唐波華　唐丹柔

摘 要：該文針對(duì)我國(guó)土石壩數(shù)量較多且病險(xiǎn)較為突出的現(xiàn)狀，在調(diào)閱國(guó)內(nèi)典型土石壩水庫(kù)病險(xiǎn)案例的基礎(chǔ)上，對(duì)土石壩水庫(kù)的病險(xiǎn)情況進(jìn)行了分類(lèi)整理，得出水庫(kù)土石壩存在的7個(gè)方面的險(xiǎn)情，進(jìn)而結(jié)合該研究者工作實(shí)踐，基于目前國(guó)內(nèi)一些成熟的除險(xiǎn)加固方法，凝練了4個(gè)土石壩水庫(kù)除險(xiǎn)加固的技術(shù)方法，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：水庫(kù) 土石壩 除險(xiǎn) 加固 技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（c）-0045-02

1 土石壩病險(xiǎn)情況分析

土石壩是由土料、石料或者混合材料，經(jīng)過(guò)拋填、碾壓等方法堆筑而成的擋水壩，是我國(guó)現(xiàn)存的壩型中最古老的一種，其建設(shè)歷史超過(guò)了2500年。到現(xiàn)在，土石壩以其發(fā)展快、應(yīng)用廣等特點(diǎn)成為了世界壩工建設(shè)中一種重要的壩型。

土石壩大多就地取材，因此成本低、適應(yīng)性強(qiáng)，在此基礎(chǔ)上又有較好的抗震性，壽命較長(zhǎng)，所以在我國(guó)廣泛應(yīng)用。

我國(guó)水庫(kù)應(yīng)用廣泛，土石壩就地取材、造價(jià)低廉，又有較好的抗震性，使用壽命較長(zhǎng)，不拘泥于地質(zhì)條件。在我國(guó)土石壩水庫(kù)的比例大于95%。而因?yàn)樵O(shè)計(jì)不周、勘測(cè)滯后、施工超前的原因，超過(guò)三分之一的水庫(kù)土石壩已經(jīng)出現(xiàn)病險(xiǎn)，甚至導(dǎo)致潰壩。其病險(xiǎn)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1.1 水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)不滿(mǎn)足規(guī)范要求

主要表現(xiàn)為大壩壩頂高程不夠或泄水建筑物泄洪能力不足。主要原因：①隨著水文資料系列的延長(zhǎng)，設(shè)計(jì)洪水洪量、洪峰和洪水過(guò)程發(fā)生較大改變；②原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)本身偏低，不滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求；③泄水建筑物因過(guò)流斷面偏小或淤塞等原因，泄洪能力不足；④泄水建筑物存在安全隱患，不能正常泄洪；⑤因經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，泄水建筑物下游無(wú)行洪通道，無(wú)法泄洪等。

1.2 水庫(kù)大壩穩(wěn)定和強(qiáng)度不滿(mǎn)足規(guī)范要求

主要表現(xiàn)為土壩壩體滑坡。主要原因：①土石壩壩坡偏陡；②土石壩壩體填筑質(zhì)量差，壩體填料抗剪強(qiáng)度偏低，影響壩體抗滑穩(wěn)定。

1.3 水庫(kù)大壩滲漏嚴(yán)重，影響大壩安全

主要表現(xiàn)為土石壩壩體長(zhǎng)期存在滲漏、管涌、散浸、流土，甚至有的壩腳呈現(xiàn)沼澤；主要原因：①土石壩土質(zhì)防滲體滲透性不滿(mǎn)足規(guī)范要求；②土石壩下游無(wú)排水棱體或已失效；③壩下涵管管壁與壩體接觸部位由于設(shè)計(jì)或施工等原因發(fā)生沖刷；④土石壩壩基、壩肩清基不徹底，壩基基巖未采取滲控措施或防滲措施設(shè)計(jì)不合理。

1.4 泄水、輸水建筑物強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不滿(mǎn)足規(guī)范要求

