小型水庫除險加固技術(shù)研究
——以萬馬坪水庫為例

林杰雄

龍門縣縣城河堤管理處 廣東 惠州 516800

在降水區(qū)域不均或時間不均的地區(qū)，建設(shè)小型水庫能夠有效調(diào)解水資源分布，促進本地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并保障交通安全。然而由于小型水庫的影響范圍相對較小，因此小型水庫在長期使用過程中往往難以得到有效的維護。缺乏維護能夠?qū)е滦⌒退畮煸谑褂眠^程中出現(xiàn)風(fēng)險，因此小型水庫必須定期進行檢查，判斷小型水庫的結(jié)構(gòu)安全等情況，并根據(jù)檢查的實際結(jié)果進行除險加固。本文對影響小型水庫除險加固技術(shù)選擇的因素進行了分析，并以萬馬坪水庫為案例，進行了小型水庫除險加固的針對性分析。

1 小型水庫除險加固影響因素

水庫的除險加固是一項系統(tǒng)性工程，需要充分考慮材料選擇以及結(jié)構(gòu)保障等相關(guān)因素。確定小型水庫除險加固技術(shù)時，需要根據(jù)水庫所處區(qū)域的水文以及地質(zhì)等相關(guān)情況，選擇更為適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，以保證水庫除險加固完成后能夠正常使用。

1.1 地質(zhì)因素

地質(zhì)環(huán)境以及地質(zhì)因素對水庫加固技術(shù)選擇的影響最為突出，水庫建造區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的穩(wěn)定度能夠直接影響技術(shù)的選擇。在地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性相對較好的區(qū)域，水庫除險加固過程中能夠根據(jù)水庫當(dāng)前結(jié)構(gòu)的情況以及水庫的除險加固需求選擇技術(shù)，且在地質(zhì)穩(wěn)定性相對較好的地區(qū)，能夠采用穩(wěn)定性更好的材料以及技術(shù)進行加固。在地質(zhì)穩(wěn)定性相對較差的區(qū)域，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為破碎，因此選擇加固技術(shù)時必須充分考慮加固措施對地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成的影響。由于地質(zhì)較為破碎的地區(qū)地面的承載力相對較弱，因此在選擇加固技術(shù)時需要避免對地表造成破壞，然而需要注意的是地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對較為脆弱的區(qū)域，加固的周期一般相對較短，需要定期檢查加固。

1.2 水文因素

水文因素同樣能夠?qū)庸碳夹g(shù)選擇造成較大的影響，從水庫除險加固技術(shù)的應(yīng)用情況來看，在流水的侵蝕以及影響下水庫所處區(qū)域的巖體結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生較大的變化，因此在巖體受水流影響較大的區(qū)域，一旦忽略水文因素造成的影響加固技術(shù)不僅無法達到較好的加固效果，甚至能夠造成其他的風(fēng)險。因此在選擇水庫除險加固技術(shù)時，需要充分考慮下述兩項因素。（1）需要充分考慮水流分布以及水流水位變化等造成的影響。對水庫能夠產(chǎn)生影響的所有水流的分布以及變化，均需要充分考慮，尤其需要充分考慮水流季節(jié)性變化的影響。（2）需要充分考慮水流變化對土壤以及巖石結(jié)構(gòu)造成的影響，在本地區(qū)的巖石結(jié)構(gòu)相對較為脆弱的情況下，需要根據(jù)豐水季水流對巖體結(jié)構(gòu)的影響[1]。

1.3 技術(shù)因素

技術(shù)因素以及技術(shù)保障性對水庫加固同樣能夠產(chǎn)生較大的影響，針對不同區(qū)域有需要采用不同技術(shù)進行處理。水庫除險加固進行過程中，壩體加固是其中極為重要的一個環(huán)節(jié)，在石質(zhì)結(jié)構(gòu)相對較為穩(wěn)定的區(qū)域，僅需要處理壩體裂縫等填補的需求。在地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對較為破碎的情況下，一般需要通過灌注等會技術(shù)提高地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而對含水量較高的區(qū)域，則需要重現(xiàn)采用針對性技術(shù)降低施工區(qū)域的含水量，使得施工區(qū)域的彈性模量顯著降低。小型水庫同樣能夠?qū)λ幁h(huán)境造成較大影響，因此小型水庫在除險加固過程中，施工開始前，需要參與施工的各個部門進行技術(shù)討論，確定與工程需求更為匹配的技術(shù)。

