基于小型水庫壩下涵洞除險加固技術研究

黃浩生

摘 要：首先介紹壩下涵洞的除險加固技術，詳細分析壩下涵洞的除險加固技術，以供同行設計和施工參考。

關鍵詞：小型水庫；涵洞；加固；防滲

1 壩下涵洞的除險加固技術

壩下涵洞作為水庫灌溉和排水的輸水建筑物，是水庫樞紐工程的重要組成部分。由于受水庫興建時的歷史條件制約，壩下涵洞普遍存在清基不徹底，基礎防滲措施不到位；涵身結構多為三合土砌石或者粘土燒制的瓦管，強度低；涵洞接長時結合處理不好；放水閘門止水容易損壞；涵洞與填筑土體間結合不密實等問題。導致了涵洞出現以下病險特點：主要是因基礎不均勻沉陷導致的洞身斷裂損壞；因沿洞外壁的接觸滲漏沖刷或壩體變形導致涵洞損壞；因涵身強度低引起破裂；因止水設施破壞引起滲漏。由于原設計和施工資料嚴重缺失，且涵洞屬隱蔽項目，深埋在壩下，洞身尺寸又小，其病險情況存在的部位和嚴重程度難以查明，只能根據進出口水流的變化情況作出判斷，而病險在高庫水位時一旦發展對壩體威脅極大，故水利行業中將壩下涵洞的病險稱為“大壩心臟病”，所以對涵洞病險“恰到好處”的除險加固是必要和關鍵的。

2 壩下涵洞的除險加固技術

壩下涵洞除險加固首先要查明涵洞存在的病險問題，是否存在沿洞外側的接觸滲漏問題，是否存在洞身縱、橫向裂縫，涵洞結構強度是否滿足要求，進口消力井尺寸是否滿足消能要求，放水臥管是否存在開裂，止水設備是否老化脫落，出口水流是緩流還是紊流，洞內漏水要分清是進口閘門漏水還是洞身漏水等情況，針對不同的情況提出相應的處理措施。通常的處理措施有兩種：第一種，洞頂最大填土高度小于10m 的涵洞病險處理。當水庫易放空、置換土料豐富時一般采用在原址開挖重建涵洞的方案。也可對原涵洞封堵，采用新建虹吸管的方案；第二種，洞頂最大填土高度大于10m的涵洞病險處理。對結構沒有大問題，洞徑大于500mm×500mm 的涵洞，進行加固和防滲處理時，采用進口開挖后重新回填黏土夯實防滲、涵身反壓灌漿、洞內襯鋼管并回填灌漿的方法；對結構破壞嚴重，或壩中斷裂錯位的小管徑涵洞，須采用封堵原涵洞，新開隧洞或新建虹吸管的方法。

2.1 涵洞內防滲處理技術

涵洞內部滲水一般發生在心墻后，隨著壩體浸潤線的顯著下降，涵洞內的水頭高出浸潤線，發生內水外滲，管徑較大可以進人的涵洞，可采取丙乳或其他聚合物水泥砂漿抹面或嵌縫處理，嚴重的可采用套管法或鋼襯加固原涵洞。

套管法是在原涵洞內安裝1根或多根（一般不超過3根）直徑小于原涵洞且能滿足過流要求且便于施工的管道。套管安裝就位后將兩端封堵，原涵洞與套管之間的空隙填充微膨脹混凝土，同時在涵管的進口段開挖后重新回填黏土夯實，做防滲的工程措施，黏土中可摻入 15%左右的水泥以提高防滲性能。在涵管出口段應填筑導流的反濾料將滲水導出。如某縣小（Ⅰ）型樓灣沖水庫涵洞內埋管處理涵洞漏水就比較成功。鋼襯法是將厚度為（8～10）mm 的鋼板焊接成涵洞斷面形狀，在保證過流要求下，鋼襯與涵洞間預留（30～50）mm 的空隙，通過鋼板上預留的灌漿孔，涵洞與鋼襯之間的空隙填充微膨脹混凝土，使鋼襯與原涵洞形成一個整體。灌漿孔直徑為100mm，間3m，呈梅花形布置，徑向設置 3 個孔。

2.2 涵洞進水口防滲處理技術

小型水庫壩下涵洞進水口建筑物有分級臥管式、斜拉閘門式和塔（井）式，主要是前兩種居多，著重介紹前兩種形式。 進口滲漏原因一般是臥管出現裂縫、閘門止水設施老化破損或者閘門變形、啟閉拉桿變形引起閘門開啟和關閉困難等等引起的漏水現象。處理技術相對簡單而且徹底的辦法是拆除重建和更換。需要注意的是臥管與消力井之間、消力井與涵洞之間要求設置伸縮縫及止水，以避免因不均勻沉降而引起的沉降裂縫。

2.3 涵洞原址開挖重建及多涵合并技術

開挖重建涵洞方案是較為徹底的處理方案，新建涵洞基礎必需是基巖或原狀土基，并要求基礎均一，地基承載力應滿足設計要求。如果基礎有部分是土基，有部分是巖基，則在土基與巖基交界處應設置沉降縫。原址開挖重建既有利于對原涵進行徹底挖除，減少土方開挖工程量，又能滿足與原灌溉水系的順接。但由于是在原址重建，必須維持原死水位不變，故新建的涵洞（洞頂填土小于10 m多用涵管）只能采用上埋式（也稱平埋式），這種埋管形式大大增大洞頂上土壓力，對管身是最不利的，提高了涵洞結構要求。為了減少洞頂土壓力，在保證涵洞施工作業面及導流需要寬度的情況下盡量減少開挖的寬度。《碾壓式土石壩設計規范》規定，先填筑壩段的橫向壩坡土料不宜陡于1∶3。故重建后涵洞回填時的橫向壩坡應達到 1∶3，以保證壩體不出現新的橫向裂縫。靠山體側由于開挖困難，一般開挖到原狀山坡，在壩體心墻處對應于涵洞截水環位置開挖伸入山體的截滲槽，深度不小于1m，開口寬度不小于3m，以達到機械壓實要求。

