我國小型病險水庫病害特點及除險加固技術

譚界雄，任 翔

（長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設計研究院，430010，武漢）

一、概 況

我國現有小型水庫83315座，占水庫數量的 95.7%。其中，小（1）型 16672座，?。?）型 66643座。 小型水庫絕大多數建于20世紀50—70年代，受時代背景及技術手段的限制，相當數量水庫屬于邊勘測、邊設計、邊施工的“三邊工程”；相當數量小型水庫呈現無管理經費、無管理人員、無安全保障的“三無狀態(tài)”。經過多年運行，工程普遍存在建設標準低、施工質量差等缺陷，加之長期運行管理不善，每到汛期，出險、潰壩事故時有發(fā)生。據統(tǒng)計，1954—2006年，我國發(fā)生潰壩的各類水庫為3498座，其中小型水庫3370座，占潰壩失事總數的96.3%。

由于小型水庫普遍存在工程質量和管理落后等問題，嚴重危及下游人民群眾的生命財產安全，小型病險水庫治理已引起中央和各級政府部門高度關注。根據國務院常務會議的部署，2012年年底前，完成5400座?。?）型水庫除險加固，每座平均投資約450萬元；2013年年底前，完成壩高10 m以上、庫容20萬m3以上的1.59萬座重點小 （2）型水庫除險加固，每座平均投資約240萬元；2015年年底前，完成其余2.5萬座?。?）型水庫除險加固。小型水庫具有病險多、潰壩概率高、風險人口多、社會經濟與環(huán)境影響大、應急機制不完善等特點，應進行全面的除險加固處理。

二、小型水庫病害特點

據統(tǒng)計，我國小型水庫約95%的水庫大壩為土石壩。小型水庫建筑物通常包括土石壩、溢洪道和輸水涵管等水工建筑物，由于小型水庫建設標準低，加之管理不善，經過多年運行，普遍在滲流、結構、抗震、金屬結構和安全管理等方面存在問題。小型病險水庫的主要病害特點如下：

1.防洪能力不足

我國約35%的小型病險水庫防洪標準偏低或泄洪設施不健全，部分水庫已出現潰壩險情。防洪能力不足主要表現在：①水庫原設計防洪標準低于現行規(guī)范要求；②壩頂高程不滿足正常擋水要求，洪水漫頂造成潰壩事故；③泄洪設施不完善，如溢洪道斷面尺寸不足、渠道淤積致使過流能力降低等。

2.滲流不安全

小型病險水庫通常存在大壩壩體與壩基滲漏問題，體現在：①壩體單薄、壩體土料滲透系數偏高、下游壩腳排水棱體失效等，導致下游壩體浸潤線偏高，壩坡出現散浸；②壩體沉降變形，造成裂隙發(fā)育，滲水沿裂隙集中排出；③由于當時勘探技術水平落后，對壩基和岸坡的地質條件了解不夠，未采取有效的截滲措施，庫水經沖積層、風化巖層及透水裂隙排出，導致壩基、壩肩滲漏；④下游壩坡發(fā)生流土，下游壩腳出現管涌，造成壩體、壩基滲透破壞。

3.結構不安全

（1）土石壩結構安全問題

小型水庫大壩經過多年運行，加之管理不善，通常存在以下結構安全問題：①由于大壩壩坡太陡，下游壩體浸潤線偏高，壩基分布含水量較高的淤泥層，經復核壩坡的抗滑穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求；②壩體填土固結沉降和地下水滲透作用，導致壩體變形，出現裂縫、滑坡、塌陷和護坡破壞等現象。

（2）溢洪道結構安全問題

我國小型水庫通常采用開敞式溢洪道，堰型多為寬頂堰，受當時經濟條件限制，溢洪道多采用漿砌石結構或未襯砌保護。其病害特點主要表現在：①未布置溢洪道，無法滿足水庫正常泄洪需求；②結構布置不合理，無法發(fā)揮正常使用功能；③進口淤積嚴重，過流斷面偏小，無法滿足水庫正常泄洪需求；④渠道未襯砌，雜草叢生，導致過流能力降低；⑤襯砌結構破壞，消能設施損毀；⑥岸坡坍塌嚴重。