2 工程概況

萬馬坪水庫位于南昆山，該地區(qū)位于北緯23°38′，東經(jīng)114°38′，該地區(qū)的平均溫度為23℃，年平均降水量則為2500mm。本地區(qū)氣候為亞熱帶氣候，植被覆蓋率較高，且本地區(qū)的旅游產(chǎn)業(yè)相對較為發(fā)展。萬馬坪水庫位于龍門縣南昆山旅游區(qū)管理委員會萬馬坪村，水庫具有發(fā)電以及灌溉等功能，該水庫的灌溉面積為200畝，水庫的裝機總量則為320kW。萬馬坪水庫能夠?qū)Τ溲蛱憧与娬具M行補充，增加水電的發(fā)電總量。萬馬坪水庫與1984年投入使用，使用至今已經(jīng)接近40年的時間，由于建設(shè)時間相對較早，且建設(shè)過程中技術(shù)水平存在一定的不足，因此當(dāng)前水庫的問題更為突出。水庫位置如下圖：

圖1 萬馬坪水庫地理位置圖

本文所述除險加固工程進行前，萬馬坪水庫已經(jīng)進行了兩次除險加固。2003年由于水庫壩體的滲漏較為嚴(yán)重，因此導(dǎo)致水庫溢流壩的溢流面出現(xiàn)表面脫落的情況，同時壩體的表面同樣出現(xiàn)面層砼局部毀壞的問題。針對這一時期水庫實際存在的問題，該次除險加固的內(nèi)容包括：（1）修建水庫的截水墻，并增厚壩體；（2）進行水庫溢流段的維修，并拆除壩體下游位置的擋水墻；（3）更換水庫輸水涵管的閘閥；（4）采用灌漿技術(shù)對壩體進行補強處理；（5）維修水庫的壩體道路。2021年由于壩體存在漿砌石以及弱風(fēng)化花崗巖石料膠結(jié)不足導(dǎo)致壩體泄露的問題，且溢流壩的壩體表面混凝土出現(xiàn)脫落、溢流壩的挑流鼻坎已經(jīng)完全破損無法繼續(xù)使用、壩體輸水涵管腐蝕嚴(yán)重并且防腐層脫落、人員配置方面存在一定程度的不足、水庫防汛采用的資料存在不足、管養(yǎng)房相對較為簡陋，根據(jù)檢測的結(jié)果可知萬馬坪水庫使用安全已經(jīng)出現(xiàn)相對較為嚴(yán)重的問題，急需進行整體性加固維護[2]。

3 風(fēng)險現(xiàn)狀及需求分析

3.1 水文信息復(fù)核結(jié)果

對萬馬坪水庫水文信息的復(fù)核結(jié)果顯示，水庫的正常水位為478.3m，水庫的總體容量為70.55萬m3，其中水庫的死水位為464.3m，死庫容則為2.2萬m3。根據(jù)萬馬坪水庫的實際情況以及除險加固的需求，需要在不改變輸水涵管進口位置以及溢洪道進口位置的情況下，需要維持正常水位以及死水位不變，并保證水庫的庫容達到68.55萬m3以上。

3.2 水庫現(xiàn)狀以及存在問題

萬馬坪水庫修建于1984年，由1984年至今中國水利工程的技術(shù)水平已經(jīng)取得了巨大的突破以及進展，在小型水庫的建設(shè)以及維修方面，當(dāng)前小型水庫已經(jīng)能夠采用模塊化的建造技術(shù)進行建設(shè)，而當(dāng)前普遍采用的材料不僅防水性較好，同樣在水流的長期沖擊下同樣能夠保持較好的膠結(jié)穩(wěn)定性。但建造時間較早的萬馬坪水庫技術(shù)水平相對較差，建設(shè)過程中使用的很多材料同樣并不符合當(dāng)前水庫建設(shè)的要求。從水庫維修角度來看，萬馬坪水庫使用至今僅2003年進行了一次大規(guī)模維修加固，而2021年水庫的檢測結(jié)果顯示，該水庫當(dāng)前存在較為嚴(yán)重的問題，急需進行大規(guī)模的整體性加固維修。