新建涵洞為管涵時，要求新涵管徑≥800mm，以滿足進人檢修要求，為保證涵管質量，應從正規生產廠家采購預制成品管，管頂承壓應滿足管頂填土深度要求，管座包角不小于 180°，大多采用全包。涵管安裝時，為有利施工和保證涵管施工質量，管座分成二期施工，一期只施工基座 30cm 厚。新建涵洞為箱涵時，在保證引水流量下，同時也應滿足進人檢修要求，涵身沿軸線方向每 10m 長設置伸縮縫一道，采用銅片或橡膠止水，箱涵施工縫處要求采用不銹鋼板止水。涵洞與進口消力井之間應設置沉降縫，并采用銅片止水。涵洞沿洞身在大壩心墻（或壩軸線）上游側一般設置三道截水環，截水環與洞身無縫連接。根據壩型和上堵下排的原則確定截水環的位置，對于粘土心墻壩（或斜墻壩）一般設置在涵洞與防滲體相交處；對于均質壩，一般設在上游壩坡 1/3處和壩軸線部位。底板以下及洞身靠山體側基槽開挖尺寸應基本符合截水環尺寸，超挖部分用同標號混凝土回填。為了減少壩下涵洞的個數，杜絕壩體隱患，在加固時常將原壩內的取水高程不同的多處病險涵洞合并，選其中一處合適的原址重建。涵洞尺寸既要考慮灌溉引水要求，又要考慮進人檢修要求。在涵洞出口按需要設置連接豎井及節制閘分流與原各渠道連接，但設計時應考慮涵洞受內水壓力的強度要求見圖 1。

由于涵洞采用了上埋式，故為了防止沿管壁的接觸滲漏，需在涵洞外壁沿洞周填筑一層防滲材料作為涵衣，厚度不小于2m（涵身兩側根據開挖要求確定，防滲體位置適當加寬），可選用黏土，建議黏粒含量 30%左右，必要時可摻入 5%～15%的水泥，要求填土料壓實度按不小于 96%控制，滲透系數按心墻標準不大于 1×10-5cm/s。填筑前要求在涵身外壁涂刷一道黃泥漿，確保填筑土與涵身緊密結合。夯實機具采用蛙式打夯機連環套打。最后還應注意在涵洞出口處設置一道排水反濾體墻。

2.4 涵洞封堵技術

對于壩高較高、庫水放空不易的壩下廢棄涵洞，根據涵洞本身的病險特點，對其制訂切實可行、徹底有效的封堵方案是必要的。總的封堵原則是“堵前不堵后”，確保心墻（或壩軸線）上游段封堵密實，進口堵頭是重點，中間截斷老涵構筑一道超出原涵橫斷面的混凝土或黏土截滲墻是封堵的關鍵。下游段涵身如無較大滲漏點可不處理，有滲透點則用混凝土充填，老涵出口留出一段設置反濾墻，可起到排水減壓的作用。

根據涵洞病險特點，上游進口段承受的水壓力較大，滲漏很嚴重的，在封堵時需考慮開挖拆除上游段（包括消力井）長（15～20）m 回填黏土至原壩坡，上游邊坡較緩時，挖除長度取大值，反之取小值。在剩下的涵洞上游進口設置傾向下游的 C20 混凝土塞截滲墻，墻厚1.0m，尺寸超出涵洞四周外壁各1.0m，順涵洞軸線方向伸入涵洞內（0.5～1.0）m。 靠洞頂預埋 2 根鋼管，一根是注漿用，另一根是排氣用。在壩頂涵洞軸線位置利用沖抓造孔設備將涵身撞碎抓掉，并伸入涵洞基礎1.0 m，采用漿砌石封堵與沖抓孔相接的涵身長1.0 m，再套井回填黏土，可摻入5%～15%的水泥。

沖抓孔沿涵洞軸線方向最小設置 3 排（根據壩頂寬度確定，奇數布置），垂直軸線方向布置 3 排，孔距與大壩單排沖抓套井孔距一致。也可以考慮倒掛井成孔的技術，直接挖掉孔內涵身，在壩頂或心墻位置設置一道 C20 混凝土截滲墻，并預埋灌漿管和排氣管，與進口截滲墻埋設的灌漿管和排氣管一道完成對心墻上游段未拆除段涵身內的灌漿封堵，封堵采用自密實微膨脹 C20 泵送混凝土。針對該段涵身存在的沿涵洞外壁的接觸滲漏，可考慮采用前面介紹的相關技術。

3 結語

就小型水庫壩下涵洞的病險特點進行了充分詳細的分析，對除險加固技術進行了較為系統的探討，特別是涵洞的拆除重建和廢棄涵洞的封堵技術，多年的設計與施工經驗，并結合專家前輩的建議進行總結而來，希望能給同行們的設計和施工中提供參考。

參考文獻

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