（3）輸水涵管結構安全問題

我國小型水庫大多布置壩下輸水涵管，以滿足下游農業(yè)灌溉要求。由于涵管質量差、基礎沉降變形、年久老化失修等多種原因，通常存在洞壁裂縫分布、洞身漏水、取水設施陳舊落后等病害特點。

4.抗震性能差

有些小型水庫設計時對地震帶來的工程影響考慮不夠，未采取有效的抗震措施。遭遇地震時，可能導致壩基或底部壩體砂層液化、壩坡失穩(wěn)等問題。

5.金屬結構老化

相比大中型水庫，小型水庫金屬結構具有規(guī)模小、數量少、維護條件差等特點。對于涵管設閘門的水庫，由于年久失修，閘門、埋件和啟閉機等均已銹蝕老化，致使閘門啟閉困難、止水失效漏水等，無法發(fā)揮其正常使用功能。

6.安全管理落后

相比大中型水庫，小型水庫安全管理存在較多問題，主要有：①管理機構不健全，管理人員專業(yè)技術素質低，小型水庫主要由鄉(xiāng)鎮(zhèn)分散管理，管理人員技術水平低，部分水庫甚至無人管理；②小型水庫主要為農業(yè)生產服務，水庫經濟條件差，日常養(yǎng)護與管理經費嚴重不足，水庫長期處于帶病或限制運行狀態(tài)；③管理手段落后，大多小型水庫無水庫管理房，缺乏監(jiān)測、交通、通信等設施，給防汛工作留下安全隱患；④跨區(qū)管理、產權不明，有些小型水庫的所有權與使用權不在一個區(qū)域，管理權與使用權不在一個部門，無法實現水庫的有效管理；⑤小型水庫建設與運行管理的基礎資料極少，給日常維護帶來不便。

根據我國水庫大壩潰壩資料分析，我國小型水庫潰決原因主要包括：①洪水漫頂，占49.4%；②工程質量引起的結構缺陷，占32.0%；③運行管理不當，占10.6%；④其他原因（如邊坡垮塌堵塞溢洪道、人工扒口泄洪等），占5.6%；⑤原因不明，占2.4%?？梢?，洪水漫頂和工程質量引起的結構缺陷是影響小型水庫安全的主要因素。

三、小型病險水庫除險加固技術

1.防洪安全加固

防洪安全加固原則是增大水庫的泄洪能力，提高建筑物的抗洪能力。針對我國小型水庫特點，可采取以下加固措施：①大壩加高。當壩頂實際高程稍低于計算高程時，可結合壩頂路面改造，上游側增設高度小于1.2 m的混凝土防浪墻；當大壩欠高不大，經壩體安全論證，可選擇壩頂戴帽加高，一般壩頂戴帽加高控制在2～3 m以內；當壩頂實際高程遠低于計算高程時，可采取壩坡培厚加高。②提高溢洪道泄洪能力。結合工程實際情況，采取加大過流斷面、重建溢洪道等措施。③大壩加高與提高溢洪道泄洪能力相結合。

培厚加高可選擇在大壩上游或下游實施。當大壩上游壩坡抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求、下游地形條件不允許、庫水位較低時，可選擇上游培厚加高；當大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求、下游地形條件允許、庫水位較高時，可選擇下游培厚加高；當庫水位可降低、壩體存在滲漏問題時，可選擇上游黏土斜墻培厚加高壩體。