2021年整體性檢測的結(jié)果顯示，萬馬坪水庫存在下述主要問題。（1）萬馬坪水庫大壩的壩體底部存在清理不完善的情況，該大壩的壩體基礎(chǔ)部分為漿砌石以及弱風(fēng)化花崗巖石料膠結(jié)結(jié)構(gòu)，而由于建設(shè)階段采用的膠結(jié)技術(shù)存在嚴(yán)重的不足，因此石料之間的膠結(jié)已經(jīng)顯著下降，部分石料已經(jīng)出現(xiàn)膠結(jié)失效的情況。即當(dāng)前壩體的底部防水性能已經(jīng)較差，存在嚴(yán)重的滲水情況。壩體背水面以及基礎(chǔ)部分的嚴(yán)重滲水，對大壩的安全造成了嚴(yán)重的影響，因此當(dāng)前大壩必須進行防滲處理。（2）由于水庫使用的混凝土等級較低，因此混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性存在不足，目前溢流壩下游的表面已經(jīng)出現(xiàn)混凝土松動甚至脫落的情況，同時溢流壩表面的縫隙存在長草的情況，即溢流壩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性已經(jīng)出現(xiàn)問題。（3）溢流壩的挑流鼻坎已經(jīng)完全破損，導(dǎo)致出口位置無法正常出水。（4）采用CCTV技術(shù)對壩體進行檢查后發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)壩體輸水涵道的鋼管出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的腐蝕，鋼管的防腐蝕表面同樣已經(jīng)出現(xiàn)了大面積的脫落。（5）當(dāng)前水庫已經(jīng)普遍采用自動化監(jiān)控系統(tǒng)，而由于建造時間相對較早，因此萬馬坪水庫的監(jiān)控系統(tǒng)并不完善，水庫維修過程中需要同步完善監(jiān)控系統(tǒng)。（6）水庫當(dāng)前的防汛物資急需進行補充。（7）管養(yǎng)房需要重新建造[3]。

3.3 除險加固必要性

由于建造的時間較早，且水庫的功能較為復(fù)雜，因此水庫在長期使用過程中出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的問題。為保證水庫正常使用，當(dāng)前萬馬坪水庫已經(jīng)縮短水庫的巡檢周期，通過更為徹底的巡視以及檢查，保證水庫出現(xiàn)的問題能夠得到及時的解決。然而由于水庫的問題累計時間較長，很多問題已經(jīng)無法通過小范圍內(nèi)調(diào)整以及修補解決，必須通過大規(guī)模的除險加固，才能夠維持水庫的正常使用。對萬馬坪水庫而言，全面性的除險加固能夠發(fā)揮如下作用。

（1）維持水庫壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免繼續(xù)使用過程中壩體出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞。與建造的初期相比，由于建造使用的石料膠結(jié)效果下降較為顯著，因此壩體已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的松動。通過對壩體的加固，萬馬坪水庫的壩體結(jié)構(gòu)能夠得到改善，壩體的穩(wěn)定性能夠得到較為顯著的提升，即大壩的使用周期能夠顯著延長，使用安全能夠得到更為充分的保證。

（2）水庫的系統(tǒng)性加固以及維護，能夠有效滿足灌溉的需求。萬馬坪水庫需要滿足本地區(qū)200畝農(nóng)業(yè)用地的灌溉需求，然而由于水庫的結(jié)構(gòu)存在一定問題，因此為避免水資源調(diào)解對水庫的結(jié)構(gòu)安全造成影響，因此水庫的實際需水量與理論需水量存在一定的差異，通過水庫的加固以及維護能夠提高有效容積，滿足農(nóng)業(yè)用地的灌溉需求。

