施。

3.2.1套井沖抓回填粘土，形成柱式防滲墻。婺城區(qū)區(qū)黃土丘陵多，土質好，壩型為土壩，大壩浸潤線出逸點高，據(jù)以往幾種的防滲處理效果，套井沖抓回填粘土形成的防滲墻滲透系數(shù)都可達到1×10-5cm/s以下，壓實度96%以上，且施工方法簡單，操作方便，工效高，回填料就地取材，投資少。因此41座水庫壩體防滲都采用套井沖抓回填粘土的技術措施。套井沖抓回填粘土布孔沿壩軸線或壩軸線上游0.5至1米處單排或雙排（孔深20米以上布雙排），布孔兼顧防滲體底部齒槽的位置。單排布孔的孔距0.75米（大壩低于10米的，孔距采用0.8米）、孔徑1.1米，有效搭接厚度0.7米；雙排布孔孔距0.75米、孔徑1.1米、排距0.8米，兩排之間錯開，有效搭接厚度1.5米；套井深度到隱患以下1～2米或到基巖。用沖抓鉆造孔回填粘土（回填土料：滲透系數(shù)k<1×10-5cm/s，水溶鹽含量不大于3%，有機質含量不大于2%。），經(jīng)夯實后，形成一道連續(xù)的粘土防滲墻。此技術的特點是套孔回填粘土經(jīng)壓實后干重度增大，滲透系數(shù)減少，防滲效果好，并可下孔檢查，直觀性強，保證質量。同時套孔四周壩體干重度增加，壩體獲得加固。質量控制的幾個事項：1、回填粘土時，松土的層厚30～50 cm，井底較濕時，可底部1～2m填土摻入15～20%的水泥，孔底的浮土、碎石應清理掉；2、料場的土料先進行試驗，滿足設計要求的，方可使用，含水量控制Wop±2%附近，有利于擊實；3、夯錘擊數(shù)與落錘高度根據(jù)現(xiàn)場試驗確定；4、鉆孔的孔偏斜率小于0.4%，兩個井搭接的有效厚度小于設計的90～95%，應補打套井。

套井沖抓回填粘土的防滲處理措施施工中存在的問題和處理方法：

一、存在的問題：1、對浸潤線以下施工較困難；2、套井沖抓過程中出現(xiàn)孔下部較多的滲水時，無法施工；3、壩體與山體接合處由于山體坡度（孔底不平），套井沖抓機械不能抓干凈；4、原壩體碾壓不實或土體含砂量多等原因造成塌孔。

二、處理方法：1、放空庫水，降低浸潤線。2、設法排出孔內水。3、人工下去清除沖抓機械不能抓干凈的土，4、一是采用護筒固臂完成套井沖抓回填粘土；二是采用反復多次套井沖抓回填粘土來完成；三是先回填塌孔后在易塌孔上下游先套井沖抓回填粘土副孔，孔深以不塌孔或少塌孔來控制，易塌孔的上下游加強后，再重新對易塌孔套井沖抓回填粘土，重復多次來完成套井回填粘土。

3.2.2低彈?；炷练罎B墻。砼防滲墻是先在孔內注滿泥漿，以防孔壁塌崩，同時挖掘地層，然后用砼或鋼筋砼置換泥漿，筑成墻體。在水工建設中普遍應用，是透水體防滲處理的一種有效措施，主要用于對防滲要求較高的壩基、壩體的滲漏處理。婺城區(qū)青塘水庫總庫容530萬m3，大壩高10.6m，主壩長560m，壩基250m長存在0.5～6.1m厚的砂礫石層，水庫下游有浙贛鐵路、330國道等重要的交通設施，婺城新城區(qū)2.06萬人，為此，對青塘水庫的安全有更高的要求。青塘水庫主壩壩基存在較厚的砂礫石層，套井沖抓回填粘土難于深入，無法達到防滲效果，故采用低彈模砼防滲墻進行防滲。低彈模砼防滲墻軸線布置在大壩軸線上，深入弱風化巖2m，砼防滲墻的厚度為80cm，設計滲透系數(shù)k<1×10-7cm/s，彈性模量為5000～6000Mpa。施工完成后，經(jīng)四年多的時間蓄水考驗，經(jīng)觀測表明防滲墻的防滲效果顯著的。低彈模砼防滲墻施工的主要特點：1、在壩體中挖槽時，用泥漿固壁防滲防塌，保持孔壁穩(wěn)定，這是泥漿的主要作用，此外還有懸浮巖屑、冷卻鉆頭作用。對泥漿的制作有一定的要求。2、建造槽孔應保證砼防滲墻的深度和厚度符合設計要求。槽孔孔壁應保持平整垂直，孔位允許正負3cm。3、砼防滲墻有一定的強度、防滲性和較低的彈性模量，有較大的流動性和良好的和易性。澆筑時必須連續(xù)進行，不允許中斷，還必須有特定的澆筑速度。

