小型水庫除險加固技術研究
——以萬馬坪水庫為例

林杰雄

龍門縣縣城河堤管理處 廣東 惠州 516800

在降水區域不均或時間不均的地區，建設小型水庫能夠有效調解水資源分布，促進本地區的農業生產并保障交通安全。然而由于小型水庫的影響范圍相對較小，因此小型水庫在長期使用過程中往往難以得到有效的維護。缺乏維護能夠導致小型水庫在使用過程中出現風險，因此小型水庫必須定期進行檢查，判斷小型水庫的結構安全等情況，并根據檢查的實際結果進行除險加固。本文對影響小型水庫除險加固技術選擇的因素進行了分析，并以萬馬坪水庫為案例，進行了小型水庫除險加固的針對性分析。

1 小型水庫除險加固影響因素

水庫的除險加固是一項系統性工程，需要充分考慮材料選擇以及結構保障等相關因素。確定小型水庫除險加固技術時，需要根據水庫所處區域的水文以及地質等相關情況，選擇更為適當的技術，以保證水庫除險加固完成后能夠正常使用。

1.1 地質因素

地質環境以及地質因素對水庫加固技術選擇的影響最為突出，水庫建造區域地質環境的穩定度能夠直接影響技術的選擇。在地質環境穩定性相對較好的區域，水庫除險加固過程中能夠根據水庫當前結構的情況以及水庫的除險加固需求選擇技術，且在地質穩定性相對較好的地區，能夠采用穩定性更好的材料以及技術進行加固。在地質穩定性相對較差的區域，由于地質結構較為破碎，因此選擇加固技術時必須充分考慮加固措施對地質結構造成的影響。由于地質較為破碎的地區地面的承載力相對較弱，因此在選擇加固技術時需要避免對地表造成破壞，然而需要注意的是地質結構相對較為脆弱的區域，加固的周期一般相對較短，需要定期檢查加固。

1.2 水文因素

水文因素同樣能夠對加固技術選擇造成較大的影響，從水庫除險加固技術的應用情況來看，在流水的侵蝕以及影響下水庫所處區域的巖體結構能夠發生較大的變化，因此在巖體受水流影響較大的區域，一旦忽略水文因素造成的影響加固技術不僅無法達到較好的加固效果，甚至能夠造成其他的風險。因此在選擇水庫除險加固技術時，需要充分考慮下述兩項因素。（1）需要充分考慮水流分布以及水流水位變化等造成的影響。對水庫能夠產生影響的所有水流的分布以及變化，均需要充分考慮，尤其需要充分考慮水流季節性變化的影響。（2）需要充分考慮水流變化對土壤以及巖石結構造成的影響，在本地區的巖石結構相對較為脆弱的情況下，需要根據豐水季水流對巖體結構的影響[1]。

1.3 技術因素

技術因素以及技術保障性對水庫加固同樣能夠產生較大的影響，針對不同區域有需要采用不同技術進行處理。水庫除險加固進行過程中，壩體加固是其中極為重要的一個環節，在石質結構相對較為穩定的區域，僅需要處理壩體裂縫等填補的需求。在地質結構相對較為破碎的情況下，一般需要通過灌注等會技術提高地質結構的穩定性，而對含水量較高的區域，則需要重現采用針對性技術降低施工區域的含水量，使得施工區域的彈性模量顯著降低。小型水庫同樣能夠對所處環境造成較大影響，因此小型水庫在除險加固過程中，施工開始前，需要參與施工的各個部門進行技術討論，確定與工程需求更為匹配的技術。

2 工程概況

萬馬坪水庫位于南昆山，該地區位于北緯23°38′，東經114°38′，該地區的平均溫度為23℃，年平均降水量則為2500mm。本地區氣候為亞熱帶氣候，植被覆蓋率較高，且本地區的旅游產業相對較為發展。萬馬坪水庫位于龍門縣南昆山旅游區管理委員會萬馬坪村，水庫具有發電以及灌溉等功能，該水庫的灌溉面積為200畝，水庫的裝機總量則為320kW。萬馬坪水庫能夠對充羊蹄坑電站進行補充，增加水電的發電總量。萬馬坪水庫與1984年投入使用，使用至今已經接近40年的時間，由于建設時間相對較早，且建設過程中技術水平存在一定的不足，因此當前水庫的問題更為突出。水庫位置如下圖：

