淺析尤溪縣中小型水庫大壩主要病險類型及除險加固工程措施

林興周

（福建省三明市尤溪縣水利局，福建 三明 365100）

1 概 況

尤溪縣是閩中的山區(qū)縣，現(xiàn)有大、中、小型水庫95座，其中大型2 座、中型6 座、?。á瘢┬?4 座、?。á颍┬?3 座。而45 座中小型公益水庫中又有33 座是土石壩，多建于20 世紀50 年代未至70 年代初，多屬典型的“三邊工程”，加之經(jīng)過幾十年的長期運行，年久失修，大多數(shù)水庫都存在病險問題。

2 主要病險類型

主要有八類：一是壩體、壩基、壩肩、閘門與涵洞漏水；二是壩坡、溢洪道山體、防汛及環(huán)庫路滑坡與護體損毀；三是洪水漫壩漫溢洪道；四是閘門難啟閉，放水通道小，難放難蓄；五是無通主副壩與溢洪道的交通橋及下壩臺階；六是對外交通、通訊、線路等不暢通；七是觀測、預警預報及管理設施破舊缺乏；八是庫內淤積重，常堵進水口。

3 原因分析

據(jù)調查分析，水庫產生病險的原因比較復雜，往往是一種或幾種因素共同作用的結果，且以多種險情并存為主，原因可以歸納為以下幾種：

1）防洪標準低。土石壩頂高、壩坡坡比及溢洪道斷面達不到規(guī)范要求是主因。若壩頂高和溢洪道斷面不足極易在特大暴雨時漫壩漫溢洪道導致壩坡與溢洪道擋墻被洪水沖刷崩塌潰壩倒墻。若壩坡過陡，因穩(wěn)定不夠而引起壩體滑坡等破壞。據(jù)統(tǒng)計，壩高、泄洪斷面不滿足要求的水庫有16 座，占總數(shù)35.6%，壩坡偏陡占大部分，導致壩體滑坡的都是這些水庫。

2）施工質量差。尤溪縣土壩多為均質土壩，大多土料不達標，人工夯填不實，防滲層薄，塊石硬度及大小不足，防雨與排水不及時，施工質量把關不嚴，施工質量差。如下井水庫建于20 世紀50 年代末，屬“三邊工程”，水庫蓄水不久就發(fā)現(xiàn)壩體大面積濕坡和壩基漏水，長期帶病運行。

3）清基不到位。尤溪縣土壩多建于軟土地基，軟土層相對較厚，多數(shù)未清基至相對不透水層，土壩完工后沉陷大，常引發(fā)壩體局部變形、坍塌。如坪寨水庫1958 年建成蓄水后壩腳線及壩肩下部漏水，導致幾十年溢洪道未過洪。

4）壩頂壩周無排水溝。遇短歷時大到暴雨，洪水順壩面漫流，沖刷成溝成渠，導致壩表土松散、滑塌。

5）管理不善，年久失修。?。á颍┬退畮鞜o專人巡庫，無管理房，發(fā)現(xiàn)工程問題處理不及時。閘門、拉桿與啟閉機不配套、銹蝕重且設備老化更換不及時。閘門變形、涵洞漏水處理不及時。啟閉房破舊漏水修繕不及時。小型水庫沉降位移觀測設施、量水堰、水雨情自動測報系統(tǒng)配套不完善。對外交通、通訊、線路標準低。缺少專業(yè)技術人員、除險資金嚴重不足、缺乏防汛物資，加固及維養(yǎng)計劃工作難開展。

針對水庫存在的病險問題，從2006 年起至今，全縣所有公益庫全部進行了大壩安全鑒定，鑒定為三類壩的有42 座水庫，全部進行了常態(tài)化除險加固。經(jīng)常態(tài)化除險加固工程實施后，確保了水庫安全和效益的充分發(fā)揮，對地方經(jīng)濟和社會發(fā)展具有十分重要的意義。

