水庫除險加固內容施工順序不當帶來的危害及案例剖析

王京宇，張曉蕾，蔡 奇

(水利部建設管理與質量安全中心，北京 100038)

1 研究背景

《國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》明確提出：加快病險水庫除險加固，維護重要水利基礎設施安全。2021年12月31日，國務院批復同意《“十四五”水庫除險加固實施方案》，要求到“十四五”末，全部完成現(xiàn)有及新增的約1.94萬座病險水庫除險加固，除險加固工作任務繁重。

2021年，針對全國大規(guī)模實施水庫除險加固的情況，水利部開展了針對水庫除險加固項目的稽察，涉及85個水庫除險加固工程。監(jiān)督檢查發(fā)現(xiàn)，與水庫除險加固項目進展緩慢、項目建設管理存在薄弱環(huán)節(jié)、地方資金落實不到位、水庫安全度汛存在風險隱患等已經引起行業(yè)主管部門注意的問題相比，水庫大壩除險加固中存在的施工順序不當問題，尚未引起關注。

當前，研究人員多以風險管理為框架，基于模糊聚類、灰色聚類等模型，在除險加固投資額一定的情況，對多座水庫的加固先后次序進行排序，而對同一個水庫除險加固專業(yè)施工順序的研究較少。

2 問題產生原因及危害

和原建筑物(構件)相比，除險加固多為局部點或面上補強，工程量相對會少一些，施工時通常具備多個工作面，客觀上具備多項加固內容同時進行的先決條件，加上汛期影響，參建各方主觀上均存在趕工期、搶進度的現(xiàn)象。因此，參建各方往往忽視了加固內容的先后實施順序。在存在此類問題的除險加固工程中，從混凝土壩、土石壩2類常見壩型和閘室結構中各選取1個典型案例，通過座談、走訪和資料分析開展調查研究，剖析問題產生的原因主要有以下幾個方面。首先，設計單位未意識到施工順序顛倒可能帶來的后果，在設計文件中未規(guī)定施工順序要求，設計交底時也未交待清楚施工順序。這些情況在中小型項目尤為突出，有些設計人員不清楚施工順序選擇時應堅持的原則。其次，水庫除險加固的項目法人和監(jiān)理單位管理經驗和技術能力不足，往往無法發(fā)現(xiàn)施工順序錯誤問題。有的進度管理不到位，受前期工作、施工準備等因素影響，開工時間存在一定程度的滯后，導致汛前忙于趕工，未顧及各專業(yè)加固的先后順序。最后，施工單位考慮施工方便，采取最省事、省工、省料的施工順序，未意識到施工順序對加固質量的重要性，有的不按設計要求的施工順序施工，有的對新技術不熟悉。

對同一個工程，為解決同一個建筑物的一項或多項病害，通常會采取多項加固內容，由于除險加固時被加固建筑物(構件)已經承受荷載、處于二次受力狀態(tài)，這些加固內容的先后施工順序對加固效果的影響顯現(xiàn)的尤為突出重要。與設計圖紙存在錯漏項、原材料進場檢驗內容或項目不全、單元(工序)驗收資料不規(guī)范、監(jiān)理工作不到位等常見問題相比，施工順序不當帶來的危害將更為嚴重、更為突出，也更容易形成新的安全隱患。

3 案例分析

3.1 碾壓混凝土壩滲漏加固處理案例

3.1.1 工程簡況及加固措施

某水利樞紐工程大壩為整體式、不分縫碾壓混凝土重力壩，施工期在大壩右壩段和左壩段各出現(xiàn)1處上下游貫穿性裂縫，裂縫從壩頂裂至壩底基巖面，裂縫寬度多為1～3mm如圖1所示。后期，對裂縫進行鉆灌、防滲和化灌、接觸灌漿多次處理，但效果不佳，本次除險加固前裂縫處透水率達到中等透水，大壩滲漏引起的下游面滲水濕坡范圍較大。2條貫穿性裂縫將大壩分成3個壩段，大壩實際運行為非整體式受力，安全鑒定單位按單寬對擋水壩段進行穩(wěn)定和應力分析，壩踵、上游壩面拉應力不滿足規(guī)范要求。