2.滲流安全加固

小型病險水庫滲流問題主要表現在土石壩壩體與壩基滲漏，針對該類問題，通常采取“上堵下排”加固措施。上堵就是沿壩軸線上游側采取防滲措施，以增強壩體抗?jié)B性能；下排就是做好下游壩腳的排水設施，防止土體顆粒被滲水帶走。常用具體措施包括：①壩體沿軸線方向布置高壓噴射灌漿、劈裂灌漿或沖抓套井回填黏土防滲墻，墻體下接基巖進行帷幕灌漿；②上游壩坡填筑黏土斜墻或鋪設防滲土工膜；③改造或增設下游反濾與排水設施。由于小型水庫規(guī)模較小，壩體不高，一般不宜采用混凝土防滲墻進行壩體防滲。

3.結構安全加固

（1）土石壩結構安全加固

為了解決土石壩壩坡、壩頂和壩體結構的安全隱患，可采取以下加固措施：①針對壩體裂縫和壩體沉陷問題，可采取黏土充填灌漿處理。②針對壩坡抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求問題，可采取幫坡、干砌石固腳等加固措施。③由于小型水庫缺少日常維護管理，上下游護坡普遍存在破損缺失情況，有些水庫甚至未采取任何坡面保護措施。為了有效保護壩體安全，對小型水庫土石壩壩坡進行護坡改造非常重要，上游面可選用混凝土預制塊護坡、現澆混凝土護坡或塊石護坡，下游面可選用草皮護坡、格構草皮護坡、塊石護坡或混凝土預制塊護坡等，護坡形式應根據工程重要性合理選用。④絕大多數小型水庫壩頂為泥結石路面，路面寬度較窄，為了滿足日常運行管理要求，可將壩頂適當加寬，以滿足交通要求即可；路面建議優(yōu)先采用混凝土路面，厚度可為10～15 cm，可防止壩頂水流下滲，改善壩頂形象，并且有利于防汛交通。⑤其他加固措施包括坡面排水設施改造、白蟻防治等。

（2）溢洪道結構安全加固

針對溢洪道存在的安全問題，采取以下加固技術：①對過流能力不滿足設計要求的溢洪道，采取適當拓寬處理。②經必要性論證，對過流面裸露的溢洪道，進行清淤襯砌保護，襯砌通常采用現澆混凝土形式。③優(yōu)化結構布置，盡量避免陡槽段和消能段出現彎道，避免溢洪道坐落于不良地質條件地段。④根據水庫運行需求，重新布置溢洪道。⑤其他加固措施，包括原襯砌破損部位修復、完善消能設施、混凝土結構缺陷處理、岸坡修復等。

（3）輸水涵管結構安全加固

小型水庫壩下涵管往往構成土壩安全隱患，過去涵管結構差異很大，漿砌石管、鋼筋混凝土預制管等形式不一，壩體、壩基埋設方式各異，且一般管徑小，進人困難。對于存在安全問題的此類涵管，若壩不高，一般可采用開挖重建的改造方式。

4.抗震安全加固

土石壩底部壩體或壩基分布的砂土層，在地震作用下可能發(fā)生液化破壞。針對該類地震破壞問題，可對液化區(qū)域砂體采取置換、人工加密（如采取振沖、強夯等措施）、拋石壓重以及設置排水減壓井等方法進行加固處理。

四、建 議

①由于小型病險水庫數量大、加固較集中，可根據地方條件和經驗，在縣、市級對同壩型、同類險情的小型水庫除險加固開展標準化設計，以利于技術的熟練運用，積累相關經驗，提高加固處理效果和效率。

②小型水庫可布設水位、滲流、變形等基本監(jiān)測項目，宜由縣、市級統(tǒng)一組織實施，有條件的盡可能實現自動化監(jiān)測與信息傳輸，以提高小型水庫的安全管理水平。

③管理設施可由縣、市級適當推廣標準化，主要包括壩頂寬度、路面形式和管理房等。管理房可統(tǒng)一格調和形式，每座水庫可修建20m2左右的管理平房，風格可大體一致。

④對于小型水庫較多的縣市，可由水庫主管部門委托專業(yè)的水庫管理公司，承擔轄區(qū)內小型水庫的運行維護與管理工作，探索、實踐小型水庫的專業(yè)化管理。

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