主要表現(xiàn)為溢流壩閘墩結(jié)構(gòu)裂縫、變形，泄槽出現(xiàn)沖蝕破壞，下游沖刷破壞嚴(yán)重，輸水隧洞襯砌出現(xiàn)裂縫、沖蝕、漏水，涵管出現(xiàn)漏水、裂縫甚至斷裂。主要原因：①溢流壩閘墩結(jié)構(gòu)單薄，混凝土強(qiáng)度低；泄槽未襯砌或襯砌質(zhì)量差；泄槽底板基礎(chǔ)變形，混凝土產(chǎn)生裂縫甚至坍陷；消能工未完建或無(wú)行洪通道。②輸水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量差，強(qiáng)度低或設(shè)計(jì)不完善。③涵管基礎(chǔ)差，不均勻變形嚴(yán)重，涵管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低等。

1.5 抗震標(biāo)準(zhǔn)不夠

主要表現(xiàn)為大壩等建筑物抗震安全性低，安全系數(shù)不滿(mǎn)足規(guī)范要求。遭遇地震時(shí)，壩體出現(xiàn)裂縫、沉陷、變形和滑塌，土石壩中細(xì)砂或黏性土存在液化可能，降低壩坡抗滑穩(wěn)定性。主要原因：①在水庫(kù)大壩建設(shè)時(shí)期，對(duì)地震設(shè)防認(rèn)識(shí)不足或根本沒(méi)有考慮地震設(shè)防安全措施；②地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)低，不滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求，遇地震易產(chǎn)生縱、橫向裂縫或震陷。

1.6 閘門(mén)、啟閉機(jī)設(shè)備老化，銹蝕嚴(yán)重

主要表現(xiàn)為部分閘門(mén)高度不滿(mǎn)足擋水要求，閘門(mén)變形，啟閉機(jī)不能正常啟閉。主要原因：①部分水庫(kù)在建壩時(shí)，水文資料缺乏或變化，現(xiàn)復(fù)核閘門(mén)高度不滿(mǎn)足要求，或水庫(kù)調(diào)度的改變，造成閘門(mén)高度不夠；②閘門(mén)因長(zhǎng)期運(yùn)行老化，銹損嚴(yán)重，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面積減小，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性降低，承載力下降，構(gòu)件產(chǎn)生變形；③啟閉設(shè)備老化，啟閉力不足，閘門(mén)的行車(chē)輪、導(dǎo)向輪銹死或不靈活，影響閘門(mén)正常啟閉。

1.7 管理與監(jiān)測(cè)設(shè)施陳舊落后或不完善

主要表現(xiàn)為：①水庫(kù)缺少防洪和興利調(diào)度運(yùn)用規(guī)程或未按審批的防洪和興利調(diào)度運(yùn)用規(guī)程進(jìn)行水庫(kù)調(diào)度；②管理制度不完善；③水庫(kù)的水文測(cè)報(bào)、大壩觀測(cè)系統(tǒng)不完善，或監(jiān)測(cè)設(shè)施陳舊、失效、損壞嚴(yán)重，甚至沒(méi)有水文測(cè)報(bào)及觀測(cè)設(shè)施；④運(yùn)行管理人員素質(zhì)差，責(zé)任心不強(qiáng)，管理監(jiān)測(cè)手段落后。

2 病險(xiǎn)土石壩水庫(kù)除險(xiǎn)加固技術(shù)概述

2.1 提高防洪標(biāo)準(zhǔn)的加固技術(shù)

提高水庫(kù)土石壩防洪標(biāo)準(zhǔn)的加固措施主要有兩種：①加設(shè)防浪墻。在無(wú)防浪墻的大壩壩頂上游加設(shè)防浪墻，防浪墻高度一般為 1.0～1.2 m。②加高大壩壩體。加高分為3種方式：a.在原大壩下游培厚并加高壩頂。這種方式不影響水庫(kù)蓄水，也不受水庫(kù)蓄水限制。丹江口水利樞紐工程左岸土石壩加高就是采用下游培厚加高的方式。 b.在原大壩上游面培厚大壩并加高壩頂。這種方式適用于大壩上游壩坡抗滑穩(wěn)定不滿(mǎn)足規(guī)范要求或下游壩坡地形、地物不容許培厚加高的條件。在水庫(kù)大壩上游坡培厚加高需降低庫(kù)水位或放空水庫(kù)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)研究合適的施工期控制庫(kù)水位方式。c.戴帽加高。在土石壩壩體加高高度相對(duì)不大且原壩體的填筑質(zhì)量較好、壩坡抗滑穩(wěn)定有一定安全裕度時(shí)，可采用在壩頂戴帽加固的方式。