3.2.3帷幕灌漿。婺城區(qū)病險水庫除險加固工程中有3座水庫為砂礫石基礎滲漏，13座水庫巖基透水率大，都不能滿足土石壩的要求，經(jīng)方案比較3座砂礫石基礎和13座水庫巖基防滲采用帷幕灌漿的技術措施。這16座水庫的帷幕灌漿軸線在套井沖抓回填粘土的中心線上，單排布置、孔距2至3.0m（根據(jù)壩高和滲漏嚴重性而定），帷幕深度伸入不透水層5m，分3序孔灌，灌漿壓力根據(jù)先導孔試驗確定，灌漿材料為425#水泥，灌漿漿液從稀到濃。帷幕灌漿從粘土防滲墻（最底部1米粘土防滲墻必須摻入1∶5的水泥[體積比]）的下面開始灌，與壩體防滲體形成連接，灌漿結束后，根據(jù)檢查孔壓水試驗成果和蓄水運行考驗，防滲效果良好。

3.3壩體單薄、壩坡偏陡（破損、沖刷嚴重）、等加固措施。對壩體單薄、背水坡偏陡的大壩加寬和放緩壩坡；對縱向裂縫、滑坡采取開挖回填；對迎水坡護坡破損嚴重或沖刷嚴重的，拆除護坡或修理壩坡后進行塊石或砼預知塊護坡。背水坡腳新設反濾設施后上部采用草皮護坡，使大壩更美麗。

3.4壩內涵管改造措施。31座水庫進行壩內涵管改造，采用了翻挖重建、封堵壩內涵管新開隧洞或新建虹吸管。1、翻挖重建輸水涵管。對壩高不超過10米的壩內破損的條石涵管、瓦管，且涵管基礎可以挖到巖基的，采用挖除原涵管后，進一步在基巖里挖出一條槽，將鋼管或預應力砼管埋入后再澆30厘米厚的砼，使涵管與壩體分離；或在巖基上新建一條鋼管或預應力混凝土管，并對鋼管或預應力砼管再外包20至30厘米C25砼。這種方法處理的徹底，經(jīng)運行觀察，效果好。2、封堵壩內涵管新開隧洞或新建虹吸管。大壩比較高的，開挖工程量大，對有條件開挖隧洞的水庫，新開一處輸水隧洞后，封堵壩內涵管；對10米左右高的大壩，沒有條件開挖隧洞的，采用封堵壩內涵管，新建虹吸管作為輸水涵管。封堵壩內涵管采用套井沖抓回填粘土與灌漿封堵相結合處理：即上下游原涵管采用灌水泥砂漿封堵，大壩縱軸線位置的壩下涵管，結合大壩套井沖抓回填粘土的防滲處理措施（截斷壩下原涵管后回填粘土），并該套井沖抓回填粘土形成的樁柱式防滲墻上下游，各增加兩排套井沖抓回填粘土的防滲處理。

3.5泄洪設施加固措施。對泄洪設施損壞嚴重且防洪標準低的水庫，泄洪設施拓寬加固和大壩加高、加固相結合的方案。2座?。?）型水庫溢洪道改造加固與大壩加固相結合，新建重力壩的下游有現(xiàn)成的泄水渠，若從原溢洪道改造，泄水渠工程量大，故二座水庫的副壩采取拆除后重建成重力壩，并將溢洪道結合到重力壩中，即加固了大壩又加固了溢洪道，投資更省。有15座水庫采用泄洪設施拓寬加固和大壩加高結合的措施。要特別注意堰體和壩體側的擋土墻與壩體防滲墻的連接，一定要形成一個完整的防滲封閉。對溢流堰頂用砼、砌石、草袋人為筑高或設置攔魚柵（網(wǎng)）等水庫，要堅決拆除，并依法加強管理。

4、總結

土石壩的加固方法很多且都有其適用范圍、局限性和優(yōu)缺點，因此，對水庫大壩存在的病險情況都應仔細分析，必要時用鉆探進一步查明原因，然后根據(jù)病險情況，對幾種加固方案進行比較，選擇技術上可靠、經(jīng)濟上合理又能滿足施工要求的方案，同時注意節(jié)約能源和環(huán)境保護。婺城區(qū)土壩加固技術措施，是在仔細分析土壩險情情況后，經(jīng)多個方案比較后選用的加固方案，特別是利用當?shù)厍鹆甑貐^(qū)粘土較多的優(yōu)勢，采取套井沖抓回填粘土的防滲措施，該措施直觀性強，施工方法簡單，操作方便，工效高，防滲處理效果好，投資少。

參考文獻

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