安徽省小型水庫土石壩常見病險(xiǎn)及加固措施統(tǒng)計(jì)分析

梁 建， 李瑞忠， 路偉亭

(1.安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院, 安徽 合肥 230088;2.安徽省水利水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 安徽 蚌埠 233000;3.山東電力建設(shè)第三工程有限公司, 山東 青島 266100)

新中國成立以來，安徽省持續(xù)開展大規(guī)模水利建設(shè)，基本建成防洪、除澇、灌溉等工程體系，為安徽省除水害興水利發(fā)揮了巨大的作用。截至2020年10月，安徽省在冊水庫共計(jì)5916座，水庫總庫容172.98億立方米。這些水庫控制流域面積總計(jì)為5.49×104km2，占安徽省國土面積的39%。水庫大壩包括均質(zhì)土壩4641座、粘土心墻壩588座、粘土斜墻壩159座，占水庫數(shù)量的91%。

2007年以來，安徽省對水庫進(jìn)行了一輪除險(xiǎn)加固，目前已經(jīng)基本完成。本文以安徽省占比最多的小型水庫土石壩為研究對象，根據(jù)水庫規(guī)模、類型，以長江、淮河為界，分江南區(qū)、江淮之間和淮北區(qū)三區(qū)域，選擇典型水庫76座進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。選取如下：江南區(qū)選擇土石壩32座，江淮之間選擇土石壩38座，淮北區(qū)選擇土石壩6座。根據(jù)水庫安全鑒定結(jié)論統(tǒng)計(jì)水庫加固前的病險(xiǎn)特征，根據(jù)水庫除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)報(bào)告以及施工圖統(tǒng)計(jì)加固處理措施，旨在深入分析病險(xiǎn)特征，提出更為有效的除險(xiǎn)加固對策。

1 加固前小型水庫病險(xiǎn)特征統(tǒng)計(jì)

安徽省的水庫絕大多數(shù)建于20世紀(jì)50～70年代，受當(dāng)時(shí)社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的制約，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、施工質(zhì)量差。小型水庫土石壩的病險(xiǎn)特征概括起來可以分為六個(gè)方面：①壩基透水系數(shù)大、清基不徹底，存在壩基滲漏現(xiàn)象；②壩肩未處理或被破壞、穩(wěn)定不足；③壩體填筑質(zhì)量差、沉陷滑坡、穩(wěn)定不足、無護(hù)坡或護(hù)坡?lián)p毀、無排水設(shè)施或失效；④放水涵結(jié)構(gòu)老化損毀、金屬結(jié)構(gòu)失效、接觸滲漏；⑤溢洪道設(shè)施不完善、結(jié)構(gòu)老化損毀、下泄能力不足等。大壩主要病險(xiǎn)特征統(tǒng)計(jì)表如表1所列。

表1 水庫病險(xiǎn)特征統(tǒng)計(jì)表

1.1 江南區(qū)小型水庫病險(xiǎn)特征

江南區(qū)水庫主要分布在皖南山區(qū)和沿江丘陵地帶。江南區(qū)水庫大壩主要病險(xiǎn)特征有清基不徹底、填筑質(zhì)量差、存在壩體壩基壩肩滲漏、壩坡穩(wěn)定不足、排水體堵塞失效、壩坡無護(hù)坡或損毀和壩體沉陷等。

如表1所示，清基不徹底、筑壩土體質(zhì)量差、碾壓質(zhì)量差、分期施工導(dǎo)致的接觸面處理控制不嚴(yán)等填筑質(zhì)量問題是江南區(qū)水庫的主要問題，占水庫樣本的90%以上。心墻壩對心墻土質(zhì)要求較高，江南區(qū)水庫大壩普遍存在心墻不滿足現(xiàn)行規(guī)范的現(xiàn)象。

江南區(qū)溢洪道主要病險(xiǎn)特征為結(jié)構(gòu)老化損毀、消能等設(shè)施不完善、下泄能力不足、圬工結(jié)構(gòu)等。江南區(qū)60%以上的水庫都存在溢洪道結(jié)構(gòu)老化損毀、設(shè)施不完善的病險(xiǎn)特征。

