小型水庫除險加固技術及其應用

黃文鈞

（廣州市花都區小型水庫管理中心，廣東 廣州 510800）

0 引言

我國小型水庫數量多，大多投入使用年限較長，缺乏有效運維管理，存在一定安全隱患。調查數據顯示，1954年到2006年間，我國出現了3498起水庫事故，其中小型水庫占比達77%，給區域經濟發展和人民生命財產安全造成嚴重影響。2012年以來，我國開始加大小型水庫除險加固的力度，于2013年先后多次提到“加大財政對小型水庫建設和除險加固支持力度”，以除險加固為關鍵點，做好小型水庫的質量管控，從根本上提高我國小型水庫的經濟效益和安全性能。本文在介紹小型水庫除險加固技術的基礎上，以某小型水庫為例，介紹相關技術方案的應用。

1 小型水庫除險加固中的關鍵技術

1.1 帷幕灌漿技術

帷幕灌漿技術主要利用孔內循環或純壓兩種方式將漿液灌入裂縫、孔隙中，形成連續的阻水帷幕，往往適用于壩基滲漏、繞壩滲漏及接觸滲漏，在我國小型水庫除險加固工作中應用非常普遍。

為保證帷幕灌漿防滲效果和改善壩體的穩定性，施工過程中應嚴格依照壩體病險情況合理開展帷幕灌漿，工藝流程主要包括：

（1）鉆孔與測斜。一般采用小口徑回轉式地質鉆機進行鉆孔，操作時可根據開孔情況進行兩點錨固，校正無問題后方可進行孔口管埋設。

（2）沖洗與壓水。施工過程中主要通過高壓水脈動實現，控制時間在30min 以上，直至壓水試驗結果達到1MPa后方具備灌漿條件。

（3）制漿。按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》（DL/T 5148-2012）中的關鍵指標對泥漿進行配比，通過集中制漿法供漿。使用前可分別采用標準漏斗黏度計、激光粒度儀等檢測，保證濃度及細度符合灌漿要求。

（4）灌漿。處理過程中應控制好灌漿壓力和灌漿段長。在灌漿結束后應采用1∶2 的濃漿置換出孔內的稀漿，待壓力表回零30min后再起管。該過程中應注意設置好全程自動記錄，形成專項技術追蹤。

1.2 劈裂灌漿技術

劈裂灌漿技術主要通過水力劈裂原理向空隙內注漿，利用徑向壓力加強灌漿效果，從而有效處理壩體裂縫滲漏。

劈裂灌漿施工過程中應根據壩體病險處理方案合理選用配套裝置，做好施工參數和施工操作的設置，工藝流程主要包括：

（1）鉆孔施工。該技術中往往一次成孔，可先按照壩體滲漏狀況設置孔位，然后通過錘擊鉆垂直開孔，安放護壁管。小型水庫中選用DN100的無縫鋼管即可，懸吊置入孔內后封堵夯實。

（2）灌漿施工。該灌漿操作與帷幕灌漿基本一致，施工過程中按照少量多次原則，分別開展孔序灌注，逐步起管，直至全部灌漿完畢。

1.3 套井回填技術

套井回填技術是水庫壩體加固的一種常見技術，可通過黏土回填形成有效防護，增強壩體的安全性和穩定性。

套井回填施工過程中應先使用鉆機造孔，盡量控制孔口偏斜率在4%以內。確定鉆孔完畢后，對內部進行清理，分層回填。上述工藝中應保證回填土黏性大、易夯實，含水率在25%左右。同時，回填操作時要逐層鋪墊，每次施工厚度不超過25cm，鋪設后使用夯錘重力壓實，使滲透系數小于1×10-5cm/s。

1.4 土工膜技術

土工膜加固技術可利用土工膜進行垂直防滲，如圍堰防滲、堤壩防滲、涵閘防滲等，實用效果顯著。該工藝操作過程中主要利用水沖、鏈斗或往復式鋸槽機在需要防滲的土體中垂直開出槽孔，并以泥漿護壁。然后，再將土工膜置于槽孔內，倒轉軸卷，使土工膜展開，直至土工膜兩側褡褳在一起，利用填料回填，形成良好的防滲帷幕。