圖1 萬馬坪水庫地理位置圖

本文所述除險加固工程進行前，萬馬坪水庫已經進行了兩次除險加固。2003年由于水庫壩體的滲漏較為嚴重，因此導致水庫溢流壩的溢流面出現表面脫落的情況，同時壩體的表面同樣出現面層砼局部毀壞的問題。針對這一時期水庫實際存在的問題，該次除險加固的內容包括：（1）修建水庫的截水墻，并增厚壩體；（2）進行水庫溢流段的維修，并拆除壩體下游位置的擋水墻；（3）更換水庫輸水涵管的閘閥；（4）采用灌漿技術對壩體進行補強處理；（5）維修水庫的壩體道路。2021年由于壩體存在漿砌石以及弱風化花崗巖石料膠結不足導致壩體泄露的問題，且溢流壩的壩體表面混凝土出現脫落、溢流壩的挑流鼻坎已經完全破損無法繼續使用、壩體輸水涵管腐蝕嚴重并且防腐層脫落、人員配置方面存在一定程度的不足、水庫防汛采用的資料存在不足、管養房相對較為簡陋，根據檢測的結果可知萬馬坪水庫使用安全已經出現相對較為嚴重的問題，急需進行整體性加固維護[2]。

3 風險現狀及需求分析

3.1 水文信息復核結果

對萬馬坪水庫水文信息的復核結果顯示，水庫的正常水位為478.3m，水庫的總體容量為70.55萬m3，其中水庫的死水位為464.3m，死庫容則為2.2萬m3。根據萬馬坪水庫的實際情況以及除險加固的需求，需要在不改變輸水涵管進口位置以及溢洪道進口位置的情況下，需要維持正常水位以及死水位不變，并保證水庫的庫容達到68.55萬m3以上。

3.2 水庫現狀以及存在問題

萬馬坪水庫修建于1984年，由1984年至今中國水利工程的技術水平已經取得了巨大的突破以及進展，在小型水庫的建設以及維修方面，當前小型水庫已經能夠采用模塊化的建造技術進行建設，而當前普遍采用的材料不僅防水性較好，同樣在水流的長期沖擊下同樣能夠保持較好的膠結穩定性。但建造時間較早的萬馬坪水庫技術水平相對較差，建設過程中使用的很多材料同樣并不符合當前水庫建設的要求。從水庫維修角度來看，萬馬坪水庫使用至今僅2003年進行了一次大規模維修加固，而2021年水庫的檢測結果顯示，該水庫當前存在較為嚴重的問題，急需進行大規模的整體性加固維修。

2021年整體性檢測的結果顯示，萬馬坪水庫存在下述主要問題。（1）萬馬坪水庫大壩的壩體底部存在清理不完善的情況，該大壩的壩體基礎部分為漿砌石以及弱風化花崗巖石料膠結結構，而由于建設階段采用的膠結技術存在嚴重的不足，因此石料之間的膠結已經顯著下降，部分石料已經出現膠結失效的情況。即當前壩體的底部防水性能已經較差，存在嚴重的滲水情況。壩體背水面以及基礎部分的嚴重滲水，對大壩的安全造成了嚴重的影響，因此當前大壩必須進行防滲處理。（2）由于水庫使用的混凝土等級較低，因此混凝土的結構穩定性存在不足，目前溢流壩下游的表面已經出現混凝土松動甚至脫落的情況，同時溢流壩表面的縫隙存在長草的情況，即溢流壩的結構穩定性已經出現問題。（3）溢流壩的挑流鼻坎已經完全破損，導致出口位置無法正常出水。（4）采用CCTV技術對壩體進行檢查后發現，發現壩體輸水涵道的鋼管出現了較為嚴重的腐蝕，鋼管的防腐蝕表面同樣已經出現了大面積的脫落。（5）當前水庫已經普遍采用自動化監控系統，而由于建造時間相對較早，因此萬馬坪水庫的監控系統并不完善，水庫維修過程中需要同步完善監控系統。（6）水庫當前的防汛物資急需進行補充。（7）管養房需要重新建造[3]。

3.3 除險加固必要性

由于建造的時間較早，且水庫的功能較為復雜，因此水庫在長期使用過程中出現了較為嚴重的問題。為保證水庫正常使用，當前萬馬坪水庫已經縮短水庫的巡檢周期，通過更為徹底的巡視以及檢查，保證水庫出現的問題能夠得到及時的解決。然而由于水庫的問題累計時間較長，很多問題已經無法通過小范圍內調整以及修補解決，必須通過大規模的除險加固，才能夠維持水庫的正常使用。對萬馬坪水庫而言，全面性的除險加固能夠發揮如下作用。