江南區(qū)放水涵有塔式放水涵、斜拉桿放水涵、斜臥涵和虹吸式等，主要病險(xiǎn)特征為壩下涵存在接觸滲漏、結(jié)構(gòu)老化損毀、圬工結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)失效等。50%以上的水庫都存在接觸滲漏現(xiàn)象，若處理不當(dāng)，將會影響工程效益的發(fā)揮，并可能導(dǎo)致垮壩事故，帶來重大損失，甚至造成災(zāi)難。加固前江南區(qū)有13%的水庫采用放水隧洞的引水方式，有效避免了因接觸滲漏對壩體造成的危害。

1.2 江淮之間小型水庫病險(xiǎn)特征

江淮之間水庫主要分布在沿江丘陵地帶、江淮分水嶺、皖西山區(qū)，占安徽省水庫數(shù)量的76%。如表1所示，江淮之間水庫壩體主要病險(xiǎn)特征有填筑質(zhì)量差、壩坡無防護(hù)或損毀、清基不徹底、壩體滲漏、壩坡穩(wěn)定不足、排水體堵塞失效、壩體沉陷、壩體滑坡等。

筑壩土體質(zhì)量差、碾壓質(zhì)量差、分期施工導(dǎo)致的接觸面處理控制不嚴(yán)等填筑質(zhì)量差問題是江淮之間水庫的主要問題，在樣本中占62%。50%以上的江淮之間水庫存在壩坡無防護(hù)或損毀現(xiàn)象。

江淮之間水庫溢洪道主要病險(xiǎn)特征為結(jié)構(gòu)老化損毀、消能等設(shè)施不完善、圬工結(jié)構(gòu)、下泄能力不足等。70%以上的水庫都存在結(jié)構(gòu)老化損毀的病險(xiǎn)特征。淠史杭灌區(qū)的“長藤結(jié)瓜”型反調(diào)節(jié)水庫，分布在六安市霍邱縣葉集區(qū)、淮南市壽縣、合肥市長豐縣等地，是江淮之間的典型水庫，此類水庫流域面積小，有的庫面面積即流域面積，一般無溢洪道或溢洪道較小，或采用放水涵洞兼作泄洪洞。

江淮之間放水涵以塔式放水涵為主，主要病險(xiǎn)特征為壩下涵存在接觸滲漏、結(jié)構(gòu)老化損毀、圬工結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)失效等。江淮之間60%以上的水庫存在接觸滲漏現(xiàn)象。江淮之間也有少量水庫采用放水隧洞的引水方式。

1.3 淮北區(qū)小型水庫病險(xiǎn)特征

淮北區(qū)水庫主要分布在淮北丘陵區(qū)，壩體以均質(zhì)土壩為主，主要病險(xiǎn)問題包括填筑質(zhì)量差、壩體滲漏、壩體沉陷等。填筑質(zhì)量問題是淮北區(qū)水庫的主要問題，在樣本中占83%。

淮北區(qū)水庫溢洪道主要病險(xiǎn)特征為結(jié)構(gòu)老化損毀、消能等設(shè)施不完善、圬工結(jié)構(gòu)、下泄能力不足等。70%以上的水庫都存在結(jié)構(gòu)老化損毀的病險(xiǎn)特征。

淮北區(qū)水庫放水涵全部為塔式控制的壩下涵，主要病險(xiǎn)特征為結(jié)構(gòu)老化損毀、圬工結(jié)構(gòu)、接觸滲漏、金屬結(jié)構(gòu)失效等。80%以上的水庫都存在接觸滲漏現(xiàn)象。

2 除險(xiǎn)加固主要病險(xiǎn)工程措施統(tǒng)計(jì)

2.1 壩基、壩身滲漏

土石壩滲漏的治理一般采取上堵下排的方式。江南區(qū)的水庫均實(shí)施了防滲措施，江淮之間有少量水庫壩體土質(zhì)滿足規(guī)范要求，僅進(jìn)行加培處理；淮北區(qū)多數(shù)水庫進(jìn)行加培處理。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，樣本中29%的水庫采用的高壓噴射灌漿的防滲措施，22%的水庫采用的復(fù)合土工膜的方式。

江南水庫部分土石壩位于皖南山區(qū)，普遍存在壩基滲漏和壩肩繞滲，有59%采取了帷幕灌漿的做法。其他土石壩中將截滲墻伸入不透水層的做法較為普遍，也有部分水庫結(jié)合粘土斜墻或土工膜，采用開挖截滲槽，完善鋪蓋的做法。

