小型病險(xiǎn)水庫(kù)病害特點(diǎn)及除險(xiǎn)加固技術(shù)

張定華，楊 倩

1.河南靈捷水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，河南 南陽(yáng) 473000

2.南陽(yáng)市源正水利水電建筑工程有限公司，河南 南陽(yáng) 473000

1 我國(guó)小型水庫(kù)現(xiàn)狀

依照水庫(kù)實(shí)際容量，可將水庫(kù)劃分為三個(gè)等級(jí)，即小型、中型及大型。我國(guó)以小型水庫(kù)為主，截止到2019年底，我國(guó)小型水庫(kù)達(dá)93390座，占總水庫(kù)的95.1%。小型水庫(kù)分布較為集中的地區(qū)為湖南，其次為江西、廣東。小型水庫(kù)大多建設(shè)于二十世紀(jì)六七十年代，受施工技術(shù)影響，且長(zhǎng)期持續(xù)性運(yùn)行，導(dǎo)致汛期出險(xiǎn)、潰壩事故頻發(fā)。在我國(guó)發(fā)生潰壩事故的水庫(kù)中，小型水庫(kù)占96.3%。由于小型水庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，后期管理運(yùn)維不善，易危及下游群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，因而政府部門高度重視小型病險(xiǎn)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工作。

2020年11月30日，國(guó)務(wù)院新聞辦公室舉行病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固國(guó)務(wù)院政策例行吹風(fēng)會(huì)。自1998年特大洪水以來，國(guó)家全面貫徹大規(guī)模水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作，有效提升了水庫(kù)安全狀況，21世紀(jì)以來年均潰壩率僅為0.0045%。同時(shí)，為了進(jìn)一步提升水庫(kù)安全管理水平，一方面，全面落實(shí)水庫(kù)安全和除險(xiǎn)加固工作，制訂了2020—2022年攻堅(jiān)計(jì)劃；另一方面，針對(duì)未實(shí)施除險(xiǎn)的病險(xiǎn)水庫(kù)，全面貫徹限制運(yùn)用措施，確保工程安全。另外，全面加強(qiáng)線上、線下培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)責(zé)任人培訓(xùn)全覆蓋，加強(qiáng)雨水監(jiān)測(cè)、調(diào)度以及應(yīng)急預(yù)案等環(huán)節(jié)工作，加強(qiáng)安全防洪度汛能力。

2 小型病險(xiǎn)水庫(kù)的特點(diǎn)

2.1 防洪能力不足

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，我國(guó)現(xiàn)有小型水庫(kù)中，有35%的水庫(kù)均不同程度存在病險(xiǎn)，自身防洪能力無法滿足現(xiàn)階段蓄水、攔洪要求，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）水庫(kù)建設(shè)初期，受多方面因素影響，設(shè)計(jì)人員所設(shè)計(jì)的防洪標(biāo)準(zhǔn)限值與現(xiàn)行準(zhǔn)則要求匹配度較低。（2）壩頂高程高度不足，若洪水來襲高度超限，洪水通過其頂部流下，增加了潰壩等不良事故的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。（3）缺乏完善的泄洪設(shè)施，水庫(kù)溢洪道的實(shí)際尺寸無法滿足泄洪要求。

2.2 滲流不安全

滲流不安全是小型病險(xiǎn)水庫(kù)的常見特征，多見于壩體、壩基等部位，主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：（1）壩體厚度不足，使用土料滲透系數(shù)過高，下游壩腳排水棱體失效，造成下游壩體浸潤(rùn)線持續(xù)性升高，超過正常的標(biāo)準(zhǔn)限值，壩坡出現(xiàn)散浸現(xiàn)象。（2）壩體沉降變形，加劇了裂縫持續(xù)性發(fā)展，導(dǎo)致水流通過縫隙滲透，不利于水庫(kù)的安全運(yùn)行。（3）由于小型水庫(kù)建設(shè)初期的施工技術(shù)滯后、地質(zhì)勘察條件不足、未掌握全面的水文資料，施工采取的截流保護(hù)措施缺乏合理性，庫(kù)水從裂縫或結(jié)構(gòu)層質(zhì)量薄弱點(diǎn)滲出，常見的如壩基出現(xiàn)滲流，增加了不安全事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。（4）下游壩坡發(fā)生流土現(xiàn)象，壩腳部位出現(xiàn)管涌，一定程度上損傷了大壩結(jié)構(gòu)，增加了水庫(kù)不安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 結(jié)構(gòu)不安全

