小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固技術(shù)及其應(yīng)用

黃文鈞

（廣州市花都區(qū)小型水庫(kù)管理中心，廣東 廣州 510800）

0 引言

我國(guó)小型水庫(kù)數(shù)量多，大多投入使用年限較長(zhǎng)，缺乏有效運(yùn)維管理，存在一定安全隱患。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，1954年到2006年間，我國(guó)出現(xiàn)了3498起水庫(kù)事故，其中小型水庫(kù)占比達(dá)77%，給區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重影響。2012年以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始加大小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固的力度，于2013年先后多次提到“加大財(cái)政對(duì)小型水庫(kù)建設(shè)和除險(xiǎn)加固支持力度”，以除險(xiǎn)加固為關(guān)鍵點(diǎn)，做好小型水庫(kù)的質(zhì)量管控，從根本上提高我國(guó)小型水庫(kù)的經(jīng)濟(jì)效益和安全性能。本文在介紹小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固技術(shù)的基礎(chǔ)上，以某小型水庫(kù)為例，介紹相關(guān)技術(shù)方案的應(yīng)用。

1 小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 帷幕灌漿技術(shù)

帷幕灌漿技術(shù)主要利用孔內(nèi)循環(huán)或純壓兩種方式將漿液灌入裂縫、孔隙中，形成連續(xù)的阻水帷幕，往往適用于壩基滲漏、繞壩滲漏及接觸滲漏，在我國(guó)小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作中應(yīng)用非常普遍。

為保證帷幕灌漿防滲效果和改善壩體的穩(wěn)定性，施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格依照壩體病險(xiǎn)情況合理開(kāi)展帷幕灌漿，工藝流程主要包括：

（1）鉆孔與測(cè)斜。一般采用小口徑回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，操作時(shí)可根據(jù)開(kāi)孔情況進(jìn)行兩點(diǎn)錨固，校正無(wú)問(wèn)題后方可進(jìn)行孔口管埋設(shè)。

（2）沖洗與壓水。施工過(guò)程中主要通過(guò)高壓水脈動(dòng)實(shí)現(xiàn)，控制時(shí)間在30min 以上，直至壓水試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到1MPa后方具備灌漿條件。

（3）制漿。按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5148-2012）中的關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)泥漿進(jìn)行配比，通過(guò)集中制漿法供漿。使用前可分別采用標(biāo)準(zhǔn)漏斗黏度計(jì)、激光粒度儀等檢測(cè)，保證濃度及細(xì)度符合灌漿要求。

（4）灌漿。處理過(guò)程中應(yīng)控制好灌漿壓力和灌漿段長(zhǎng)。在灌漿結(jié)束后應(yīng)采用1∶2 的濃漿置換出孔內(nèi)的稀漿，待壓力表回零30min后再起管。該過(guò)程中應(yīng)注意設(shè)置好全程自動(dòng)記錄，形成專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)追蹤。

1.2 劈裂灌漿技術(shù)

劈裂灌漿技術(shù)主要通過(guò)水力劈裂原理向空隙內(nèi)注漿，利用徑向壓力加強(qiáng)灌漿效果，從而有效處理壩體裂縫滲漏。

劈裂灌漿施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)壩體病險(xiǎn)處理方案合理選用配套裝置，做好施工參數(shù)和施工操作的設(shè)置，工藝流程主要包括：

（1）鉆孔施工。該技術(shù)中往往一次成孔，可先按照壩體滲漏狀況設(shè)置孔位，然后通過(guò)錘擊鉆垂直開(kāi)孔，安放護(hù)壁管。小型水庫(kù)中選用DN100的無(wú)縫鋼管即可，懸吊置入孔內(nèi)后封堵夯實(shí)。

（2）灌漿施工。該灌漿操作與帷幕灌漿基本一致，施工過(guò)程中按照少量多次原則，分別開(kāi)展孔序灌注，逐步起管，直至全部灌漿完畢。

1.3 套井回填技術(shù)

套井回填技術(shù)是水庫(kù)壩體加固的一種常見(jiàn)技術(shù)，可通過(guò)黏土回填形成有效防護(hù)，增強(qiáng)壩體的安全性和穩(wěn)定性。