4 除險加固工程措施

4.1 大壩防滲措施

大壩滲流主要有壩體、壩基和繞壩滲漏，特別是土石壩的壩基滲漏尤為突出。原因是壩體填筑質量差，清基不到位，防滲排水系統(tǒng)不完善等造成的。放水涵洞漏水主要是進水口閘門與襯砌體漏水、涵洞體與壩體接觸的洞外周漏水、獨立涵洞與巖土體的接觸漏水，特別是進水口閘門漏水尤為常見。原因是閘門與門槽不緊，洞襯體與洞周夯填土體質量差，清基不到位，沒用人工分層夯填密實，防滲排水系統(tǒng)不完善等造成的。防滲按前堵后排的原則，可采用垂直防滲和水平防滲。垂直防滲有灌漿、防滲墻、垂直鋪塑等；水平防滲有黏土鋪蓋、拋土防滲、水平復合土工膜防滲結合導滲溝、減壓井等。大壩防滲較多采用垂直防滲。

4.2 垂直防滲

坪寨水庫位于梅仙鎮(zhèn)坪寨溪上，大壩為均質土壩。1957 年10 月開工，1958 年12 月竣工，水庫建成試蓄水時就漏水。1962～2004 年曾先后6 次組織堵漏處理，有一定效果，基本解決壩體和放水涵洞的漏水，但壩基和壩肩漏水始終未能較好解決。2015 年針對壩基和壩肩漏水問題委托設計單位設計，據(jù)地質勘探報告知，壩基直接坐落在中透水層上，透水率為3.59～17.62 Lu，壩體壓實土透水率為0.54～8.01 Lu。經(jīng)多方案比選后確定實施方案：一是壩頂鉆孔灌漿；二是迎水坡壩踵和壩肩處挖槽建截水墻。

4.2.1 壩頂鉆孔灌漿和壩踵壩肩截水墻防滲

據(jù)地質勘探報告知，大壩樁號0+038～0+072 段壩基坐落在斷層破碎帶上，兩壩肩情況也幾乎與壩基相同，基巖成碎石狀，屬中透水層，透水率為3.59～17.62 Lu，壩基有發(fā)生滲透變形的可能。壩體填筑質量較差，隨上游庫水位升高滲流量逐漸增大。分析漏水部位和原因后，決定在壩頂軸線略靠上游鉆孔，對壩基采用帷幕灌漿，對壩體采用高壓旋噴灌漿。

4.2.2 壩基帷幕灌漿

壩基帷幕灌漿孔布于壩軸線上游1 m 處，防滲范圍為大壩0+006～0+106，用小口徑回轉式地質鉆機鉆孔，按單排孔布置，分三序，先鉆灌一序孔，再鉆灌二序孔，最后鉆灌三序孔，一序孔距為8 m，二序孔距為4 m，三序孔距為2 m，孔徑Φ75 mm，孔從心墻頂垂直穿入相對不透水層的巖層0.5～1.0 m，防滲墻總長100 m。該水庫等級為5 級，取透水率為10 Lu 作為相對不透水層帷幕灌漿控制標準。用普通硅酸鹽水泥，水泥標號不低于42.5 MPa；灌漿前壓水實驗壓力為0.3 MPa，通過實驗獲得灌漿設備、材料、方法、段長、孔距、壓力、水灰比、灌漿帷幕等技術控制參數(shù)，灌漿壓力為0.4 MPa；漿液按水灰比分為7 級，即5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1，漿液灌前要過篩，從制備到用完不超過4 h，灌漿按由稀到濃逐級變換，直至達到設計標準。采用循環(huán)式自下而上分段灌漿，如注入量不大于0.4 L/min，繼續(xù)灌注30 min 結束灌漿；如注入量不大于1 L/min，繼續(xù)灌注60 min 結束灌漿；當某一比級漿液注入量已達300 L 以上或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不明顯時，應改濃一級；當注入率大于30 L/min 時，可據(jù)情況越級變濃。灌漿結束14 d 后通過壓水實驗進行灌漿質量檢查，沿灌漿軸線每隔20 m 設一檢查孔，檢查孔數(shù)不少于灌漿總孔數(shù)的10%，并取巖芯做滲透實驗和抗壓實驗。

