淺析小水電工程土質結構破損成因及修復技術

王龍祥，石 磊，陳 蕾

(南通市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 南通 226006)

0 前 言

對于農村小水電工程而言，在一些地理位置偏僻、缺乏石材的地區(qū)，受環(huán)境條件或者其他施工原因的限制，常采用土渠、土壩等土質結構代替漿砌石壩、渠道。但在小水電站正常的運行過程中，這些結構常會出一些病害或結構破損，影響農村小水電工程的效率。為此，本文擬先對土質結構的破損類型以及成因進行分析，之后提出相應的修復措施，為小水電降損增效工作的開展提供指導。

1 土質結構破損類型及成因

1.1 土壩常見的破損類型及其成因

土壩一般是用土、砂、礫石、風化石碴等材料修筑的擋水建筑物。它對地基要求很低，可就地取材，無需水泥、鋼材等材料；人工填筑、機械化施工等施工方法均可；運行周期很長，管理簡便，對其加高、加固也較容易。因此，一些農村小水電工程的擋水建筑物采用土壩。與其他類型的壩體類似，在土壩運行過程中，它同樣會出現(xiàn)開裂、滲漏等問題，其成因主要包括：①由于鋪土厚實、碾壓不均勻、分層填筑的層面未能壓實等筑壩質量差，其中尤為需要注意的是，土壩內部防滲斜墻、心墻的分層填筑的層面結合不密實極易導致壩體滲透失穩(wěn)；②當壩體坡度較陡、斷面單薄、土料本身透水性大，造成的散浸；③壩體與心墻、斜墻之間的反濾層質量較差，未按反濾原理鋪設、一些土石混合壩未設反濾過渡段形成的管涌坍塌，破壞斜墻與心墻；④壩后排水體高度較低，或者下游高水位會使得洪水淤泥倒灌堵塞反濾層，而浸潤線逸出點提高，造成下游坡面的大面積散浸；⑤穿壩涵洞(管)的外壁與壩料結合處填充不密實，涵洞缺少截流環(huán)，造成壩前水沿管壁滲出，還有一些涵管斷裂造成壩體滲流破壞導致壩面坍塌等問題；⑥白蟻、獾、鼠、蛇等動物在壩身打洞、筑巢，壩體土料原含有樹根、雜草腐爛形成壩體內部空隙，會造成壩身滲漏；⑦壩體不均勻沉陷形成壩身橫向裂縫、心墻的水平裂縫也會造成壩體集中滲漏。

1.2 土渠的破損類型及其成因

土渠的破損類型一般包括：渠底的變形破壞、坍塌型破壞等。其中變形破壞是由于渠道開挖的土壤具有膨脹性、多裂隙性和超固結性等性質造成的。坍塌型破壞如圖1所示，不存在明顯的滑面，且邊界不規(guī)則，其主要原因為土體強度隨含水量升高而下降，當渠道完全浸泡于水中時，土體強度可喪失殆盡。

圖1 某土渠坍滑型破壞

2 結構破損修復技術

2.1 土壩的破損修復技術

由于農村小水電工程常由于施工條件和經濟成本等因素的限制，其土石壩滲漏修復一般采用經濟且易于掌握的斜墻法進行。斜墻一般采用黏土、黏壤土作防滲材料，在原壩上游面分層填筑，人工夯壓成斜墻，截堵滲流、防止壩體滲漏。值得注意的是，在土壩斜墻施工時，需將庫水放空露出壩踵，斜墻從壩基開始修筑以保證施工的質量與穩(wěn)定性。另外，還需拆除壩前基礎、上游壩坡的護坡，清除壩體表層含水量過大的部分軟土或草皮，臨時搶險填塞的物料和稀泥、塌陷部位應全部挖出，一般開挖范圍不小于洞口或塌陷范圍最大外徑的6～12倍。若上游壩體發(fā)生大面積塌坑，還應清理漏水坑口。均質壩則應挖到密實度符合要求的部位，再進行回填夯實，并要與原壩體有良好的接合。

2.2 土渠的破損修復技術

大型土渠采用的土工膜防滲修復技術，造價高、施工工藝復雜，不適用于小水電土渠的破損修復。為了滿足小水電工程修復工藝簡單、經濟實用的原則，對土渠坍塌型破壞常采用土料換填進行處理。其換填材料一般采用回填強度較大的砂、石或灰土等材料。當土料換填后，土渠坡腳強度得到有效提高，且可限制淺表土體的反復脹縮作用，防止外部水滲入土體裂隙，能有效防止坍滑型破壞的發(fā)生。另外，換填材料可就地取材，施工方便快捷，也不會對土渠四周造成環(huán)境污染，既完成修復加固，又保護周邊生態(tài)環(huán)境。

3 結 語

土壩、土渠等土質結構在農村水電站正常運行時存在著各式的破損形式，其產生原因也各不相同，有針對性地完成這些結構破損修復，可快速、有效保障這類小水電工程的結構降損與增效，希望上述成果能得到行業(yè)內有關人員的選用。

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