圖1 加固前貫穿性裂縫和下游左壩段外觀

針對壩踵、上游壩面拉應力不滿足規(guī)范要求問題，在下游坡面采用常態(tài)混凝土培厚，混凝土量約占原工程混凝土量的1/10左右。針對2條貫穿性裂縫問題，采用“內部灌漿+表面防滲修補”綜合處理方案。受城鄉(xiāng)供水因素制約，加固施工時無法放空水庫，水面以上裂縫施工時，通過吊籃下至工作面施工，水面以下裂縫施工采用潛水方式作業(yè)。設計單位未明確提出裂縫修補和混凝土培厚施工的先后順序，設計總工期18個月，混凝土培厚施工從第二年5月至12月，裂縫修補在此期間穿插進行。

3.1.2 施工順序和加固效果

加固施工具體時間為：混凝土澆筑施工開始于2020年3月，同年12月基本完成；裂縫修補于同年汛后11月開始實施，裂縫修補時混凝土施工接近完成。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，除險加固后培厚壩體下游壩坡中下部仍存在浸濕面，澆筑分層結合面存在滲水和析出物，如圖2所示。

圖2 加固后大壩下游左壩段外觀

3.1.3 案例剖析

從廊道內裂縫處滲水情況和滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)看，本次裂縫修補效果遠好于之前的數(shù)次修補效果，培厚壩體下游壩坡浸濕面滲水主要來自于“壩體碾壓混凝土存在層面裂縫、膠結密實性差”的病害。由于混凝土培厚施工時尚未進行裂縫修補，大量滲水導致澆筑分層結合面形成滲水通道，雖然混凝土澆筑時未采取有效的引排措施也是原因之一，但若先進行裂縫修補、再進行混凝土培厚施工，將會大幅降低培厚壩體的裂縫數(shù)量，施工順序也更為合理。從進度安排看，將裂縫修補時間從第二年汛后提前至第一年汛后也是可行的。

3.1.4 案例啟示

一是設計單位應重視不同加固內容之間的施工順序，有效利用壩體培厚的基礎開挖時間開展裂縫修補。二是除險加固設計應堅持盡量卸荷原則，堅持在空庫運行狀態(tài)下加固，如難以實現(xiàn)放空加固條件時，應首先進行防滲加固。三是當采用需要專業(yè)隊伍實施的技術時，應盡早選取專業(yè)隊伍，做實做細施工準備。

3.2 土石壩封堵、新建壩下埋管案例

3.2.1 工程簡況及加固措施

某水庫建于20世紀50年代，大壩為黏土心墻壩，最大壩高19m，地勘揭示壩體土體標貫、壓實度等均較小，壩體填筑質量差。放水高涵管位于大壩左側，為直徑30cm瓦管；放水低涵管位于大壩中部，為直徑30cm瓦管。高、低放水涵管在進口閘門關閉情況下，出口仍有漏水現(xiàn)象，說明經過多年運行后均存在一定的安全隱患，如圖3所示。該工程所屬地區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，規(guī)范要求不應設壩下埋管。

圖3 加固前大壩壩頂雜草叢生

針對壩體存在的病害，除險加固設計對壩體進行單管高壓旋噴防滲加固處理，廢棄并封堵原有高低涵管，并在左岸山體新建1條直徑355mm輸水管，涵管封堵施工順序為先進行管內回填灌漿，再進行壩體高壓旋噴防滲墻施工，如圖4所示。2020年工程開工后，因左岸山體地質原因需延長工期、增加投資，經原審批單位批復，將新建輸水管位置由左岸山體變更到原有高低涵管之間，施工工藝為定向鉆拉管，設計文件未明確定向鉆拉管施工和壩體高壓旋噴防滲墻施工的先后順序。

圖4 加固后大壩外觀

3.2.2 實際施工順序

涵管封堵施工順序為先進行壩體高壓旋噴防滲墻施工、再進行管內回填灌漿，施工順序不符合設計要求；新建輸水管的施工順序為先進行定向鉆拉管施工、再進行壩體高壓旋噴防滲墻施工。

3.2.3 案例剖析

壩下埋管與大壩防滲體的接觸部位是防滲的薄弱環(huán)節(jié)，容易形成安全隱患，本工程加固前在進口閘門關閉情況下，高、低放水涵管出口仍有漏水現(xiàn)象，為消除隱患才進行改建。在此不討論設計變更的合理性，單從涵管封堵、新建施工和壩體高壓旋噴防滲墻施工的先后順序不當來看，本次加固已形成新的安全隱患。涵管封堵施工時，先進行壩體高壓旋噴防滲墻施工、再進行管內回填灌漿，會影響防滲墻附近管內回填灌漿質量；新建輸水管時，先進行定向鉆拉管施工、再進行壩體高壓旋噴防滲墻施工，會影響輸水管附近高壓旋噴防滲墻的施工質量。施工順序不利于壩體防滲，易發(fā)生接觸滲漏。

