廣東省某縣小型水庫除險加固設計中遇到的隱患及對策分析

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2401-5042-5234

作者簡介：岑奕興（1993—），男，碩士，主要從事水利工程設計工作。

摘 ?要：廣東省內某縣的小型水庫大多建設在20世紀的50、60年代，以均質土壩為主。這些水庫建設時期較早，大多存在土壩漏水、牛皮脹、輸水涵管老化破漏和土溢洪道經常受沖破壞等一系列問題。文章通過分析小型水庫中存在的常見問題，結合現今的加固技術，從擋水建筑、泄水建筑及輸水建筑三個方面分別敘述、討論針對常見問題適用的加固措施，為今后類似的小型水庫加固設計項目提供一定的參考。

關鍵詞：小型水庫 ??除險加固 ??常見隱患 ??治理對策

中圖分類號：TV6

廣東省內某縣的小型水庫建設于20世紀的50、60年代，均為均質土壩。這些小型水庫構成完善的灌溉網絡，為縣內的農業發展提供了有力支撐。但由于水庫建設時期較早，工程建設標準較低，施工過程中質量控制不嚴，大多存在土壩漏水、輸水涵管老化破漏和土溢洪道經常受沖破壞等一系列問題，后期的管理也存在一定缺失。雖然組織過水庫除險加固，然而早期的設計、施工技術還不夠完善和經濟條件差等原因，多數水庫問題未得到有效治理，問題依然存在，或者治理后短時間內再次出現險情[1]。隨著經濟和技術的發展，有了足夠的技術基礎和雄厚的經濟支持，協助設計師更好地解決這些隱患。本文通過分析這批小型水庫中存在的常見問題，結合現今的加固技術，討論針對常見問題適用的加固措施。下文將在擋水建筑、泄水建筑及輸水建筑三個方面分別敘述，為今后類似的小型水庫加固設計項目提供一定的參考。

1??常見問題

1.1 ?擋水建筑常見問題

該縣小型水庫的均質土壩大多建設在20世紀50、60年代，受限于當時的機械水平、檢測水平等，大壩土體質量較差。本文根據收集某縣的14個水庫的均質土壩勘察資料，對這些水庫的土石壩填土滲透系數進行了統計。壩填土的滲透系數高于規范要求的1×10-4??m3/s，達到中等透水性，部分水庫出現滲漏問題，對下游壩坡的穩定造成不利影響。年代較為久遠的均質土壩，滲漏問題普遍，是設計師前往現場調查以及設計時應注意的問題[2]。

1.2 ?泄洪建筑常見問題

14宗水庫的泄水建筑物多為開敞式寬頂堰土溢洪道，在結構上，部分水庫只硬化控制段，但其他段保持原土渠，溢洪道上容易長滿雜草，或者溢洪道邊坡塌落，淤積嚴重，更有直接不成槽，失去排洪能力。在布置上，這些水庫的溢洪道一般都布置在壩肩或者離壩身不遠處，進口段未進行有效的護砌，泄洪時一旦發生沖蝕現象，將危及壩肩安全；即使沒有發生沖蝕，常年的水流沖刷，也會損害壩肩、壩體結構。有些水庫的陡槽末端和排洪渠就設置在壩腳，易危及壩腳安全[3]。這幾種情況均對大壩的安全十分不利，為水庫的穩定運行留下隱患。

1.3 ?輸水建筑常見問題

該縣小型水庫輸水建筑物管道多為鋼筋混凝土管或鋼管，大多分布在壩體與壩肩交接的位置，經過多年的運行，都存在不同程度的隱患。水庫輸水涵管的破壞大致可分為滲漏和堵塞。其中滲漏主要表現為下游出水口周邊土體有水滲出；或者關閉閘門后涵管出口依然有水滲出，且出水渾濁或者帶泥。輸水涵管滲漏不加治理，會發展成管涌、壩體水飽和（液化）、涵管周邊土體被掏空滑坡等破壞，最終造成潰壩，是大壩潰壩的重要原因之一。輸水涵管堵塞同樣不能輕視，它不僅僅是影響下游農田的灌溉，由于小型水庫的洪水標準普遍不高，遇上超頻洪水的概率高于大中型水庫，能提前放空庫容迎接超頻洪水的輸水涵管十分重要，它使得水庫具有一定抗擊超頻洪水的能力，而堵塞造成這一能力喪失，同樣給水庫帶來隱患。

