銅仁市巖溶丘陵山區(qū)水庫主要病險特征及治理技術(shù)

舒友發(fā)

（貴州省銅仁市水務局，554300，銅仁）

銅仁市巖溶丘陵山區(qū)水庫主要病險特征及治理技術(shù)

舒友發(fā)

（貴州省銅仁市水務局，554300，銅仁）

巖溶丘陵山區(qū)；水庫；病險治理；技術(shù)

一、銅仁市病險水庫情況

貴州省銅仁市位于武陵山腹地，武陵山脈呈東北向綿亙在地區(qū)中部，地勢起伏較大，崇山峻嶺，溝壑縱橫。境內(nèi)山地區(qū)面積占64.1%，丘陵區(qū)面積占29.7%，山間平壩區(qū)面積占6.2%。因受新構(gòu)造運動及地質(zhì)構(gòu)造的影響，巖溶地貌呈現(xiàn)多層性和條帶性，河流發(fā)育受地層構(gòu)造所控制，巖溶區(qū)地表河與地下暗河交替出現(xiàn)。復雜多變的地質(zhì)構(gòu)造，給水庫建設(shè)帶來地質(zhì)處理難題。目前銅仁市已建成運行的水庫工程大部分興建于20世紀50年代末至70年代，壩型多為土石壩、混凝土壩，土石壩占90%。受當時歷史條件和技術(shù)水平、建筑材料等諸多因素的影響，水庫建設(shè)屬“三邊”（邊勘查、邊設(shè)計、邊施工）工程，加之長期運行、投入不足、老化失修，多數(shù)水庫存在不同程度的安全隱患，險情逐年加劇，嚴重影響工程效益正常發(fā)揮，已成為各級政府及水利部門搶險救災的心腹之患，水庫一旦失事危及人民群眾生命財產(chǎn)安全。

在水利部及貴州省水利廳的大力支持下，銅仁市自“十五”以來，共有2座中型、45座小（1）型、210座小（2）型病險水庫先后得到治理，累計工程總投資6.55億元。通過治理，全市水庫新增和恢復灌溉面積7.2萬畝（1畝=1/15 hm2，下同），改善農(nóng)田灌溉面積16.0萬畝，年新增有效供水量近12 600萬m3，防洪庫容3 740萬m3，每年產(chǎn)生的綜合效益為1.13億元。2016年，按照黨中央、國務院關(guān)于做好災后水利建設(shè)的決策部署，水利部印發(fā)《關(guān)于編制災后水利薄弱環(huán)節(jié)建設(shè)實施方案的通知》，銅仁市開展了災后薄弱環(huán)節(jié)實施方案編制工作，目前全市有90座病險水庫尚未得到治理。

二、巖溶丘陵山區(qū)水庫存在的主要病險特征

一是巖溶影響滲漏。銅仁市喀斯特地貌發(fā)育，部分水庫壩址區(qū)域有可溶性碳酸鹽巖溶層，因長期受水力作用而產(chǎn)生的溶蝕性滲漏破壞，影響水庫的正常蓄水運行和功能的發(fā)揮。

二是施工質(zhì)量影響滲漏。銅仁市現(xiàn)有水庫工程大部分興建于20世紀70年代以前，“三邊”工程和停、緩建、續(xù)建工程現(xiàn)象較為嚴重。群眾性運動期間所建的拱壩、土壩、土石壩、堆石壩等，因技術(shù)、施工工藝難以控制，壩基（肩）清理不徹底、壩體施工填筑質(zhì)量普遍較差，加之長年帶病運行，致使壩體（基）、壩肩滲漏嚴重。