3.2.4 案例啟示

一是施工單位應意識到施工順序對加固質量的重要性，不能僅考慮施工方便，采取省事、省工、省料的施工順序。二是作為水庫除險加固的項目法人和監(jiān)理單位，應提升管理經驗和技術能力，抓住除險加固工程的關鍵點，加強涵管封堵施工順序的檢查，對重大設計變更應充分論證。三是除險加固設計需堅持防滲優(yōu)先原則，當防滲加固施工與其他專業(yè)存在交叉時，尤其是防滲體加固與穿壩建筑物交叉施工，應選擇最有利于防滲加固效果的施工順序。

3.3 混凝土溢流壩段閘墩裂縫加固處理案例

3.3.1 工程簡況和加固措施

某工程主壩為混凝土寬縫重力壩，溢流壩段采用2孔開敞式溢流壩型。大壩現(xiàn)場安全檢查發(fā)現(xiàn)，溢流壩段左右邊墩存在多條裂縫，部分是竣工驗收時已經存在，部分是運行后新出現(xiàn)裂縫，其中左側邊墩牛腿處裂縫較為嚴重、已沿豎向貫穿閘墩上部，縫寬超過規(guī)范允許值；安全監(jiān)測資料顯示，部分裂縫寬度有增大跡象。安全鑒定結論為：結構耐久性和安全性存在隱患。根據(jù)溢流壩段閘墩裂縫情況，設計單位采取“錨索+化學灌漿+粘鋼”綜合加固方案，設計要求施工順序依次為預應力錨索張拉、裂縫化學灌漿、粘鋼加固，如圖5—6所示。

圖5 閘墩外觀(加固后)

圖6 閘墩粘鋼加固

3.3.2 實際加固順序

稽察時，閘墩加固施工已經全部完成，抽查施工單位施工日志、單元工程驗收資料和錨索施工張拉記錄，并經參建各方核實，加固關鍵節(jié)點的實施時間為：4月4日前完成粘鋼，4月15日至16日完成主壩閘墩錨索張拉，4月26日至5月2日完成裂縫灌漿。實際施工順序依次為粘鋼加固、裂縫化學灌漿、預應力錨索張拉，粘鋼加固、預應力錨索張拉的順序顛倒，不符合閘墩加固工藝設計要求。

3.3.3 案例剖析

這是一起典型的主要構件施工順序顛倒案例，帶來的后果是降低了閘墩的綜合加固效果。據(jù)統(tǒng)計3個閘墩共粘鋼20余t，提高了閘墩剛度，但先進行粘鋼加固施工，將降低預應力錨索的加固效果。在粘鋼加固后進行預應力錨索張拉施工，且時間間隔較短，鋼帶尚未完全和閘墩形成整體，將給鋼帶增加復雜的附加應力，降低了粘鋼的加固效果。

3.3.4 案例啟示

一要注重新技術的協(xié)調管理。粘鋼加固于本世紀初開始在房屋建筑工程領域逐步實施應用，在水利工程領域相對較少，因此參建各方不熟悉粘鋼加固的工藝和目的，施工單位將該項加固內容分包給專業(yè)隊伍實施后，應有效協(xié)調粘鋼和錨索2專業(yè)隊伍的交叉施工。二要合理安排工期，注重汛期影響。在本案例中，汛期防洪度汛要求溢流壩段的加固施工必須在汛前完成，受前期工作、施工準備等因素影響，開工時間存在一定程度的滯后，導致汛前忙于趕工，未顧及各專業(yè)加固的先后順序。三是當采用多種方法綜合解決同一病害時，堅持首先實施加固效果最明顯的加固內容。

4 結語

施工順序不當會降低水庫除險加固效果，可能給工程留下永久安全隱患。建議從以下三個方面著手解決：一是設計單位應對不同的專業(yè)施工順序進行計算分析，擇優(yōu)選取并在設計文件中明確規(guī)定，設計交底時給予著重強調；二是施工單位應嚴格按照設計文件施工，當設計無明確要求時應及時反饋；三是監(jiān)督檢查時重點關注此類問題。

由于結構受力計算分析能力欠缺，對不同加固施工順序對結構的影響僅僅進行了定性分析，未進行定量分析是本研究的不足，建議感興趣的同行開展進一步研究。