套井回填施工過(guò)程中應(yīng)先使用鉆機(jī)造孔，盡量控制孔口偏斜率在4%以?xún)?nèi)。確定鉆孔完畢后，對(duì)內(nèi)部進(jìn)行清理，分層回填。上述工藝中應(yīng)保證回填土黏性大、易夯實(shí)，含水率在25%左右。同時(shí)，回填操作時(shí)要逐層鋪墊，每次施工厚度不超過(guò)25cm，鋪設(shè)后使用夯錘重力壓實(shí)，使?jié)B透系數(shù)小于1×10-5cm/s。

1.4 土工膜技術(shù)

土工膜加固技術(shù)可利用土工膜進(jìn)行垂直防滲，如圍堰防滲、堤壩防滲、涵閘防滲等，實(shí)用效果顯著。該工藝操作過(guò)程中主要利用水沖、鏈斗或往復(fù)式鋸槽機(jī)在需要防滲的土體中垂直開(kāi)出槽孔，并以泥漿護(hù)壁。然后，再將土工膜置于槽孔內(nèi)，倒轉(zhuǎn)軸卷，使土工膜展開(kāi)，直至土工膜兩側(cè)褡褳在一起，利用填料回填，形成良好的防滲帷幕。

為保證土工膜防滲加固效果，在施工時(shí)應(yīng)依照《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50290-2014）中的關(guān)鍵指標(biāo)合理選用膜材料及回填料?；靥顣r(shí)應(yīng)逐層夯實(shí)，待土工膜出槽后與小型水庫(kù)防滲系統(tǒng)連接，同時(shí)做好密封，從而保證整體防滲加固質(zhì)量。

2 小型水庫(kù)建筑物加固方案

本次研究過(guò)程中主要以某鄉(xiāng)鎮(zhèn)的小型病險(xiǎn)水庫(kù)為例，研究其建筑物加固思路及搶險(xiǎn)加固的關(guān)鍵操作，以形成科學(xué)、高效的除險(xiǎn)加固技術(shù)方案。

2.1 問(wèn)題分析

某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型水庫(kù)于1986年8月投入使用，總儲(chǔ)水總量可達(dá)142m3，用于區(qū)域防洪抗旱。該水庫(kù)由大壩、溢洪道及涵洞三部分組成，其中大壩全長(zhǎng)超過(guò)75m，壩高為21.9m，壩寬為4m；溢洪道全長(zhǎng)超過(guò)30m，開(kāi)挖后直接入主河道，并未沉積處理；涵洞全長(zhǎng)為31m，截面為1.2m×1.8m。受技術(shù)、環(huán)境和運(yùn)維管理等因素影響，該小型水庫(kù)在長(zhǎng)久使用后大壩、溢洪道及涵洞均出現(xiàn)不同程度損壞，亟待對(duì)病險(xiǎn)問(wèn)題進(jìn)行處理，相關(guān)病險(xiǎn)隱患見(jiàn)表1。

表1 某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型水庫(kù)存在的病險(xiǎn)隱患

2.2 加固技術(shù)方案

2.2.1 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)該水庫(kù)病險(xiǎn)情況的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，從不同結(jié)構(gòu)銜接、水土流失防護(hù)和防滲加固施工三部分出發(fā)，全面增強(qiáng)水庫(kù)的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益，使其更好地服務(wù)于區(qū)域生態(tài)。

（1）銜接要求。除險(xiǎn)加固時(shí)結(jié)合大壩、溢洪道及涵洞的整體情況，做好不同結(jié)構(gòu)防滲層的銜接，利用專(zhuān)業(yè)技術(shù)保障防滲加固層的整體防護(hù)效果。

（2）水土保持。要強(qiáng)調(diào)水土流失防護(hù)及增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)效益，最大程度改善蓄洪灌溉中的水土保持效果。