三是老化破損導致存在安全隱患。樞紐建筑物運行年限長，有的大壩已超期超負荷運行多年，小型水庫長時間無人管理和維護改造，致使部分建筑物老化、失修、損壞，瀕臨失效。隨著經(jīng)濟社會建設(shè)發(fā)展規(guī)模的擴大，水資源需求量日趨加大，致使部分水庫大壩幾經(jīng)加高，新老壩體接合面處理不當，導致接合部滲漏破壞，影響壩體整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。主要表現(xiàn)為壩體失穩(wěn)、溢洪道損壞、護坡?lián)p壞、排水棱體失效、放水設(shè)施無法運行。

四是原設(shè)計標準低導致防洪能力不足。樞紐建筑物修建時間均較早，受當時建庫的技術(shù)力量、建筑材料、水文資料等因素所限，普遍存在泄洪設(shè)施不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求、大壩防洪能力低等問題，嚴重危及大壩的運行安全。

五是白蟻危害。作為水利工程防洪安全的重大隱患之一，白蟻在大壩內(nèi)構(gòu)筑巨大的蟻巢（直徑可達1m以上）、數(shù)量眾多的副巢及四通八達的蟻道，蟻道往往貫穿大壩上下部位。水位上升時，水流進入蟻道和蟻巢，造成滲漏、管涌、沉陷、滑坡等重大險情，嚴重的直至釀成垮壩災難。據(jù)調(diào)查，銅仁市383座水庫中，存在白蟻危害的有128座。

三、主要治理技術(shù)

一是純灌漿防滲處理。這是銅仁市區(qū)域內(nèi)水庫工程較為普遍采用的一種防滲加固措施，具體根據(jù)壩型材料，有充填、劈裂、帷幕、固結(jié)和補強灌漿等，對應砌石壩和混凝土壩主要采取帷幕灌漿+補強灌漿，對應土石壩主要采取帷幕灌漿+劈裂灌漿或充填灌漿。此措施不僅可解決壩體滲漏和補強問題，而且可結(jié)合壩體的鉆灌實施壩基、壩肩的灌漿治理，有效處理好大壩基礎(chǔ)及繞壩滲漏的狀況。

二是復合土工膜+基礎(chǔ)灌漿的防滲處理。主要用于均質(zhì)土壩、黏土斜墻堆石壩等壩型的處理，此方案在銅仁市病險水庫治理中也是較為普及的一種措施，較之機械造槽法混凝土防滲墻技術(shù)、高壓噴射灌漿防滲技術(shù)、劈裂帷幕灌漿技術(shù)、振動沉模防滲板墻技術(shù)、套孔沖抓法防滲墻技術(shù)和倒掛井法防滲墻技術(shù)等，具有設(shè)備簡單、投資省、施工質(zhì)量易控制、防滲效果好等優(yōu)點。

三是大壩整治。針對土石壩的大壩不穩(wěn)、壩坡?lián)p壞、排水棱體不暢的問題，主要采取上游削坡、下游培厚，上游預制塊護坡、下游草皮護坡，增設(shè)貼坡排水、排水棱體拆除重建或打孔排水方案。對砌石壩和混凝土壩的整治主要采取增設(shè)重力墩和預制塊護面等整治方案。

四是溢洪道改造。銅仁市的水庫工程基本是20世紀50年代至70年代興建，原采用的水文資料系列有限，設(shè)計洪水標準低。《防洪標準》（GB 50201—2014）、《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》（SL 44—2006）等規(guī)范，部分工程的抗御洪水標準達不到要求，需對溢洪道采取拓寬、加深、加固和改造堰體或增設(shè)防浪墻等工程措施。

五是取水設(shè)施改造。銅仁市大多數(shù)小型病險水庫，均為埋置于土壩內(nèi)的涵管（洞）因受大壩沉降變形影響，導致斷裂破壞、滲漏而引起大壩滲流破壞、滑坡等險情，且原涵管（洞）大多數(shù)斷面均非常小，可修復性較差，需進行封堵后新開放水隧洞的處理措施，是病險水庫治理投資加大的主要因素之一。部分涵管（洞）未斷裂破壞的采取在原涵管（洞）內(nèi)進行穿管放水進行改造。