（1）土石壩結(jié)構(gòu)安全問題。小型水庫(kù)大壩因持續(xù)性運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了多方面安全隱患，一方面，大壩坡度較大，造成下游浸潤(rùn)線過高，壩基淤泥層含水量較高，難以滿足現(xiàn)階段實(shí)際規(guī)范要求；另一方面，壩體內(nèi)土質(zhì)硬化，長(zhǎng)期受地下水腐蝕影響，壩體整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，出現(xiàn)了不同程度的滑坡等病險(xiǎn)。

（2）溢洪道結(jié)構(gòu)安全問題。我國(guó)小型水庫(kù)溢洪道多為開敞式，由于當(dāng)時(shí)水庫(kù)建設(shè)資金匱乏、專業(yè)人員不足，溢洪道保護(hù)以漿砌石為主，或者沒有采取保護(hù)措施。其病險(xiǎn)特點(diǎn)現(xiàn)階段表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①溢洪道未布設(shè)，難以滿足現(xiàn)階段泄洪要求；②水庫(kù)結(jié)構(gòu)布設(shè)缺乏一定的合理性，難以實(shí)現(xiàn)自身使用功能；③長(zhǎng)時(shí)間未清理進(jìn)口淤泥，過流斷面較小，難以實(shí)現(xiàn)水庫(kù)正常泄洪；④渠道內(nèi)部缺乏一定的保護(hù)措施，長(zhǎng)期運(yùn)維管理流于形式，內(nèi)部雜草叢生，淤泥含水量較高，水流通暢度不足；⑤襯砌結(jié)構(gòu)破壞，岸坡坍塌嚴(yán)重。

（3）輸水涵管結(jié)構(gòu)安全問題。為滿足下游農(nóng)業(yè)實(shí)際用水需求，我國(guó)小型水庫(kù)輸水涵管以壩下布設(shè)為主，但受多重因素影響，如管道質(zhì)量不佳、基礎(chǔ)變形較為嚴(yán)重等，管壁出現(xiàn)破裂、滲水等問題。

（4）抗震性能不佳，金屬結(jié)構(gòu)老化問題。由于部分小型水庫(kù)在設(shè)計(jì)初期并未全面考量后續(xù)運(yùn)行中地震帶來的影響，沒有采取有效的保護(hù)措施，一旦發(fā)生地震，壩基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，會(huì)導(dǎo)致拱壩潰毀事故。與大中型水庫(kù)相比，許多小型水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)規(guī)模較小，維護(hù)人員及資金不足，布設(shè)閘門水庫(kù)，長(zhǎng)時(shí)間未實(shí)施修繕，受雨雪侵蝕導(dǎo)致金屬發(fā)生氧化，結(jié)構(gòu)銹蝕程度較為嚴(yán)重，閘門開啟、關(guān)閉時(shí)間延緩，最終其正常使用功能失效。

3 小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固技術(shù)

3.1 防洪安全加固

通過有效措施提升水庫(kù)泄洪能力，增強(qiáng)水庫(kù)攔截洪水能力，是水庫(kù)防洪安全加固的核心措施原則。針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有小型水庫(kù)病害特點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行全方位分析，實(shí)施針對(duì)性的加固措施，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境、水文、天氣情況，適當(dāng)增加大壩高程。當(dāng)壩頂與計(jì)算高程差距較小時(shí)，需要結(jié)合壩頂路面完成改造，可在其上游適當(dāng)布設(shè)相應(yīng)的防護(hù)混凝土墻；當(dāng)壩頂高程欠高較小時(shí)，在確保壩體安全的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加壩頂帽高度，應(yīng)嚴(yán)格控制其加高高度為2～3m；當(dāng)壩頂實(shí)際高程與計(jì)算高程差距較大時(shí)，需要增加壩坡厚度。（2）水庫(kù)防洪能力提升。根據(jù)水庫(kù)實(shí)際應(yīng)用途徑，利用專項(xiàng)措施，如加固溢洪道、增加過流斷面等，提升水庫(kù)溢洪道防洪能力。（3）聯(lián)合培厚加高與增強(qiáng)防洪能力。培厚加高應(yīng)根據(jù)水庫(kù)實(shí)際情況，決定其具體布設(shè)于上游還是下游。若大壩上游抗滑穩(wěn)定性難以滿足實(shí)際要求，下游缺乏一定條件，可選擇加高上游培厚；若大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定性不足，下游地形條件允許，可適當(dāng)加高下游培厚。