（3）水庫的除險加固能夠滿足水庫發(fā)電的基本需求，維持本地區(qū)的供電穩(wěn)定性。萬馬坪水庫具備補充水電發(fā)電量的功能，該水庫能夠滿足本地供電的穩(wěn)定性。水庫發(fā)電與水庫蓄水量同樣存在一定的關(guān)聯(lián)，如前文所處，搶險加固前水庫受到結(jié)構(gòu)的影響無法保證需水量，因此導(dǎo)致發(fā)電同樣無法得到充分的保證，而水庫的搶險加固能夠保證水庫的正常發(fā)電[4]。

4 除險加固施工

4.1 施工條件

（1）水庫能夠經(jīng)由S355省道與外界連接，由于水庫的壩體與村道相連，因此對內(nèi)的交通同樣較為便利。施工區(qū)域的通訊網(wǎng)絡(luò)同樣較為完善，通訊較為便利。

（2）加固工程在原地進行，施工區(qū)域較為平坦，地面起伏相對較小，障礙物相對較少，即施工區(qū)域施工條件相對較好，較為適合開展工程。

（3）由于處于亞熱帶地區(qū)，因此本地區(qū)的降水較為集中，本地區(qū)冬季的溫度能夠基本滿足施工的需求，且由于降水量較小因此更為便于施工。

（4）萬馬坪水庫施工場地存在水電供給的問題，施工過程中需要使用柴油發(fā)電機滿足施工供電的需求，生活用電則能夠由村電網(wǎng)供給。

（5）除險加固工程使用的材料需要就近購買，其中水泥、石料以及鋼筋能夠由南昆山市場購買，市場據(jù)施工場地距離約5km，混凝土需要由永漢購買，市場距離為30km。

（6）根據(jù)工程渣土運輸?shù)南嚓P(guān)需求，工程的渣土需要在萬馬坪村附近渣土場處理，渣土場與施工場地的距離約3km。

4.2 施工方法

（1）工程土方工程主要為灌漿平臺基礎(chǔ)部分以及溢洪道，土方挖掘以機械挖掘為主，不適合使用機械進行挖掘的區(qū)域需要人工輔助進行挖掘。

（2）工程土方回填的需求與挖掘一致，技術(shù)方法同樣相同。

（3）混凝土工程中，小方量時采用自拌混凝土，大方量時使用商品混凝土，混凝土建造區(qū)域包括有灌漿平臺、防滲面板、溢流壩面、消力池導(dǎo)水墻。

（4）混凝土澆筑過程中，主要部位采用模板進行固定，且工程使用的模板為表面更為光滑的新模板。

（5）工程施工的鋼筋為商品鋼筋，受力鋼筋長度差值不應(yīng)超過±10mm，箍筋不超過±5mm。12mm以下鋼筋采用綁扎進行固定，28mm以內(nèi)焊接固定，超過28mm采用幫條焊固定。

（6）止水帷幕灌漿采用自上而下分段鉆進，分段灌漿，孔內(nèi)循環(huán)的灌漿方法混凝土與基巖接觸段巖石段長2m，單獨灌漿并待凝，以下灌漿段長5、6m在若有斷層破碎帶地質(zhì)條件地區(qū)縮短灌漿段長并待凝。止水帷幕施工的基本流程為固定鉆機位置、確定鉆孔技術(shù)、鉆孔、裂縫沖洗以及壓水、灌漿、灌漿凝固、再一次灌漿、檢查孔口情況、封孔。灌漿過程中一旦出現(xiàn)灌漿穿孔等情況，需要及時進行表面封堵，通過濃漿低壓限流間歇灌漿等措施，待滲漏部位達到一定強度后再逐漸升壓灌漿[5-6]。

5 結(jié)語

根據(jù)我國水庫的使用統(tǒng)計情況，我國大型水庫的維護一般相對較好，而使用時間相對較長的中小型尤其小型水庫，很大一部分均存在不同程度的維護問題。小型水庫的維護不當(dāng)，導(dǎo)致水庫的使用風(fēng)險發(fā)生較為頻繁。水庫發(fā)生風(fēng)險的情況下，需要通過針對性的除險加固技術(shù)，才能夠保證水庫的使用安全，避免風(fēng)險影響的擴大化。本文案例所述的萬馬坪水庫，由于地質(zhì)以及水文環(huán)境相對較為復(fù)雜，因此必須通過除險加固保證水庫能夠正常進行使用。