六是金屬結(jié)構(gòu)改造。樞紐建筑物?。ǚ牛┧O(shè)施已運行多年，其金屬結(jié)構(gòu)、止水設(shè)施等嚴重老化，瀕臨破壞失效，對工程安全運行不利，需進行更新、改造和加固。大多采取取消原有的雙向轉(zhuǎn)動閘和放水臥管，采用閘閥控制放水。

七是大壩加高。以充分利用水資源為原則，結(jié)合大壩構(gòu)筑物性狀和當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展需求，適當加高大壩，可增加調(diào)蓄能力，提高防洪標準。

八是白蟻防治。采用藥物防治方法，消滅原生白蟻，避免白蟻再次向大壩入侵、擴散繁殖。采取誘殺防治，設(shè)誘集坑，下誘殺藥餌，包括監(jiān)測誘集坑和藥殺誘殺管。在外坡草坪種植修復完成后，藥物噴灑其表面，形成毒土覆蓋處理。

九是水庫水情及自動化監(jiān)測系統(tǒng)。由于各壩的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、地形、地質(zhì)等條件不同，按照有關(guān)監(jiān)測規(guī)范規(guī)定，設(shè)計監(jiān)測項目也不完全相同，可根據(jù)各壩的具體情況和對監(jiān)測的要求而定，結(jié)合工程實際，主要分為GPS變形監(jiān)測和壩體監(jiān)測，壩體監(jiān)測又包括滲流監(jiān)測、庫水位監(jiān)測、降雨量監(jiān)測。

四、案例分析

青年水庫位于銅仁市萬山區(qū)高樓坪侗族鄉(xiāng)張家村，壩址位于張家小河，屬舞水左岸二級支流，一級支流為高樓坪河，壩址以上集雨面積2.1 km2，主河道長2.1 km，河床平均比降20.8‰，總庫容77.70萬m3，工程規(guī)模為?。?）型，設(shè)計灌溉面積1 750畝。該工程樞紐主要建筑物布置為大壩、溢洪道、#1放水涵洞和#2放水涵洞。

大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程795.3 m，最大壩高17.7 m，壩頂寬2.8 m，長76 m，上游局部為干砌石護坡，坡比自上而下依次為1∶2.0、1∶2.1，下游天然草皮護坡，壩坡從上至下坡比為1∶2.4、1∶3.4；壩腳排水棱體高6.4 m。溢洪道位于大壩右岸，為折線形實用堰，堰頂高程793.5 m，控制段溢流凈寬5.0 m,底板為混凝土襯砌,邊墻為漿砌石砌筑,尾端設(shè)有消力池。#1放水涵洞位于大壩右岸，為0.5 m×0.6 m無壓方涵，進口設(shè)多級臥管控制水流。#2放水涵洞位于大壩左岸，為0.6 m× 0.8 m無壓方涵，進口設(shè)多級臥管控制水流，出口無啟閉設(shè)備。

該工程自20世紀80年代就成為病險水庫,一直限制蓄水,至今未進行過除險加固。2014年4月經(jīng)大壩安全鑒定，大壩存在如下問題：大壩安全超高不足；土壩壩體及建基面均有滲漏；上游干砌塊石護坡，但凌亂且不完整，壩頂無防浪墻，背水坡天然草皮護坡，壩坡雜草叢生，局部有塌陷，壩腳排水棱體失效；在壩中靠近壩頂有一處1 m2的塌坑，塌坑坑頂高程795.2 m，大壩下游壩坡大面積散浸，在高程784.03 m處有約2 m2的塌坑，#1放水涵洞滲漏嚴重，#2放水涵洞因堵塞不通已不能正常運行。大壩無測壓管、位移、沉陷和水文觀測等監(jiān)測配套設(shè)備。

2014年7月完成《青年水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》編寫，主要除險加固方案如下：

一是對壩頂及壩坡進行整治。維持原壩頂高程795.3 m不變，壩頂采用泥結(jié)石路面，在壩頂上游側(cè)增設(shè)C20混凝土防浪墻，防浪墻頂高程796.3 m。

