安徽省小型土石壩輸水洞主要病害及加固措施★

龐牧華 李瑞忠 梁 建

(1.安徽省·水利部淮委水利科學研究院，安徽 合肥 230088； 2.山東電力建設第三工程有限公司，山東 青島 266100)

1 概述

安徽省位于長江下游、淮河中游及新安江上游，長江、淮河橫穿省境南部和北部，天然的將全省分為江南、江淮之間和淮北三大區域。截至目前安徽省在冊水庫共計5 916座，其中江南區水庫多為山區水庫，江淮之間水庫多集中在沿江丘陵地區及江淮分水嶺，淮北地區水庫則以平原水庫為主。這些水庫多興建于20世紀50年代～70年代，水庫的投入運行，充分發揮了防洪和興利效益。三大區域間水庫差異較大，同一區域內的水庫又存在較大共性。受水庫建設年代條件限制，多數工程防洪標準低、質量不達標、后期管理不善等因素，成為病險水庫。輸水洞是水利樞紐工程中的重要建筑物之一，其安全性直接關系到大壩乃至整個樞紐的安危[1]。

在工程質量問題中，輸水洞的質量差，占了很大的比重[2]，加固前輸水洞大都存在不同程度的老化和病害問題，如裂縫、止水老化失效、洞身滲水、洞身混凝土碳化、鋼筋外露銹蝕、空蝕、閘門銹蝕變形及啟閉設備老化等。輸水洞的這些病害不僅對工程正常運行產生不利影響，危害結構本身安全，對下游人民的生命財產也造成巨大威脅。

文章根據水庫規模、類型、區域，選取安徽省76座不同區域內小型水庫輸水洞為研究對象，統計輸水洞病害及相應加固措施。將選取的水庫樣本按照所屬區域，分為江南區水庫、江淮之間水庫和淮北地區水庫三大區域，統計各區域水庫輸水洞病害問題，總結規律，旨在為小型水庫輸水洞除險加固中選取科學合理的加固措施提供幫助。

2 主要病害統計分析

2.1 主要病害統計及成果

樣本中輸水洞的病害問題主要有接觸滲漏、結構老化損毀、圬工結構、金屬結構失效等，如圖1所示。

由圖1可知，江南區小型水庫輸水洞病害中接觸滲漏占比56.3%，江淮之間的小型水庫輸水洞病害中接觸滲漏占比67.57%，這與筑壩材料及施工質量有很大關系，山區水庫及沿江丘陵區水庫受地理條件限制，黏性土儲量少，筑壩土料黏粒含量少，大多數水庫在“邊勘測、邊設計、邊施工”情況下興建，施工質量難以保證，因而這兩個區域內輸水洞常出現接觸滲漏現象。抽查樣本顯示，淮北區域輸水洞病害問題中圬工結構和結構老化損毀占比100%，接觸滲漏占比83.3%，淮北平原區黏性土儲量多，但由于輸水洞為圬工結構，多年運行后均出現結構的老化損毀，水流經損毀的洞身進入壩體加速了接觸滲漏的形成，這也是淮北地區土石壩雖然黏性土含量較高但接觸滲漏占比仍高于其他兩個區域的原因所在。

2.2 主要病害原因分析

1)接觸滲漏。輸水洞漏水多數是因為裂縫造成，如施工質量不好，防滲處理不當，或使用的材料差等原因使洞身有空隙孔洞[1]。根據抽查樣本顯示，輸水洞常見裂縫為環向裂縫，這種裂縫又分全環裂縫和局部環向裂縫。此類裂縫的產生與施工質量密切相關，施工中混凝土養護不當、伸縮縫設置間距大等原因，導致混凝土體、新老混凝土連接處或混凝土與砌體連接處形成溫度裂縫。輸水洞正常運行中，閘門部分開啟時，受水流影響產生較大振動，輸水洞進口附近洞身也會產生裂縫。另外，洞身縱向裂縫也存在于部分輸水洞中，該種裂縫的形成與后期運行管理不當，洞身上部荷載超過設計值有關。

