山區(qū)土石壩水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案探討

王繼紅

[摘 要]水庫(kù)是集灌溉、防洪、養(yǎng)殖為一體的重要水利工程。上世紀(jì)六、七十年代開(kāi)始我國(guó)山區(qū)農(nóng)村興建了大量的小型水庫(kù)，部分水庫(kù)由于沒(méi)有進(jìn)行科學(xué)細(xì)致的勘察、設(shè)計(jì)，施工時(shí)技術(shù)水平不高，質(zhì)量控制不嚴(yán)，如今存在嚴(yán)重險(xiǎn)情，造成重大安全隱患，為此我國(guó)全面開(kāi)展水庫(kù)除險(xiǎn)加固。分析鑒定山區(qū)土石壩水庫(kù)大壩、溢洪道、輸水系統(tǒng)普遍存在的險(xiǎn)情，分別采取壩體加高、培厚，加設(shè)防浪墻；心墻充填灌漿、壩基帷幕灌漿；溢洪道擴(kuò)挖擴(kuò)寬、修建控制段、出口消能、邊墻底板襯砌；輸水涵管（涵洞、隧洞）重建或套管、放水斜管（啟閉塔井）拆除重建；完善護(hù)坡、排水、觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)施等工程技術(shù)措施進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

[關(guān)鍵詞]山區(qū)土石壩；水庫(kù)；除險(xiǎn)加固；方案

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）18-0048-02

0 引言

水庫(kù)是集灌溉、防洪、養(yǎng)殖為一體的重要水利工程，其主要功能是灌溉。我國(guó)大部分小型水庫(kù)都是上世紀(jì)六、七十年代大搞水利、改當(dāng)家地時(shí)建設(shè)，大壩壩體多為土石壩。依靠農(nóng)村社員搞人力戰(zhàn)術(shù)，邊施工邊設(shè)計(jì)，缺少技術(shù)人員全程指導(dǎo)把關(guān)，許多水庫(kù)大壩、溢洪道、輸水系統(tǒng)三大主要構(gòu)筑物均存在不同結(jié)構(gòu)與安全問(wèn)題，幾十年帶病運(yùn)行，一是存在巨大的防洪安全隱患，二是水庫(kù)不能發(fā)揮其工程效益，不敢蓄水，為此國(guó)家全面實(shí)施水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程。本文重點(diǎn)結(jié)合山區(qū)土石壩水庫(kù)工程實(shí)例，對(duì)水庫(kù)工程大壩、溢洪道、輸水系統(tǒng)除險(xiǎn)加固工程技術(shù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)論述。

1 水庫(kù)險(xiǎn)情分析

1.1 普遍險(xiǎn)情分析

根據(jù)小型水庫(kù)安全鑒定辦法，主要從工程質(zhì)量、運(yùn)行管理、防洪標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)、滲流安全等方面結(jié)合水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)檢查對(duì)水庫(kù)壩體、溢洪道、輸水工程進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，查找問(wèn)題，確定險(xiǎn)情。某縣土石壩水庫(kù)存在的問(wèn)題與險(xiǎn)情主要有：

大壩：

（1）壩頂高程不夠。由于技術(shù)力量薄弱，大壩沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格洪水計(jì)算，僅憑經(jīng)驗(yàn)確定大壩高程和溢洪道斷面，部分水庫(kù)在“75.8”后進(jìn)行了洪水復(fù)核，但一是標(biāo)準(zhǔn)較低洪水計(jì)算偏小，二是復(fù)核依據(jù)的溢洪道斷面數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，三是復(fù)核后有的水庫(kù)戴帽加高、溢洪道擴(kuò)面施工不到位，部分心墻未同時(shí)加高。根據(jù)水庫(kù)防洪安全鑒定結(jié)果，心墻或壩頂高程不夠。

（2）大壩壩體單薄。大壩修建大多依靠經(jīng)驗(yàn)，施工時(shí)存在壩體斷面尺寸不足及壩體不完整等情況。當(dāng)時(shí)所建水庫(kù)壩頂普遍寬度在2米以內(nèi)，壩坡1：1.8～1：2，極個(gè)別壩坡在1：1.6或1：1.7。與此同時(shí)，大壩經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，護(hù)坡缺失，壩體沉陷變形，導(dǎo)致大壩壩體愈顯單薄，壩坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定鑒定不滿足規(guī)范要求。