3.2 滲流安全加固

滲流是小型水庫(kù)常見的病險(xiǎn)之一，多見于壩體和壩基部位，為切實(shí)突破此類瓶頸，通常聯(lián)合上下游共同采取措施，以上游封堵、下游排放為原則。上游封堵主要指沿壩體軸線做好防滲措施，增強(qiáng)壩體防滲能力；下游排放主要依照下游實(shí)際情況，合理布設(shè)相應(yīng)的排水管道，以免土質(zhì)一同與水流排放。實(shí)際加固措施主要如下：（1）沿水庫(kù)壩體軸線，采取灌漿措施建設(shè)相應(yīng)防滲墻，并在墻體下部進(jìn)行帷幕灌漿；（2）上游壩坡填筑黏土斜墻；（3）改造排水設(shè)施，或在下游增設(shè)相應(yīng)的反濾。

3.3 結(jié)構(gòu)安全加固

（1）土石壩結(jié)構(gòu)安全加固。增強(qiáng)水庫(kù)壩坡、壩體結(jié)構(gòu)安全性可通過以下加固方式實(shí)現(xiàn)：①壩體出現(xiàn)裂縫、沉陷等病險(xiǎn)時(shí)，可通過黏土灌漿處理；②壩體坡度抗滑性能不佳，難以滿足現(xiàn)行要求時(shí)，可適當(dāng)采取干砌石固腳措施；③小型水庫(kù)缺乏管理措施、上下游護(hù)坡出現(xiàn)損害以及部分水庫(kù)未布設(shè)相應(yīng)的保護(hù)措施時(shí)，為強(qiáng)化壩體使用可靠性，需要對(duì)其采取加固措施，上游可選用混凝土護(hù)坡，下游可選擇塊石護(hù)坡，具體改造形式應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況決定；④部分小型水庫(kù)壩頂為泥結(jié)石路面，其寬度不足，為實(shí)現(xiàn)后續(xù)運(yùn)行管理，需要適當(dāng)增加其寬度，以滿足交通要求為準(zhǔn)，以混凝土路面為主，其厚度保持在10～15cm，避免其壩體水流滲流。堤壩內(nèi)坡澆筑修復(fù)見圖1。

圖1 堤壩內(nèi)坡澆筑修復(fù)

（2）溢洪道結(jié)構(gòu)安全加固。為了提升溢洪道結(jié)構(gòu)安全性，可通過以下鞏固措施實(shí)現(xiàn)：①溢洪道過流能力難以滿足實(shí)際運(yùn)行要求時(shí)，需要增加其寬度；②通過全方面實(shí)際勘察，應(yīng)對(duì)過流面外露溢洪道進(jìn)行保護(hù)，并及時(shí)清除其存積的淤泥，襯砌可選取現(xiàn)澆混凝土形式；③優(yōu)化調(diào)整溢洪道的結(jié)構(gòu)布設(shè)，減少布設(shè)彎道，以免溢洪道處于地質(zhì)條件不佳區(qū)域。

（3）輸水涵管結(jié)構(gòu)安全加固。傳統(tǒng)小型水庫(kù)中使用的涵管結(jié)構(gòu)各不相同，漿砌石管、鋼筋混凝土預(yù)制管等形式具有較大差異性，且埋設(shè)方式不一，因而針對(duì)此類安全性難以保證的涵管進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全加固時(shí)，如果壩體高度不高，建議采用重建方式改造加固。

（4）抗震安全加固。若土石壩底部存在砂土層，在地震作用下極易被損傷，難以保障其穩(wěn)固性，為消除此類安全隱患，應(yīng)將其砂體予以置換，通過人工加密、拋石壓重以及布設(shè)排水減壓井等方式，完成水庫(kù)加固。

4 結(jié)束語(yǔ)

采取針對(duì)性措施完成小型水庫(kù)各方面的加固及改造，不僅可以降低工程施工的安全隱患，保證水庫(kù)安全度汛，發(fā)揮水庫(kù)實(shí)際價(jià)值，還可以完善工程相關(guān)資料，改善項(xiàng)目管理?xiàng)l件，為小型水庫(kù)的健康持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。