輸水洞長期超載運行或者洞身強度不足，洞身周圍土體回填質量控制不好，回填土料差，黏粒含量低，壓實度不足等因素，致使水庫在高水位運行過程中，水流在壓力作用下沿輸水洞外壁四周滲入壩體，形成滲漏通道[3]。

2)結構老化損毀。我省小型水庫多興建于20世紀，經數十年運行，輸水洞身混凝土老化、碳化現象嚴重，結構強度不足，運行中水流沖刷更加劇結構老化損毀程度。調查樣本顯示，省內水庫輸水洞多建于壩基或直接位于壩身填土上，受當時條件限制，輸水洞基礎多數未處理，洞身無基座，且沿洞身軸線壩體荷載不一，決定洞身結構受力的不均勻，洞身極易產生不均勻沉降，導致斷裂，破壞結構穩定性。

3)圬工結構。省內不少水庫輸水洞為圬工結構，有些輸水洞因砌體接縫不密實、砂漿強度低，經長期運行，產生風化剝落、碳化、氣蝕等問題，破壞結構整體性，降低結構強度。輸水時水流沿砌體接縫滲漏，侵蝕砌縫砂漿，破壞原圬工結構。

4)金屬結構失效。水利工程建設中金屬結構質量方面存在的問題多種多樣，主要表現在安全性、耐久性、功能性、基本品質、適用性等方面[4]。我省小型水庫輸水洞根據啟閉形式不同可分為塔式放水涵、斜拉桿放水涵、斜臥涵和虹吸式等，輸水洞閘門常采用鑄鐵閘門型式，配備螺桿式啟閉機。根據本次抽查樣本顯示，閘門門體變位，滾輪銹蝕卡阻，門體漏水，螺桿變形，啟閉設備操作困難等現象較為常見，這與門體安裝質量、運行期操作不當及后期養護管理不到位等原因有關。

3 加固措施

在對本次抽取樣本加固措施調研的基礎上，作者總結出省內輸水洞的病害除險加固措施主要有涵洞封堵、拆除重建、新建輸水隧洞、涵洞套管等，如圖2所示。

由圖2可知，安徽省內江南區域封堵原病險涵洞措施占比43.8%，其次為拆除重建和新建輸水隧洞，占比均為31.3%，該區域涵洞套管也是常用處理措施，占比15.5%，江南區山區水庫壩體高，壩長短，對埋深淺的輸水洞可采用拆除重建措施，埋置較深的輸水洞常采用封堵涵洞并結合新建輸水隧洞的措施，有些水庫為縮短工期也常選擇涵洞套管措施。江淮之間拆除重建措施占比89.2%，涵洞封堵占比16.2%，新建輸水隧洞占比5.4%，涵洞套管占比2.7%，江淮之間沿江丘陵區水庫壩體較長，輸水洞埋深較淺，因而較多采用拆除重建措施，對不易拆除的輸水洞采用封堵涵洞措施，有時也結合采用新建輸水隧洞措施，涵洞套管措施雖然在江淮之間水庫運用占比不高，但其工期短的特點在一些輸水洞病害應急處理中常被采用。淮北地區多為平原水庫，拆除重建措施占比100%，這與壩體不高，輸水洞埋深淺，壩體黏性土含量高，可采用較小開挖斷面有關。

3.1 涵洞封堵

調研中發現，省內山區水庫由于大壩高，壩長短，涵洞埋深大，采用拆除重建措施時造成的開挖斷面較大，為滿足穩定開挖邊坡坡比要求，需破壞較長壩段，因而在具體加固工程實施時不采用開挖方式，多數采取涵洞封堵的方式。

涵洞封堵可在進口或者出口段進行局部開挖，澆筑混凝土堵頭或者采用毛石混凝土堵頭，并結合采用涵身周圍回填灌漿方法；對于可進人涵洞，也采用洞內澆筑混凝土堵頭并采用接觸灌漿方式封堵。

涵洞封堵方式有澆筑工程量小、投資少、不涉及較大斷面開挖等優點，常用于輸水洞埋管較深，拆除重建開挖回填工程量極大的情況。進出口段澆筑堵頭方法需在大壩壩坡造孔對涵洞進行回填灌漿，這要求對涵洞位置進行精準定位，否則回填灌漿很難達到預期效果[5]。洞內封堵則對接觸灌漿質量要求較高，施工前需進行試驗，采用合理的施工工藝，對圬工結構洞身施工前還需對原洞身進行加固。