2.2 防滲加固技術(shù)

土石壩防滲加固措施可分為水平防滲和垂直防滲兩大類(lèi)，原則是上堵下排，使其滲透坡降不超過(guò)允許坡降，保持土體的滲透穩(wěn)定。

①混凝土防滲墻。混凝土防滲墻加固土石壩，主要是采用鉆鑿、抓斗等方法在壩體或地基中建造槽形孔后，澆筑成連續(xù)的混凝土墻，達(dá)到防滲的目的?；炷练罎B墻適用性廣，實(shí)用性強(qiáng)，施工條件要求較寬，耐久性好，防滲可靠性高，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于我國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)土石壩防滲加固中，如江西軍民水庫(kù)、濱田水庫(kù)，湖北陸水水庫(kù)、青山水庫(kù)，安徽盧村水庫(kù)、釣魚(yú)臺(tái)水庫(kù)等，均采用混凝土防滲墻防滲加固，取得很好的防滲效果。

②高壓噴射灌漿。高壓噴射灌漿適用于淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉土、砂土、礫石、卵（碎）石等松散透水地基或填筑體內(nèi)的防滲工程，具有可灌性好、可控性好、適應(yīng)性廣、設(shè)備簡(jiǎn)單及對(duì)施工場(chǎng)地要求不高等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)病險(xiǎn)土石壩防滲加固采用此法的工程較多，如廣西客蘭水庫(kù)、布見(jiàn)水庫(kù)、三利水庫(kù)等。但應(yīng)注意的是，高壓噴射灌漿防滲效果受地層條件、施工工藝及技術(shù)參數(shù)等影響較大，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)高噴試驗(yàn)確定其施工技術(shù)參數(shù)，對(duì)施工隊(duì)伍的經(jīng)驗(yàn)要求較高，含有較多漂石或塊石的地層應(yīng)慎重使用。

③劈裂灌漿。壩體劈裂灌漿是在土壩沿壩軸線(xiàn)布置豎向鉆孔，采取一定壓力灌漿將壩體沿壩軸線(xiàn)方向（小主應(yīng)力面）劈開(kāi)，灌注適宜的壓力泥漿形成豎直連續(xù)的漿體防滲泥墻，從而達(dá)到防滲加固的目的。該加固方法技術(shù)機(jī)理明確，施工簡(jiǎn)便，工效高，費(fèi)用低，目前已應(yīng)用于部分省市病險(xiǎn)水庫(kù)土壩和險(xiǎn)堤工程。但一般只適用于壩高 50m 以下的均質(zhì)壩和寬心墻壩，且要求在低水位下進(jìn)行施工；灌漿壓力不易控制，灌漿過(guò)程中壩體易出現(xiàn)失穩(wěn)、滑坡；灌入壩體中的泥漿固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，耐久性較差；對(duì)施工隊(duì)伍的經(jīng)驗(yàn)要求較高。

④土工膜。土工膜是一種由高聚合物制成的透水性極小的土工合成材料，具有很好的防滲性、彈性和適應(yīng)變形的能力，能承受不同施工條件下的工作應(yīng)力，廣泛應(yīng)用于水庫(kù)大壩和堤防的防滲工程中。我國(guó)先后在云南省李家菁水庫(kù)和福建省犁壁橋水庫(kù)土壩采用土工膜進(jìn)行防滲加固，取得了良好的防滲效果。