（3）防滲加固。應(yīng)利用好防滲技術(shù)和加固處理中的各項(xiàng)操作，對(duì)大壩、溢洪道及涵洞裂縫進(jìn)行填充加固，通過(guò)帷幕灌漿、劈裂灌漿、套井回填及土工膜處理等在不同區(qū)域做好病險(xiǎn)防控，從而提升其安全等級(jí)。

2.2.2 加固要點(diǎn)

（1）大壩搶險(xiǎn)加固處理。上述過(guò)程中針對(duì)壩基、壩體和壩坡情況，分別采用帷幕灌漿、劈裂灌漿和護(hù)坡防護(hù)，如圖1所示。

圖1 某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型水庫(kù)大壩搶險(xiǎn)加固技術(shù)方案

壩基帷幕灌漿操作時(shí)軸線(xiàn)長(zhǎng)96m，沿線(xiàn)孔槽間距設(shè)置為2m，通過(guò)自上而下的孔內(nèi)循環(huán)方式注漿，總耗灰量可達(dá)到200kg/m。

壩體劈裂灌漿前先根據(jù)水庫(kù)內(nèi)水位情況、蓄洪能力及滲漏系數(shù)等，計(jì)算出其滲透流量在3.7萬(wàn)m3/a左右，病險(xiǎn)情況較為嚴(yán)重。處理的過(guò)程中應(yīng)采用水泥黏土漿灌注，按照少量多次原則全孔灌注，控制注漿壓力在0.5MPa以?xún)?nèi)，反復(fù)灌漿5～7次，直至滲透系數(shù)在安全閾值內(nèi)。而在壩體排水處理中應(yīng)根據(jù)情況在兩側(cè)增設(shè)0.25m×0.3m的C15混凝土排水溝。

壩坡處理時(shí)主要利用砂石墊層防護(hù)和草皮防護(hù)實(shí)現(xiàn)。其中，上游壩坡為1∶2.73，可在上層設(shè)置干砌塊石護(hù)坡，厚度為30mm，下層設(shè)置砂礫石墊層，厚度在20m；下游壩坡施工中應(yīng)先進(jìn)行雜草清理，然后重新砌筑堆石棱體，鋪設(shè)草皮護(hù)坡。

（2）溢洪道搶險(xiǎn)加固處理。該區(qū)域處理的過(guò)程中對(duì)閘室進(jìn)行擴(kuò)建，新溢洪道的關(guān)鍵參數(shù)如下：

①引渠段。仍采用原方案，進(jìn)口區(qū)域保持不變，但與閘室連接區(qū)域分別增設(shè)邊墻，控制其高度在2m左右，寬度為11.4m，且邊墻圓弧半徑調(diào)整為5.5m，中心角設(shè)置為90°。施工過(guò)程中漿砌石邊墻底部應(yīng)使用C15混凝土襯砌，厚度控制在30mm左右。

②閘室段。新增閘室全長(zhǎng)為12m，寬度為11.4m，高度為5.0m，墻板厚度為1m。全段均采用C20 混凝土襯砌，上下段分別設(shè)置工作橋和底板。

③泄槽段。在原溢洪道基礎(chǔ)上使用C15混凝土對(duì)該部分進(jìn)行襯砌，同時(shí)設(shè)置齒槽抗滑。

④消能段。增加挑流消能段，控制尾部挑力角度在25°左右，反弧半徑達(dá)到5m，在一定程度上緩解溢洪道消能壓力。

（3）涵洞搶險(xiǎn)加固處理。針對(duì)盤(pán)閘年久失修現(xiàn)狀，在現(xiàn)場(chǎng)檢查后更換新的零部件，對(duì)盤(pán)閘性能進(jìn)行測(cè)試，確定達(dá)標(biāo)后方可投入使用。而在涵洞開(kāi)裂處理過(guò)程中，則主要利用土工膜防滲處理技術(shù)及高壓灌漿技術(shù)分別防護(hù)。其中，大面積開(kāi)裂處理過(guò)程中應(yīng)先對(duì)基底進(jìn)行清理，然后將裁減好的土工膜按照要求敷設(shè)到孔槽中，靜壓兩邊收面。鋪設(shè)完成后，要選用細(xì)致回填料回填并壓實(shí)，檢查整體密封防護(hù)效果。細(xì)微裂縫處理過(guò)程中可通過(guò)高壓灌漿技術(shù)，對(duì)涵洞內(nèi)的裂縫分別灌注，其關(guān)鍵操作與壩體灌注一致，在此不再贅述。