4.2.3 壩體高壓旋噴灌漿。

壩體采用單管高壓旋噴灌漿，用鉆孔提升注漿工藝，先帷幕后高噴，沿帷幕灌漿軸線位置布孔，旋噴全長106 m，設單排孔，75 型巖芯鉆機，帶漿鉆孔，孔徑79 mm，孔深伸入帷幕灌漿防滲墻0.5～1.0 m，樁距偏差≤50 cm，垂直度≤1%，樁長≥設計樁長，送漿管長≤50 m，至樁底原地旋轉12 s，并與壩基帷幕灌漿防滲墻閉合。本工程心墻為粘土，標準貫入擊數(shù)10＜N＜20，單管旋噴孔徑取0.65 m，灌漿孔距取0.55 m。灌漿工藝通過現(xiàn)場試驗確定提升速度、地層變化、噴漿量、成樁時間，每臺鉆機試樁一根；灌注純水泥漿，水灰比為1∶1～1.2，拌合時間3 min＜t＜2 h，用復合硅酸鹽水泥，水泥標號不低于32.5 MPa，水泥用量200 kg/m，用兩次攪拌法，漿液灌前要過篩，設計摻入量≥200 kg/m；鉆孔噴漿壓力≤1 MPa，噴漿量＜總量的1/3，灌漿壓力＞20 MPa，提升速度≤20 cm/min，轉速控制在30 r/min，樁底部和樁頂部停位灌15 s；因故中斷復噴漿量≥設計量，搭接長度≥10 cm，且在12 h 內補噴，超12 h，要補樁，樁頂凹穴用水灰比1∶0.6 的水泥漿補灌；正常冒漿＜20%注漿量，超過應采取減少注漿量、加快提升、提轉速等措施，不冒漿應采取摻速凝劑、增大注漿量等措施。灌漿結束28 d后通過復合地基荷載或單樁荷載實驗進行豎向旋噴樁承載力質量檢查，沿灌漿軸線設檢查孔，選在有代表性、出現(xiàn)異常、地基復雜和對高噴質量有影響的樁位，檢查點數(shù)為施工總點數(shù)的1%，每單項單體工程不少于3 點。

4.2.4 壩踵和壩肩截水槽防滲

坪寨水庫在迎水坡壩踵處機械挖截留槽、鋸齒槽，排水清基至巖面或不透水層，底寬不小于3 m，槽兩側按1∶1.5 放坡，用與壩體心墻相同的優(yōu)質粘土回填，回填土應分層碾壓，達到規(guī)范要求的密實度，壩肩截水斜墻與壩踵截水墻施工工藝基本相同，斜墻從下至上底寬可由3 m 漸變至2 m，壩踵和壩肩截水槽應閉合。

4.2.5 放水涵洞防滲

康林水庫位于洋中鎮(zhèn)康林溪上，系?。á颍┬退畮?，壩型為粘土心墻壩。在壩頂鉆孔進行壩基帷幕和壩體高噴灌漿的基礎上放水涵洞還在漏水，經(jīng)分析比較后決定在涵洞與壩頂灌漿軸線水平投影相交處及其上游6 m 處各增設一道垂直于涵洞的固結灌漿和充填灌漿，灌漿壓力分別為0.3 MPa、0.1 MPa，鉆孔與涵洞縱向垂直，對稱布孔。經(jīng)灌漿后達到防滲的目的。

4.3 水平防滲

大坪洋水庫位于湯川鄉(xiāng)黃林溪上，系?。á瘢┬退畮欤瑝涡蜑檎惩列膲?。1970 年8 月開工，1974 年3 月竣工，建庫時壩體質量差，導致水庫建成蓄水后壩體存在漏水，迎水坡局部塊石護坡有變形、損壞、凹陷等，存在安全隱患。經(jīng)方案比選后選用水平防滲，具體措施如下：對壩迎水坡全斷面鋪設復合土工膜。工藝流程：拆除砌石護坡及雜物—→壩坡面平整機平整—→挖防滑齒槽—→挖周抱固埋溝—→鋪復合土工膜—→填夯齒槽及周抱固埋溝混凝土—→夯鋪細中砂—→干砌塊石護坡等。