（3）壩體滲漏。一是心墻填筑碾壓不到位產(chǎn)生滲漏；由于施工技術(shù)工藝較為落后，再加上筑壩土料質(zhì)量較差，會(huì)使大壩壩體產(chǎn)生大面積散浸。二是壩基風(fēng)化巖石開(kāi)挖處理不徹底產(chǎn)生滲漏。滲漏問(wèn)題往往是愈來(lái)愈嚴(yán)重，一是造成水庫(kù)水量損失，二是發(fā)展嚴(yán)重時(shí)嚴(yán)重威脅到水庫(kù)大壩安全，造成壩體垮塌事故。

（4）反濾壩淤塞失效。干砌石反濾壩經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，存在塊石風(fēng)化破碎，壩體沉陷變形，淤塞失效現(xiàn)象。

（5）護(hù)坡、排水系統(tǒng)缺失。大部分水庫(kù)上游塊石護(hù)坡風(fēng)化、缺失，壩坡雜灌叢生，容易滋生白蟻。壩面無(wú)排水系統(tǒng)。

溢洪道：

（1） 斷面嚴(yán)重不足。受制于基本的技術(shù)水平不高，大多數(shù)山區(qū)水庫(kù)修建時(shí)沒(méi)有進(jìn)行調(diào)洪演算，僅按地形結(jié)構(gòu)開(kāi)挖施工，有的未按設(shè)計(jì)施工，導(dǎo)致大壩溢洪道斷面尺寸不科學(xué)，溢洪道過(guò)洪能力不足，同時(shí)缺少基本的消能設(shè)施，有的尾水沖刷壩腳，不能安全泄洪。

（2） 無(wú)襯護(hù)。溢洪道邊坡及底板缺少襯護(hù)結(jié)構(gòu)，且個(gè)別結(jié)構(gòu)容易塌方，雜草叢生，導(dǎo)致大壩泄洪能力差。

（3） 溢洪道等基礎(chǔ)設(shè)施老化。經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，很多山區(qū)大壩溢洪道結(jié)構(gòu)老化現(xiàn)象，影響泄洪能力。

輸水系統(tǒng)：

土石壩水庫(kù)輸水系統(tǒng)一般由放水斜管和壩下涵管（洞）或隧洞組成。放水斜管大多采用漿砌石或砼結(jié)構(gòu)臺(tái)階，放水孔采用蓋板或木塞?，F(xiàn)場(chǎng)檢查大多斜管破損，放水失去控制。壩下涵管（洞）大部分為混凝土材料預(yù)制圓形涵管或漿砌石方形涵洞，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，大壩輸水涵嚴(yán)重老化，有些存在斷裂、破損、錯(cuò)位。當(dāng)庫(kù)水通過(guò)壩體壩下涵管時(shí)，會(huì)擊穿涵管隱患部位。壩體與涵管接觸部位容易滲漏水流，從而使水流將壩體土料帶走，導(dǎo)致壩體坍塌。

1.2 實(shí)例分析

通過(guò)以上問(wèn)題分析，本文主要結(jié)合實(shí)際案例，針對(duì)我國(guó)某水庫(kù)大壩主要險(xiǎn)情處理措施進(jìn)行借鑒分析，不斷提高我國(guó)其它大壩運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

油坊溝水庫(kù)位于某縣上津鎮(zhèn)郭家渡村，距離當(dāng)?shù)乜h城約六十多公里。大壩壩址以上承雨面積為2.8平方公里，主河道長(zhǎng)為3公里。該工程于20世紀(jì)六、七十年代興建，主要功能為灌溉，兼顧防洪、養(yǎng)殖。原設(shè)計(jì)總庫(kù)容19.3萬(wàn)m3。按照國(guó)家水利水電工程等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，該水庫(kù)屬于V等工程、五級(jí)建筑物。該水庫(kù)主體工程由大壩、溢洪道及輸水系統(tǒng)組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查及安全分析評(píng)價(jià)，水庫(kù)目前存在諸多病險(xiǎn)問(wèn)題：水庫(kù)大壩壩頂、心墻欠高，上游壩坡無(wú)護(hù)砌、淘刷變形明顯，下游壩坡局部變形，壩身中部及左壩肩壩身結(jié)合部在高水位時(shí)存在滲漏明流，壩面無(wú)排水設(shè)施。反濾壩較陡、塊石風(fēng)化缺失；溢洪道未完建、無(wú)襯砌，兩側(cè)山體風(fēng)化嚴(yán)重，出口無(wú)消能設(shè)施；輸水系統(tǒng)老化失修，取水斜管破損，臥管淤塞；大壩無(wú)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，存在白蟻活動(dòng)。