（1）維持水庫壩體結構的穩定性，避免繼續使用過程中壩體出現嚴重的損壞。與建造的初期相比，由于建造使用的石料膠結效果下降較為顯著，因此壩體已經出現嚴重的松動。通過對壩體的加固，萬馬坪水庫的壩體結構能夠得到改善，壩體的穩定性能夠得到較為顯著的提升，即大壩的使用周期能夠顯著延長，使用安全能夠得到更為充分的保證。

（2）水庫的系統性加固以及維護，能夠有效滿足灌溉的需求。萬馬坪水庫需要滿足本地區200畝農業用地的灌溉需求，然而由于水庫的結構存在一定問題，因此為避免水資源調解對水庫的結構安全造成影響，因此水庫的實際需水量與理論需水量存在一定的差異，通過水庫的加固以及維護能夠提高有效容積，滿足農業用地的灌溉需求。

（3）水庫的除險加固能夠滿足水庫發電的基本需求，維持本地區的供電穩定性。萬馬坪水庫具備補充水電發電量的功能，該水庫能夠滿足本地供電的穩定性。水庫發電與水庫蓄水量同樣存在一定的關聯，如前文所處，搶險加固前水庫受到結構的影響無法保證需水量，因此導致發電同樣無法得到充分的保證，而水庫的搶險加固能夠保證水庫的正常發電[4]。

4 除險加固施工

4.1 施工條件

（1）水庫能夠經由S355省道與外界連接，由于水庫的壩體與村道相連，因此對內的交通同樣較為便利。施工區域的通訊網絡同樣較為完善，通訊較為便利。

（2）加固工程在原地進行，施工區域較為平坦，地面起伏相對較小，障礙物相對較少，即施工區域施工條件相對較好，較為適合開展工程。

（3）由于處于亞熱帶地區，因此本地區的降水較為集中，本地區冬季的溫度能夠基本滿足施工的需求，且由于降水量較小因此更為便于施工。

（4）萬馬坪水庫施工場地存在水電供給的問題，施工過程中需要使用柴油發電機滿足施工供電的需求，生活用電則能夠由村電網供給。

（5）除險加固工程使用的材料需要就近購買，其中水泥、石料以及鋼筋能夠由南昆山市場購買，市場據施工場地距離約5km，混凝土需要由永漢購買，市場距離為30km。

（6）根據工程渣土運輸的相關需求，工程的渣土需要在萬馬坪村附近渣土場處理，渣土場與施工場地的距離約3km。

4.2 施工方法

（1）工程土方工程主要為灌漿平臺基礎部分以及溢洪道，土方挖掘以機械挖掘為主，不適合使用機械進行挖掘的區域需要人工輔助進行挖掘。

（2）工程土方回填的需求與挖掘一致，技術方法同樣相同。

（3）混凝土工程中，小方量時采用自拌混凝土，大方量時使用商品混凝土，混凝土建造區域包括有灌漿平臺、防滲面板、溢流壩面、消力池導水墻。

（4）混凝土澆筑過程中，主要部位采用模板進行固定，且工程使用的模板為表面更為光滑的新模板。

（5）工程施工的鋼筋為商品鋼筋，受力鋼筋長度差值不應超過±10mm，箍筋不超過±5mm。12mm以下鋼筋采用綁扎進行固定，28mm以內焊接固定，超過28mm采用幫條焊固定。

（6）止水帷幕灌漿采用自上而下分段鉆進，分段灌漿，孔內循環的灌漿方法混凝土與基巖接觸段巖石段長2m，單獨灌漿并待凝，以下灌漿段長5、6m在若有斷層破碎帶地質條件地區縮短灌漿段長并待凝。止水帷幕施工的基本流程為固定鉆機位置、確定鉆孔技術、鉆孔、裂縫沖洗以及壓水、灌漿、灌漿凝固、再一次灌漿、檢查孔口情況、封孔。灌漿過程中一旦出現灌漿穿孔等情況，需要及時進行表面封堵，通過濃漿低壓限流間歇灌漿等措施，待滲漏部位達到一定強度后再逐漸升壓灌漿[5-6]。

5 結語

根據我國水庫的使用統計情況，我國大型水庫的維護一般相對較好，而使用時間相對較長的中小型尤其小型水庫，很大一部分均存在不同程度的維護問題。小型水庫的維護不當，導致水庫的使用風險發生較為頻繁。水庫發生風險的情況下，需要通過針對性的除險加固技術，才能夠保證水庫的使用安全，避免風險影響的擴大化。本文案例所述的萬馬坪水庫，由于地質以及水文環境相對較為復雜，因此必須通過除險加固保證水庫能夠正常進行使用。