為保證土工膜防滲加固效果，在施工時應依照《土工合成材料應用技術規范》（GB/T 50290-2014）中的關鍵指標合理選用膜材料及回填料。回填時應逐層夯實，待土工膜出槽后與小型水庫防滲系統連接，同時做好密封，從而保證整體防滲加固質量。

2 小型水庫建筑物加固方案

本次研究過程中主要以某鄉鎮的小型病險水庫為例，研究其建筑物加固思路及搶險加固的關鍵操作，以形成科學、高效的除險加固技術方案。

2.1 問題分析

某鄉鎮小型水庫于1986年8月投入使用，總儲水總量可達142m3，用于區域防洪抗旱。該水庫由大壩、溢洪道及涵洞三部分組成，其中大壩全長超過75m，壩高為21.9m，壩寬為4m；溢洪道全長超過30m，開挖后直接入主河道，并未沉積處理；涵洞全長為31m，截面為1.2m×1.8m。受技術、環境和運維管理等因素影響，該小型水庫在長久使用后大壩、溢洪道及涵洞均出現不同程度損壞，亟待對病險問題進行處理，相關病險隱患見表1。

表1 某鄉鎮小型水庫存在的病險隱患

2.2 加固技術方案

2.2.1 設計思路

針對該水庫病險情況的除險加固設計，從不同結構銜接、水土流失防護和防滲加固施工三部分出發，全面增強水庫的安全效益和經濟效益，使其更好地服務于區域生態。

（1）銜接要求。除險加固時結合大壩、溢洪道及涵洞的整體情況，做好不同結構防滲層的銜接，利用專業技術保障防滲加固層的整體防護效果。

（2）水土保持。要強調水土流失防護及增強區域生態效益，最大程度改善蓄洪灌溉中的水土保持效果。

（3）防滲加固。應利用好防滲技術和加固處理中的各項操作，對大壩、溢洪道及涵洞裂縫進行填充加固，通過帷幕灌漿、劈裂灌漿、套井回填及土工膜處理等在不同區域做好病險防控，從而提升其安全等級。

2.2.2 加固要點

（1）大壩搶險加固處理。上述過程中針對壩基、壩體和壩坡情況，分別采用帷幕灌漿、劈裂灌漿和護坡防護，如圖1所示。

圖1 某鄉鎮小型水庫大壩搶險加固技術方案

壩基帷幕灌漿操作時軸線長96m，沿線孔槽間距設置為2m，通過自上而下的孔內循環方式注漿，總耗灰量可達到200kg/m。

壩體劈裂灌漿前先根據水庫內水位情況、蓄洪能力及滲漏系數等，計算出其滲透流量在3.7萬m3/a左右，病險情況較為嚴重。處理的過程中應采用水泥黏土漿灌注，按照少量多次原則全孔灌注，控制注漿壓力在0.5MPa以內，反復灌漿5～7次，直至滲透系數在安全閾值內。而在壩體排水處理中應根據情況在兩側增設0.25m×0.3m的C15混凝土排水溝。

壩坡處理時主要利用砂石墊層防護和草皮防護實現。其中，上游壩坡為1∶2.73，可在上層設置干砌塊石護坡，厚度為30mm，下層設置砂礫石墊層，厚度在20m；下游壩坡施工中應先進行雜草清理，然后重新砌筑堆石棱體，鋪設草皮護坡。

（2）溢洪道搶險加固處理。該區域處理的過程中對閘室進行擴建，新溢洪道的關鍵參數如下：

①引渠段。仍采用原方案，進口區域保持不變，但與閘室連接區域分別增設邊墻，控制其高度在2m左右，寬度為11.4m，且邊墻圓弧半徑調整為5.5m，中心角設置為90°。施工過程中漿砌石邊墻底部應使用C15混凝土襯砌，厚度控制在30mm左右。