2 除險(xiǎn)加固措施探討

2.1 大壩除險(xiǎn)加固措施

首先，壩體單薄及壩高不夠，需對(duì)其進(jìn)行加高培厚。根據(jù)新規(guī)范要求，壩頂寬度一般應(yīng)達(dá)到3～4m，通過(guò)對(duì)壩坡進(jìn)行培厚，一是解決壩坡過(guò)陡穩(wěn)定性差問(wèn)題二是解決壩頂寬度窄的問(wèn)題。一般在大壩下游坡培厚，可同時(shí)結(jié)合翻修或重修反濾壩。解決壩頂及心墻欠高一般與擴(kuò)溢洪道斷面相結(jié)合，不改變正常蓄水位擴(kuò)寬溢洪道，必要時(shí)可在壩頂上游側(cè)設(shè)一防浪墻，壩頂高程不低于校核洪水位。防浪墻高度一般在0.9～1.1m左右。壩頂可采用泥結(jié)石或砼結(jié)構(gòu)。

如油坊溝水庫(kù)整修培厚下游壩坡，翻修接長(zhǎng)反濾壩。壩頂采用砼路面，壩頂寬4.0m，壩頂高程315.0m，防浪墻頂高程315.9m。

大壩護(hù)坡上游可采用干砌塊石或砼面板，下游采用草皮護(hù)坡，對(duì)有些下游原為砌石坡的可仍采用砌石培坡。

如油坊溝水庫(kù)經(jīng)過(guò)比選上游護(hù)坡選用現(xiàn)澆C20混凝土護(hù)坡，厚度為12cm，下鋪砂礫石和碎石墊層厚各0.1m。根據(jù)水庫(kù)實(shí)際運(yùn)用情況，受投資限制，整治范圍從上游壩坡302.0m高程至壩頂。

壩面排水一般均為新建水平橫向和縱向壩坡交匯處排水溝，可采用漿砌石或砼結(jié)構(gòu)。

油坊溝水庫(kù)設(shè)計(jì)采用30cm寬，30cm深矩形漿砌石排水溝。

壩體滲漏心墻部分可采用充填灌漿，壩基可進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理。

油坊溝水庫(kù)充填灌漿軸線設(shè)在心墻軸線處，單排，孔距為2.0m。灌漿孔深入千枚巖1.0m，在孔底3m范圍內(nèi)，灌漿漿液應(yīng)添加20%左右的水泥，并適當(dāng)加大灌漿壓力，以解決壩體與壩基接觸帶的滲透問(wèn)題。帷幕灌漿深度原則上按基巖透水率小于10Lu進(jìn)行控制，帷幕灌漿深入巖石的深度約為1m～6m。帷幕排數(shù)采用一排，初擬帷幕灌漿孔孔距2.0m。工程施工中，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)調(diào)整孔距、漿液濃度、灌漿壓力等參數(shù)并采用超細(xì)水泥作為帷幕灌漿材料。壩基帷幕灌漿完成后，采用最稠級(jí)漿液對(duì)壩體進(jìn)行封孔灌漿。

對(duì)存在白蟻活動(dòng)的大壩需采取防治措施，一般采用滅蟻靈藥物滅蟻。

2.2 溢洪道處理措施

山區(qū)小型土石壩水庫(kù)溢洪道一般均為開(kāi)敞式寬頂堰形式，加固時(shí)一是結(jié)合大壩壩高合理確定斷面尺寸，正常情況下保持堰頂高程不變而擴(kuò)寬溢洪道。

二是修建邊墻或襯砌邊坡、底板。邊墻一般采用漿砌石結(jié)構(gòu)，3m以下可用重力式擋墻，3m以上可采用衡重式擋墻。溢洪道側(cè)邊為巖石山體時(shí)多采用C20砼襯砌，必要時(shí)加錨桿。底板襯砌采用C25砼，必要時(shí)加鋼筋。對(duì)完整巖石山體界面從投資控制角度考慮可不進(jìn)行邊坡及底板襯砌，但應(yīng)控制開(kāi)挖斷面平整度。

三是修建完善出口消能設(shè)施。結(jié)合地形條件采用挑流消能或底流消能池。

油坊溝水庫(kù)溢洪道處理措施主要為：

整修擴(kuò)挖溢洪道，控制段堰頂高程312.0m，堰型為開(kāi)敞式寬頂堰，堰頂寬10m，堰長(zhǎng)6.0m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。進(jìn)口段為直線布置，寬度7m～10m，左、右邊墻均采用漿砌石擋墻；泄槽陡坡段長(zhǎng)40m，底板為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，寬度6m～10m，邊墻采用M10漿砌石，頂寬0.4m，臨水面垂直，背水面坡比1：0.4。