具體做法如下：①先將庫水排空，再將壩迎水坡干砌石護坡、碎石墊層、尖角、淤泥、雜草雜物、樹根等清理干凈；②壩面凹凸不平用粘土回填機械夯實整平；③每隔6 m 高差挖一條水平寬深40 cm×20 cm 的鋸齒形防滑槽，夯實整平；④挖壩周抱固埋溝，固埋溝上方及左右為矩形，40 cm×40 cm，整平后澆10 cm 厚C10 混凝土，下部壩踵挖溝澆筑C15 混凝土擋墻高1.5 m，先澆1 m，鋪土工膜后再澆0.5 m；⑤壩迎水坡全斷面鋪設復合土工膜，用粘土回填防滑槽，夯整至與壩平，周抱固埋溝用C15 混凝土澆至與壩面平，再鋪10 cm 細砂、10 cm 中砂及30 cm 干砌塊石護坡，實施后達到防滲的目的。

5 溢洪道泄洪標準不足的處理

嶺頭水庫位于聯(lián)合鎮(zhèn)吉木溪支流上，系?。á颍┬退畮?，溢洪道在壩左岸，為開敞式寬頂堰，總長134.4 m，由上平段、第一陡坡段、消力池、第二陡坡段、挑流消能組成。其上平段長37 m，原堰頂高程397.6 m，設計堰頂寬5.9 m，深2.6 m，設計最大泄流量30.74 m3/s，經(jīng)核算，現(xiàn)有溢洪道泄洪達不到設計要求。為保安全度汛，對溢洪道上平段左側長37 m 進行挖深處理，護砌后加深2.5 m，寬1.4 m，并于0+013 處設一道鋼閘門，閘門頂與原堰頂平，啟閉房底與壩頂平，閘門前后各1.5 m 的底板和側墻采用鋼筋混凝土護砌，其余均為漿砌塊石。處理后溢洪道增加過水斷面3.5 m2，最大過水深5.1 m，經(jīng)復核，過水能力達到設計標準，300 年一遇洪水泄洪能力為35.3 m3/s。實施后使水庫在不減效益的情況下提高了溢洪道泄洪標準。

以上介紹的僅是尤溪縣水庫除險加固工程實施中較常用的幾種典型的措施，它們并不單存，多為并存，而且處理方法有很多，應具體問題具體分析。

6 結 語

尤溪縣中小型公益庫除險加固工作已基本告一段落，安全隱患已得到較好的處理，基本能按設計安全運行。下一階段尤溪縣中小型水庫重點工作將放在強監(jiān)管上，將認真做好以下幾方面工作：一是加強監(jiān)管隊伍建設?？h鄉(xiāng)兩級成立監(jiān)管隊，配齊專業(yè)監(jiān)管員；二是加強管理制度建設。做好水庫8 個制度上墻和2 個審批；三是加強隊伍素質建設。招新人進水利，送職工去深造，辦培訓提素質，過考核憑證上等；四是加強安全檢查。汛前、汛中、汛末定期查，期間不定期查，發(fā)現(xiàn)問題，限期整改，每周督促，對上級查出問題要掛件辦；五是落實維養(yǎng)經(jīng)費。爭取將壩路劈草清溝、沉降位移觀測、金結除銹涂漆上油、兩房保潔等按年實施，定次數(shù)、單價、質量，并列入常態(tài)管理經(jīng)費，工程應急除險另計，加大維養(yǎng)投入；六是要定期安鑒監(jiān)測。定期進行壩閘安鑒，沉降位移觀測，水雨情自動測報全覆蓋，測報及時準確；七是要認真落實約談問責。系統(tǒng)內外都要約談問責，只有大家都履職盡責了，水庫管理才能真正做好。