2?加固對策

2.1 ?擋水建筑加固措施

對于存在滲漏問題的土石壩防滲治理中有一個基本的處理原則：“上堵下排”。

“上堵”即防滲，措施一般可分為水平防滲與垂直防滲兩類。水平防滲措施是指在上游河床修筑防滲鋪蓋，常用的是上鋪混凝土鋪蓋，中間鋪設土工膜，下鋪碎石砂墊層，該措施在均質土壩除險加固中大量運用。垂直防滲措施主要有：混凝土防滲墻、高壓定向噴射灌漿、劈裂灌漿和充填灌漿等。其中防滲效果最好的是混凝土防滲墻和高壓定向噴射灌漿，但成本高，若非水庫的滲漏問題十分嚴重，一般很少運用到小型水庫的加固中。劈裂灌漿和充填灌漿在小型土石壩中應用較多，對于小范圍內的滲漏，充填灌漿能取得較好的效果，但充填灌漿無法形成連續的墻體，對于治理滲透系數偏大及浸潤線高的問題效果有限。而劈裂灌漿能形成連續的墻體，起到延長大壩滲徑的作用，能有效降低浸潤線高度及滲流量，但對施工要求較高[4]。

“下排”即，將壩內的滲流盡快排出，且保護壩土體產生滲流破壞。常用的措施有兩種：貼坡排水體和排水棱體。在考慮使用這兩種措施前，首先要明確貼坡排水體不能降低浸潤線高度，它只起到一個反濾層的作用，而排水棱體能反濾和能有效降低浸潤線，很多初次接觸土石壩加固的設計師分不清這兩者的相同點和不同點，常常認為這是一種措施。對于下游壩坡不穩或者浸潤線偏高的可以通過在下游布置排水棱體，降低浸潤線，提高壩坡穩定性。對于只是滲透比降大，浸潤線不高，下游壩體較為穩定時，可以布置貼坡排水。

通過“上堵下排”使土石壩形成一個完整的防滲體系，能有效改善土體壓實度不足，滲透系數偏大的問題。

2.2 ?泄水建筑加固措施

建于20世紀的土石壩溢洪道多為土渠，加固的時候進行硬化處理十分有必要，進口段布置混凝土八字翼墻和混凝土底板，能理順進入溢洪道的水流同時保護兩側的山體。若溢洪道靠近壩體，則有必要與上游壩坡的混凝土鋪蓋連成一個整體，如果下泄流量大的還可以在翼墻、底板與鋪蓋的連接處布置止水橡膠等防水措施，避免高速水流把鋪蓋下的壩體土帶走。小水庫的控制段多為開敞式溢洪道，具有結構簡單、管理簡單的優點，若溢洪道有通行要求則可以設計成箱涵型式[5]。大中型水庫或者下泄流量較大的水庫，由于泄槽的寬度大且槽深大，泄槽段多為兩側擋土墻，中間混凝土底板布置。但對于小型水庫來說，一般下泄流量小，所以槽寬和槽深較小，可以采用U型槽的型式，不僅能減少開挖量，施工也較為簡單。小型水庫的消力池大多采用底流消能，結構也較為簡單。有的水庫由于空間有限，溢洪道的排洪渠布置在壩腳，若無法改道則必須硬化排洪渠。

2.3 ?輸水建筑加固措施

輸水涵下游出水口周邊土體有水滲出，通常為輸水涵管的接觸滲漏。接觸滲漏是由于涵管壁與土體是兩種不同的材質，兩者不能完全結合，當管身周圍土體填筑質量差，未夯實，或者涵管截水環等措施未按照規范要求設置、施工，容易形成滲漏通道，出現接觸滲漏情況。接觸滲流也符合“上堵下排”的原則，“上堵”可以在上游壩坡涵管進口附近，開挖出工作面，加設截水環，并在涵管兩側進行充填灌漿；“下排”可以在管出口處布置貼坡排水，避免滲流把土體帶走。