⑤其他防滲方式。沖抓套井回填黏土防滲墻是利用沖抓式打井機(jī)具，在土壩或堤防滲漏范圍中造孔，用黏性土料分層回填夯實(shí)，形成連續(xù)的黏土防滲墻，截?cái)酀B流通道。該法具有機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、工藝易掌握、工程量小、工效高、造價(jià)低、防滲效果較好等優(yōu)點(diǎn)，中小型水庫(kù)土壩使用較多；缺點(diǎn)是造孔深一般不超過(guò)25m，否則易發(fā)生偏斜，對(duì)處理壩基滲漏和地下水水位以下部位較難，雨季不適宜施工；倒掛井防滲墻即在土石壩防滲體中用人工開(kāi)挖井孔，在井口澆筑鎖口梁后由上向下逐段開(kāi)挖，逐段澆筑鋼筋混凝土襯砌，開(kāi)挖到位后回填混凝土或黏性土，該方法具有施工安全度高、工程量小、相應(yīng)設(shè)備易制作等優(yōu)點(diǎn)，但處理深度一般不超過(guò)20 m。目前，采用倒掛井防滲墻主要用于壩體局部防滲處理，尤其適用于土石壩壩體內(nèi)輸水涵管部位的防滲處理。陜西石頭河水庫(kù)土石壩、丹江口水庫(kù)左岸土石壩加固均成功采用倒掛井防滲墻施工，防滲效果良好。

2.3 壩坡穩(wěn)定加固

土石壩壩坡穩(wěn)定加固處理原則是設(shè)法減少滑動(dòng)力與增加抗滑力，加固處理措施可概括為“上部減載，下部壓重”。土石壩壩坡加固一般采取以下措施：①削坡放緩，壩體局部壩坡抗滑穩(wěn)定不滿(mǎn)足要求，且壩頂較寬，可適當(dāng)削坡放緩壩坡。②培坡放緩：壩坡較陡引起壩體失穩(wěn)的，可采取培厚放緩壩坡以滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。③增設(shè)防滲、排水設(shè)施。④置換筑壩材料，壩體填筑材料性能較差，局部穩(wěn)定不滿(mǎn)足要求時(shí)，可挖除原壩坡筑壩材料，換填性能較好、透水性大的材料，從而提高穩(wěn)定性。⑤加密壩體，對(duì)于壩體填筑密實(shí)度較差的砂性土壩，壩坡穩(wěn)定不滿(mǎn)足要求時(shí)，可采用振沖或擠密砂樁等方法提高壩坡填筑材料的密實(shí)度，從而增大填筑材料的強(qiáng)度，使壩坡穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。

2.4 抗震加固

砂基或采用砂土填筑的土石壩，在地震作用下可能產(chǎn)生液化破壞或抗震安全度不夠，對(duì)其抗震加固可采取置換、人工加密、拋石壓重以及設(shè)置排水減壓井等方法。置換是將液化區(qū)砂土挖除，填筑塊石石渣等抗液化性能好的材料；人工加密可采取振沖、強(qiáng)夯等措施提高砂土的密實(shí)度，使砂土達(dá)到抗液化的能力；拋石壓重是在砂土表面加壓，提高砂土的有效應(yīng)力，從而使其能夠抵抗地震液化；排水減壓井是在砂層內(nèi)設(shè)置礫石或碎石井，消散地震荷載產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力。

2.5 護(hù)坡加固改造

護(hù)坡是土石壩壩體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，由于長(zhǎng)期受風(fēng)浪、水浸、凍融、壩體變形等影響，容易發(fā)生破壞。護(hù)坡加固時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及損壞情況采取局部翻砌維修、細(xì)石混凝土或砂漿灌注加固、拆除重建等工程措施。上游護(hù)坡可采用塊石護(hù)坡、現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡及預(yù)制混凝土塊護(hù)坡；下游護(hù)坡可采用草皮護(hù)坡、格構(gòu)草皮護(hù)坡、塊石護(hù)坡、現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡及預(yù)制混凝土塊護(hù)坡等。對(duì)于具有旅游、生態(tài)功能的水庫(kù)，加固時(shí)上下游壩坡應(yīng)選用具有美化、生態(tài)功能的護(hù)坡形式。

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