采用挑流消能。挑流鼻坎為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，寬6m，挑流半徑為10m，挑流角為25°，鼻坎高程為307.61m。左、右邊墻采用重力式擋墻。

2.3 輸水系統(tǒng)處理措施

一是放水控制系統(tǒng)處理。山區(qū)一般均采用斜管控制放水。斜管損毀嚴(yán)重的應(yīng)拆除重建，保存完整的可進(jìn)行整修，采用新型鋁合金蓋板控制放水。斜管拆除后也可改建為閘式進(jìn)水控制。某縣有4座在縣城集鎮(zhèn)近邊的水庫(kù)改建為此形式。

二是對(duì)壩下涵管、涵洞或隧洞修復(fù)。對(duì)有斷裂、破損的壩下涵管涵洞一般可采用內(nèi)套相應(yīng)小管徑的PE管并回填灌漿。隧洞一般進(jìn)行全面或局部砼襯砌。對(duì)只存在淤塞問(wèn)題的可僅進(jìn)行水箱及管洞清淤清理。對(duì)斜管及壩下涵完全報(bào)廢不能打通的新建輸水系統(tǒng)：大壩高程在15米以上且大壩兩岸山體地質(zhì)條件適應(yīng)新建隧洞的結(jié)構(gòu)，可新建隧洞。對(duì)于壩高在15米以下且壩頂較長(zhǎng)的水庫(kù)，可開(kāi)挖壩體重新埋設(shè)涵管，由于水庫(kù)大多已運(yùn)行幾十年，庫(kù)內(nèi)淤積抬高，新建壩下涵管可比原涵管適當(dāng)抬高。

油坊溝水庫(kù)輸水系統(tǒng)處理措施：

（1）新建閘式進(jìn)水口

根據(jù)油坊溝水庫(kù)灌溉輸水涵管的實(shí)際情況，進(jìn)口改建采用排架式結(jié)構(gòu)，布置在大壩右岸，采用方形隧洞和隧洞連接。進(jìn)口采用0.8m×0.8m平板閘門(mén)及相應(yīng)結(jié)構(gòu)。在閘室段上部高程315.5m，設(shè)啟閉機(jī)室，采用手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。

（2）管身段加固設(shè)計(jì)

原輸水涵管長(zhǎng)83m，內(nèi)徑0.4m，鑒于部分輸水涵管局部變形、砂漿流失、裂縫，存在滲流安全隱患，需要采用經(jīng)濟(jì)、快捷、有效的處理方法，即內(nèi)套DN300PE管。

3 除險(xiǎn)加固效益評(píng)估

水庫(kù)壩體、溢洪道、輸水工程普遍存在險(xiǎn)情，這是我國(guó)水利工程大壩普遍存在的問(wèn)題。油坊溝水庫(kù)由于長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，因此經(jīng)過(guò)問(wèn)題分析，采取針對(duì)性措施處理后，該水庫(kù)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)起到了重要作用，該水庫(kù)有效灌溉面積為250畝，保護(hù)著下游250畝耕地和600人的生命財(cái)產(chǎn)安全。經(jīng)過(guò)論證分析，水庫(kù)經(jīng)過(guò)除險(xiǎn)加固，能夠確保下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)能夠滿足當(dāng)?shù)毓?、農(nóng)業(yè)用水需求。所以，對(duì)我國(guó)其它地區(qū)的水庫(kù)工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固是大勢(shì)所趨同樣也是社會(huì)形勢(shì)發(fā)展的需要。

4 結(jié)論

綜上所述，我國(guó)諸多小型水庫(kù)工程由于在施工前沒(méi)有經(jīng)過(guò)科學(xué)的地質(zhì)勘察及設(shè)計(jì)，施工過(guò)程質(zhì)量控制不到位，導(dǎo)致水庫(kù)大壩存在諸多安全隱患。對(duì)此，需分析各個(gè)水庫(kù)不同險(xiǎn)情，樞紐不同部位，結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)，施工技術(shù)水平采取相應(yīng)科學(xué)的除險(xiǎn)加固措施對(duì)水庫(kù)工程進(jìn)行除險(xiǎn)整改。以期達(dá)到在有限的國(guó)家資金投入下全面完成小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作，確保水庫(kù)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)揮水利工程效益，造福當(dāng)?shù)厝嗣瘛?/p>

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