②閘室段。新增閘室全長為12m，寬度為11.4m，高度為5.0m，墻板厚度為1m。全段均采用C20 混凝土襯砌，上下段分別設置工作橋和底板。

③泄槽段。在原溢洪道基礎上使用C15混凝土對該部分進行襯砌，同時設置齒槽抗滑。

④消能段。增加挑流消能段，控制尾部挑力角度在25°左右，反弧半徑達到5m，在一定程度上緩解溢洪道消能壓力。

（3）涵洞搶險加固處理。針對盤閘年久失修現狀，在現場檢查后更換新的零部件，對盤閘性能進行測試，確定達標后方可投入使用。而在涵洞開裂處理過程中，則主要利用土工膜防滲處理技術及高壓灌漿技術分別防護。其中，大面積開裂處理過程中應先對基底進行清理，然后將裁減好的土工膜按照要求敷設到孔槽中，靜壓兩邊收面。鋪設完成后，要選用細致回填料回填并壓實，檢查整體密封防護效果。細微裂縫處理過程中可通過高壓灌漿技術，對涵洞內的裂縫分別灌注，其關鍵操作與壩體灌注一致，在此不再贅述。

除此之外，本次涵洞搶險加固處理過程中還針對梯斜臥管破損、滲漏等病險情況進行封堵或重建。同時，還要在涵洞臥管出口處適當設置消力池，增強末端消力效果，從而改善涵洞的穩定性能。

3 小型水庫除險加固中的注意事項

小型水庫除險加固技術種類較多，施工操作較為復雜，在處理的過程中必須做好前期準備、強化現場管理、開展運維管控，這樣才能夠從根本上改善小型水庫的安全性能，使其更好地發揮蓄洪灌溉功用。

（1）前期準備。要對小型水庫的病險情況進行現場調查，包括設計方案分析、使用情況咨詢和現場觀察檢測等，從歷史數據及實地檢測結果兩部分出發，全面把握其病險隱患，這樣才能夠保證除險加固的科學性、高效性和可靠性。而在設計除險加固技術方案時，應注意針對具體問題選擇對應處理方案，對比帷幕灌漿技術、劈裂灌漿技術、套井回填技術和土工膜技術的適用性、可操作性、經濟性等，切合實際、因地制宜，形成最佳處理方案和施工路徑。

（2）現場管理。要針對小型水庫除險加固施工要求做好質量管理，由專業監督管理人員開展現場管控，對重點工程、隱蔽工程等環節施工質量進行監測，保證其嚴格依照技術標準開展。同時，還要做好現場數據的自動記錄，尤其是在小型水庫除險加固灌注施工時，應對開孔情況、回填料配比、回填操作中的關鍵參數進行實時記錄追蹤，從而為后續質檢和管理提供有效參考依據。

（3）運維管控。小型水庫在使用后容易出現由積水、沖刷等導致的滲透、開裂、坍塌等問題。為此，必須要針對水庫運行情況定期進行現場檢查和防護。如在小型水庫排水口、溢流段等均使用混凝土砌筑，在壩體表面分別設置不同類型護坡，梯級斜臥管出口處增設消力池及海漫等，利用防護裝置和消力保護，增強小型水庫的安全性、穩定性和可靠性，使其更好地參與到生態服務中。

4 結束語

我國小型水庫大多投入使用年限較長，設計方案陳舊、防護能力薄弱，開裂、滲漏、坍塌等問題頻發。針對上述問題開展搶險加固處理時，必須要先對小型水庫現場進行檢查，在分析技術資料和病險問題基礎上合理設計加固方案，明確大壩、溢洪道、涵洞等防滲加固中的關鍵點。同時，還要對搶險加固技術進行合理篩選，在安全等級、質量標準、經濟效益等需求上形成最佳施工方案，使小型水庫搶險加固效益最大化，從根本上改善我國小型水庫運維管理工作質量。