關閉閘門后涵管出口依然有水滲出，且出水渾濁或者帶泥，通常為涵管破損。若原設計管徑大且管通直，在復核管徑縮小后仍能滿足灌溉需求，則可以選擇套管修復。若原管為鋼管則可以先考慮采用小于原管100?mm的鋼管進行套管。若原管為瓦管或者混凝土管，則可能由于土壓力發生沉降造成管線變形，需要考慮采用小于原管200?mm左右的鋼管進行套管，套管后還需對新老管間整條管線進行灌漿。若管徑太小或者管線變形嚴重則只能對原涵管進行封堵重新選址新建輸水涵。套管加固前必須對管的材質和管線情況探查清楚，否則后期發現無法施工，對工程會造成極大影響，所以作為設計人員前期一定要探查清楚。

涵管堵塞或者無法套管需選擇新建輸水涵時，若采用破壩開挖，不僅費時費力，還會破壞經過長時間沉降穩定的壩體，而頂管技術能夠以極小的創口修復大壩這些無法過多破壞的建筑（頂管施工技術的應用分析），而且對于小型水庫來說壩高普遍小，對頂管來說也較為有利。但需要注意的是，頂管對管徑大小有限制，一般是要大于800?mm的管徑，所以使用頂管技術時要留意。

3 結語

（1）壩體土體壓實度不足、土質不均及滲漏問題很普遍。溢洪道多為土溢洪道，容易造成邊坡塌落，淤積嚴重，更有直接不成槽，失去排洪能力；且一般布置在壩肩或者離壩身不遠處，未做任何防護措施。輸水涵管的問題大致可分為滲漏和堵塞。

（2）在土石壩防滲治理中有一個基本的處理原則：“上堵下排”。通過“上堵下排”使土石壩形成一個完整的防滲體系，能有效改善土體壓實度不足、滲透系數偏大的問題。

（3）土石壩溢洪道進行硬化處理十分有必要。若溢洪道靠近壩體，則有必要與上游壩坡的混凝土鋪蓋連成一個整體。小水庫的控制段多為開敞式溢洪道，若溢洪道有通行要求則可以設計成箱涵型式。泄槽段槽寬和槽深較小，可以采用U型槽的型式。水庫由于空間有限，溢洪道的排洪渠布置在壩腳，若無法改道則必須硬化排洪渠。

（4）輸水涵管接觸滲流也符合“上堵下排”的原則。若原設計管徑大且管通直，在復核管徑縮小后仍能滿足灌溉需求，則可以選擇套管修復。新建或重建輸水涵可以采用頂管技術，它能夠以極小的創口修復大壩這些無法過多破壞的建筑，而且對于小型水庫來說壩高普遍小，對頂管來說也較為有利。

（5）如今土石壩的加固技術已經十分成熟，對于常見隱患都具有針對性的治理措施，但作為設計者單單運用這些技術進行加固不足以完成一個完善的工程設計，加固設計成果不僅應具有針對性、完整性，還應包含整體性，因為水庫本身就是各個建筑物協同工作的整體，它們在結構上相互獨立，但在工作上又相互協作。只有在設計過程中引入整體思維才能讓設計不僅僅達到夠用，而是好用。

參考文獻

[1]簡從義.某水庫樞紐大壩工程除險加固設計要點[J].河南水利與南水北調，2023，52（10）：77-78.

[2]馬丹榮，梁炎.埡塘水庫除險加固設計[J].紅水河，2023，42（5）：61-65.

[3]賈明.黃溝水庫大壩除險加固設計研究[J].海河水利，2023（6）：38-40.

[4]楊啟貴，周和清，劉加龍.東方山水庫大壩管道型滲漏的應急搶險與除險加固[J].人民長江， 2022，53（3）：202-206.

[5]陳志鼎，李曉涵.基于模糊集理論的水庫除險加固多目標權衡研究[J].水電能源科學，2021，39（6）：69-72.