在上游壩坡778.99 m高程處設(shè)C15混凝土齒槽兼灌漿平臺，對大壩上游壩坡按1∶2.25進行整治后采用C15混凝土預制塊護坡。在下游壩坡786.8 m處設(shè)置馬道，馬道上下坡比按1∶2.3、1∶3.34進行整治后采用草皮護坡。完善下游壩坡導滲溝并增設(shè)排水溝、梯步。對原排水棱體進行疏通改造后采用40 cm厚C20混凝土預制塊護面，對壩體左右壩腳漿砌石進行拆除，修建貼坡式排水棱體，新建排水棱體頂面高程782.0 m，排水棱體外邊坡為1∶3.2。

二是對壩體鋪設(shè)土工膜，對壩基、壩肩帷幕灌漿進行防滲。土工膜采用兩布一膜的聚乙烯（PE）復合土工膜，規(guī)格為800（g/m2）/0.5 mm。壩基、壩肩灌漿線沿齒槽中心線布置，左岸向岸坡延伸，右岸穿過溢洪道、公路向岸坡延伸，帷幕線長182.5 m，帷幕孔單排布置，孔距2.5 m，共計74個孔，鉆孔總進尺1 155.0 m，其中無效進尺219.0 m，有效進尺936.0 m，帷幕下限以鉆孔灌漿試驗q＜10Lu控制；對壩體隱患區(qū)進行整治。挖除壩體左岸涵洞進口并擴大斷面，用C20混凝土徹底封堵進口，洞身段利用充填灌漿封堵洞身空洞，對塌陷坑進行回填碾壓密實，從壩前至壩頂沿老涵洞軸線和涵洞兩側(cè)布孔做黏土充填灌漿，布孔排距和孔距均為3.0 m，共計36孔，鉆孔總進尺655.0 m。

三是對溢洪道進行改造。拆除進水渠段底板、原實用堰和人行橋重新澆筑，并在溢洪道末端增加消能防沖設(shè)施，原進水渠喇叭口拆除原底板重新澆筑C20混凝土底板和C20混凝土齒槽；拆除原質(zhì)量較差的M7.5漿砌石折線形實用堰，改為澆筑C20混凝土折線形實用堰，另拆除原人行橋，重新澆筑C20鋼筋混凝土人行橋板；泄槽段末端拆除原底板和側(cè)墻并下挖0.8 m深修建消力池，消力池側(cè)墻和底板均采用C20混凝土澆筑。

四是封堵左岸放水涵洞并在左岸新建放水隧洞，改造右岸原放水涵。右岸放水設(shè)施進口挖除5.0 m，在原涵洞內(nèi)穿Φ315PE管放水，進口開挖部分用C20混凝土外包PE管，原涵洞洞身空隙回填C20混凝土封堵，穿管出口設(shè)閘閥室和消力池，閘閥室內(nèi)設(shè)工作閘閥和檢修閘閥。對左岸放水涵洞挖出進口用C20混凝土堵頭封堵，洞身段用C20混凝土回填。在大壩左岸新建放水隧洞，隧洞全長145.00 m，洞身成型斷面尺寸b×h= 1.4 m×1.8 m，城門洞型采用C20混凝土全斷面襯砌，隧洞進口底板高程781.34 m，出口高程781.24 m，進口設(shè)置攔污柵，出口設(shè)消力池?！?/p>

[1]銅仁市水務局.銅仁市水利水務發(fā)展“十三五”規(guī)劃報告[R].2016.

[2]白永年.我國病險水庫除險加固技術(shù)的發(fā)展與運用[J].中國水利，2007（6）.

TV698

B

1000-1123（2017）14-0029-02

2017-05-18

舒友發(fā)，銅仁市水利工程管理站副站長，工程師，主要從事水庫管理工作。

責任編輯 軒瑋