江南區(qū)有38%的水庫新建或修復(fù)了排水棱體，江淮之間有46%的水庫新建或修復(fù)了排水棱體，完善排水系統(tǒng)，排出壩內(nèi)滲水。

2.2 壩坡不滿足要求

在對安徽省76座不同區(qū)域的小型水庫的調(diào)研中，壩坡病害主要有兩方面的問題：壩坡穩(wěn)定不足，無護(hù)坡或護(hù)坡?lián)p毀。

針對壩坡穩(wěn)定不足的解決方案主要有增加防滲設(shè)施、放緩壩坡或增設(shè)馬道。增加防滲設(shè)施主要是通過心墻或斜墻阻止水進(jìn)入壩體，降低浸潤線，從而提高抗滑穩(wěn)定系數(shù)。壩坡過陡、壩體單薄引起的邊坡穩(wěn)定不足，一般通過放緩壩坡或增設(shè)馬道解決，江南區(qū)28%的水庫和江淮之間有13%的水庫采用了此類方式。

護(hù)坡是土石壩壩體結(jié)構(gòu)的重要組成部分。上游護(hù)坡加固時(shí)51%的水庫采用預(yù)制混凝土塊護(hù)坡，36%的水庫采用干砌塊石護(hù)坡，部分水庫采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡；下游護(hù)坡均采用草皮護(hù)坡。

2.3 溢洪道除險(xiǎn)加固

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，從江南區(qū)到淮北區(qū)溢洪道維修加固的比例從81%減少到33%，拆除重建的比例相應(yīng)增加。除險(xiǎn)加固后，水庫溢洪道普遍完善了進(jìn)水渠、控制段、泄槽和消能防沖設(shè)施等結(jié)構(gòu)形式，部分水庫溢洪道加大了下泄能力。針對溢洪道與壩體的接觸滲漏問題，部分水庫采取了堰下帷幕灌漿的方式。

2.4 放水涵除險(xiǎn)加固

放水隧洞相比較壩下埋管，成本較高，但從保護(hù)壩體角度相對安全。放水隧洞在皖南山區(qū)較多，加固前江南水庫中采用放水隧洞的占13%，本輪除險(xiǎn)加固改建為放水隧洞的占31%。江淮水庫中加固前采用放水隧洞的占3%，本輪除險(xiǎn)加固改建為放水隧洞的占5%?；幢彼畮熘屑庸糖昂缶捎玫膲蜗侣窆艿姆绞健?/p>

在對放水涵除險(xiǎn)加固調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，江南區(qū)水庫由于壩子高、壩長短，涵洞埋深較大，在加固時(shí)大多采取涵洞封堵的方式；江淮之間中87%的水庫采取的拆除重建的方式；而淮北則全部采取拆除重建的方式。

3 結(jié)束語

安徽省小型水庫土石壩數(shù)量多、分布廣，地跨長江流域、淮河流域和新安江流域。一輪的除險(xiǎn)加固為水庫的管護(hù)以及加固提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

(1)筑壩土料差、填筑質(zhì)量差問題是安徽省水庫土石壩的主要問題之一，造成多數(shù)土石壩存在不同程度的壩體壩基滲漏。壩下涵洞的接觸滲漏也是危及土石壩安全的主要問題之一。

(2)針對壩體、壩基滲漏問題，樣本中29%的水庫采用的高壓噴射灌漿的防滲措施，并取得了良好效果。針對壩下涵洞接觸滲漏問題，樣本中49%的江南水庫和8%的江淮水庫采用放水隧洞的方式避免接觸滲漏的發(fā)生。

(3)加強(qiáng)小型水庫的監(jiān)測與管護(hù)。大壩監(jiān)測是掌握大壩的運(yùn)行狀態(tài)、保證大壩安全運(yùn)行的重要措施，也是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成果、檢查施工質(zhì)量和認(rèn)識大壩各種物理參數(shù)變化規(guī)律的有效手段，水庫測壓管觀測數(shù)據(jù)的分析研究對判斷大壩的運(yùn)行狀態(tài)有著重要的意義。而小型水庫大多由鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村管理，無專管機(jī)構(gòu)和專業(yè)技術(shù)人員,因此采用新技術(shù)對小型水庫進(jìn)行監(jiān)測勢在必行。