除此之外，本次涵洞搶險(xiǎn)加固處理過(guò)程中還針對(duì)梯斜臥管破損、滲漏等病險(xiǎn)情況進(jìn)行封堵或重建。同時(shí)，還要在涵洞臥管出口處適當(dāng)設(shè)置消力池，增強(qiáng)末端消力效果，從而改善涵洞的穩(wěn)定性能。

3 小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的注意事項(xiàng)

小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固技術(shù)種類(lèi)較多，施工操作較為復(fù)雜，在處理的過(guò)程中必須做好前期準(zhǔn)備、強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理、開(kāi)展運(yùn)維管控，這樣才能夠從根本上改善小型水庫(kù)的安全性能，使其更好地發(fā)揮蓄洪灌溉功用。

（1）前期準(zhǔn)備。要對(duì)小型水庫(kù)的病險(xiǎn)情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，包括設(shè)計(jì)方案分析、使用情況咨詢(xún)和現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察檢測(cè)等，從歷史數(shù)據(jù)及實(shí)地檢測(cè)結(jié)果兩部分出發(fā)，全面把握其病險(xiǎn)隱患，這樣才能夠保證除險(xiǎn)加固的科學(xué)性、高效性和可靠性。而在設(shè)計(jì)除險(xiǎn)加固技術(shù)方案時(shí)，應(yīng)注意針對(duì)具體問(wèn)題選擇對(duì)應(yīng)處理方案，對(duì)比帷幕灌漿技術(shù)、劈裂灌漿技術(shù)、套井回填技術(shù)和土工膜技術(shù)的適用性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性等，切合實(shí)際、因地制宜，形成最佳處理方案和施工路徑。

（2）現(xiàn)場(chǎng)管理。要針對(duì)小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固施工要求做好質(zhì)量管理，由專(zhuān)業(yè)監(jiān)督管理人員開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)管控，對(duì)重點(diǎn)工程、隱蔽工程等環(huán)節(jié)施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證其嚴(yán)格依照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展。同時(shí)，還要做好現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄，尤其是在小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固灌注施工時(shí)，應(yīng)對(duì)開(kāi)孔情況、回填料配比、回填操作中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄追蹤，從而為后續(xù)質(zhì)檢和管理提供有效參考依據(jù)。

（3）運(yùn)維管控。小型水庫(kù)在使用后容易出現(xiàn)由積水、沖刷等導(dǎo)致的滲透、開(kāi)裂、坍塌等問(wèn)題。為此，必須要針對(duì)水庫(kù)運(yùn)行情況定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查和防護(hù)。如在小型水庫(kù)排水口、溢流段等均使用混凝土砌筑，在壩體表面分別設(shè)置不同類(lèi)型護(hù)坡，梯級(jí)斜臥管出口處增設(shè)消力池及海漫等，利用防護(hù)裝置和消力保護(hù)，增強(qiáng)小型水庫(kù)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，使其更好地參與到生態(tài)服務(wù)中。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)小型水庫(kù)大多投入使用年限較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)方案陳舊、防護(hù)能力薄弱，開(kāi)裂、滲漏、坍塌等問(wèn)題頻發(fā)。針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展搶險(xiǎn)加固處理時(shí)，必須要先對(duì)小型水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，在分析技術(shù)資料和病險(xiǎn)問(wèn)題基礎(chǔ)上合理設(shè)計(jì)加固方案，明確大壩、溢洪道、涵洞等防滲加固中的關(guān)鍵點(diǎn)。同時(shí)，還要對(duì)搶險(xiǎn)加固技術(shù)進(jìn)行合理篩選，在安全等級(jí)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)效益等需求上形成最佳施工方案，使小型水庫(kù)搶險(xiǎn)加固效益最大化，從根本上改善我國(guó)小型水庫(kù)運(yùn)維管理工作質(zhì)量。