3.2 拆除重建

江淮之間及淮北地區輸水洞埋深較淺，拆除重建時開挖斷面較小，因此該區域輸水洞除險加固時廣泛采用拆除重建的措施。具體實施時根據輸水洞病害情況，可采用局部拆除重建和整體拆除重建的方式。

拆除重建輸水洞有著處理較為徹底，施工難度小，施工工藝簡單，可根據運行管理要求選用不同的建筑形式及涵身尺寸等優點，多用于壩高較低水庫。整體拆除重建輸水洞的除險加固措施，回填時應采用黏粒含量較高土體并控制回填土的壓實度，防止后期運行中出現滲漏通道；局部拆除重建輸水洞的除險加固措施，設計施工時新老建筑物接觸位置的銜接處理尤為重要，如處理不當極易造成縫隙存在，提供滲漏通道，影響大壩安全。由于壩體形狀決定輸水洞洞身受力不均勻，采用拆除重建措施時洞身基礎及自身強度應有足夠的可靠度。

3.3 新建輸水隧洞

新建輸水隧洞的除險加固措施在江南區域運用較為常見，江淮之間也有一定的比例。該除險加固措施一般結合涵洞封堵措施使用，為水庫樞紐提供新的放水通道，保證灌溉及水庫防洪需求。

對于壩內涵管滲漏嚴重、有條件打隧洞的水庫應優先采用打放水隧洞替代原壩內輸水洞涵管方案，封堵原壩內涵管[6]。江南區域及江淮之間的山區水庫，大壩高，壩長短，不適宜拆除重建現有輸水洞，也不適合在壩體新建輸水洞，另選新址建設輸水隧洞就成為最有效的除險加固措施。新建輸水隧洞有一定的施工難度，施工過程中可能遇到涌水、涌泥、坍塌等情況，因此施工中超前地質預報尤為重要。超前地質預報，可大大提高設計、施工人員對圍巖狀態、特性的判定，超前謀劃科學的開挖方式及合理有效的支護方案[7]。

3.4 涵洞套管

調查研究結果顯示，涵洞套管措施在江南區域和江淮之間水庫中有一定占比，淮北地區則很少使用。涵洞套管措施多采用在原輸水洞內套PE管的方法，這種措施施工技術簡單，不需開挖土石方，極大縮短工期，同時可充分利用原輸水洞洞身支撐作用，涵洞內套管所受外力較小，減少工程投資。

PE管物理性能優良：柔性好，耐扭曲，抗強震。耐磨損，耐沖擊，耐低溫性能好等；化學穩定性好，耐各種酸、堿、鹽腐蝕；管材結構強度高，內壁平滑，摩阻低，過流量大，連接方便，接頭密封性好，無滲漏，無毒無污染，重量輕，施工快捷，使用壽命長[8]。

涵洞套管施工中對原洞身涵管與新套管之間空隙處理技術要求高，一般采用充填灌漿工藝，常用孔口封閉式循環灌漿法灌注水泥砂漿。灌漿壓力選用及水泥砂漿配合比應根據現場試驗確定，灌漿后應檢查灌漿質量，判別灌漿密實程度，對于脫空較大部位還需重新開孔補灌，以保證新舊管道充分粘合，提高整體性。

4 結語

輸水洞是水庫樞紐三大建筑物之一，輸水洞的正常運行對水庫充分發揮灌溉、防洪效益起到至關重要的作用，其安全問題也不容忽視。通過對近年來我省小型水庫除險加固中輸水洞病害形式及除險加固措施的統計分析，發現江南區域及江淮之間小型水庫輸水洞主要病害為接觸滲漏，淮北地區則以圬工結構和結構老化損毀居多。受區域條件影響，輸水洞除險加固采用的措施也不盡相同，江南區域常見措施為涵洞封堵，江淮之間及淮北地區則以拆除重建措施為主。在新一輪的小型水庫除險加固中，可根據所屬區域深入分析輸水洞相應的病害情況，選取最為科學合理的加固措施。