方珍明　劉　妍

（湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院　長(zhǎng)沙市　410131）

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中小水庫(kù)涵管除險(xiǎn)加固經(jīng)驗(yàn)及要點(diǎn)分析

方珍明劉妍

（湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院長(zhǎng)沙市410131）

【摘要】文章介紹了我國(guó)中小型水庫(kù)及其常見(jiàn)輸水建筑物涵管的情況，分析涵管的現(xiàn)狀及其加固處理特點(diǎn)，總結(jié)了水庫(kù)除險(xiǎn)加固時(shí)常見(jiàn)的涵管處理方法，并提出涵管加固處理時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)方法要點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)于我國(guó)目前正在進(jìn)行的水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】中小水庫(kù)涵管除險(xiǎn)加固方法要點(diǎn)

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展建設(shè)，我國(guó)現(xiàn)有已建和在建水庫(kù)共98 002座，總庫(kù)容達(dá)到9 323.12億m3，其中：大型水庫(kù)756座，數(shù)量占比0.77%，中型水庫(kù)3 938座，數(shù)量占比4.02%，小型93 308座，數(shù)量占比95.21%［1］，可見(jiàn)我國(guó)所有水庫(kù)中以小型水庫(kù)數(shù)量為最多，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著巨大的作用。然而我國(guó)中小型水庫(kù)大都修建于20世紀(jì)50～60年代，局限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件，壩型多采用土石壩，在此前提下，由于涵管施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低、技術(shù)要求不高，所以當(dāng)時(shí)土石壩輸水建筑物普遍采用壩下涵管，甚至有些水庫(kù)連泄水建筑物也采用涵管。

根據(jù)《全國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》，全國(guó)有38 019座水庫(kù)為病險(xiǎn)水庫(kù)，其中中型水庫(kù)2 145座，?。á瘢┬退畮?kù)9 133座，?。á颍┬退畮?kù)26 453座，在我國(guó)現(xiàn)有水庫(kù)中占有較大比例［2］。大量病險(xiǎn)水庫(kù)的存在，不但影響水庫(kù)效益的發(fā)揮，而且還嚴(yán)重威脅水庫(kù)下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)及實(shí)施的安全。病險(xiǎn)水庫(kù)已成為防洪體系中最為薄弱的環(huán)節(jié)和防洪安全的最大隱患，除險(xiǎn)加固已十分必要和迫切［3］。

中小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程涉及的建筑物主要有：擋水建筑物、泄水建筑物、取水、輸水建筑物。對(duì)于擋水建筑物及泄水建筑物來(lái)說(shuō)，水庫(kù)防洪能力的除險(xiǎn)加固往往擺在工作的首要位置，因此在當(dāng)前情況下，水庫(kù)因防洪能力不足而失事正呈大幅度減少的趨勢(shì)；而對(duì)于輸水建筑物涵管的除險(xiǎn)加固卻由于其自身位于地下，難以處理，加固施工難、質(zhì)量控制難，往往成為加固處理薄弱的地方，導(dǎo)致近年來(lái)出現(xiàn)多起因涵管破壞而導(dǎo)致水庫(kù)失事的例子，如2004年1月新疆米泉縣八一水庫(kù)潰決、2010年5月湖南省安仁縣剛進(jìn)行除險(xiǎn)加固的中秋田水庫(kù)涵管突然滲水坍塌導(dǎo)致水庫(kù)潰壩、2013年2月山西洪洞縣曲亭水庫(kù)“壩體塌陷”。因此提高對(duì)涵管除險(xiǎn)加固重要性的認(rèn)識(shí)，加固處理過(guò)程中選擇正確的方法，總結(jié)過(guò)去工作的經(jīng)驗(yàn)，從中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，確保加固后涵管及水庫(kù)的安全非常必要。

1　中小型水庫(kù)涵管現(xiàn)狀險(xiǎn)情分析

我國(guó)大多數(shù)中小型水庫(kù)都修建于20世紀(jì)50～60年代，受到當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的制約影響，工程在缺規(guī)范設(shè)計(jì)圖紙和專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍的情況下，倉(cāng)促開(kāi)工，有的還是“邊設(shè)計(jì)、邊勘測(cè)、邊施工”的“三邊”工程，導(dǎo)致水庫(kù)壩下涵管先天不足。

中小型水庫(kù)涵管大多位于土石壩壩下，壩基向壩肩過(guò)渡處，涵管修建時(shí)，大多是開(kāi)挖基槽、在基槽內(nèi)采用砂漿漿砌石或三合土漿砌石砌筑涵管（部分水庫(kù)涵管采用混凝土現(xiàn)澆）、其上填土壓實(shí)修建壩體的施工方法，施工時(shí)基礎(chǔ)開(kāi)挖不到位；涵管斷面尺寸較小，且大多未設(shè)截滲環(huán)，形狀大多為矩形、小門(mén)洞形；漿砌石厚度為（20～30）cm，結(jié)構(gòu)單??；膠結(jié)材料質(zhì)量不高，耐久性差；經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，水流淘刷沖洗，涵管管身結(jié)構(gòu)老化，截滲環(huán)破裂，出現(xiàn)病害險(xiǎn)情，其中常見(jiàn)險(xiǎn)情有滲漏、裂縫（斷裂）、堵塞等。

（1）涵管滲漏。

涵管滲漏分接觸滲漏和管身滲漏兩種情況。接觸滲漏是由于涵管與土體是兩種不同的介質(zhì)，涵管外壁與壩體土接觸處存在結(jié)合面，水在滲透壓力作用下沿著結(jié)合面從上游向下游滲透而產(chǎn)生滲漏。當(dāng)管身周?chē)馏w填筑質(zhì)量差，夯壓不實(shí)，截滲環(huán)等防滲措施未設(shè)置、施工或老化損毀等，導(dǎo)致水流滲徑短，發(fā)生沿涵管外管壁的接觸滲漏，此情況涵管周邊多出現(xiàn)漏水、空隙等。

管身滲漏是由于涵管存在裂縫（斷裂）、伸縮縫止水老化損壞、砌筑砂漿或管身混凝土施工振搗不實(shí)、施工存在冷縫、涵管接頭存在缺陷等病害，有壓水流沿著這些薄弱環(huán)節(jié)滲入或流入。一般情況下，涵管內(nèi)壁漏水處有結(jié)晶物析出或銹斑出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生射流。

（2）涵管裂縫。

涵管裂縫或斷裂會(huì)產(chǎn)生漏水，引起涵管周?chē)馏w出現(xiàn)滲透破壞，涵管斷裂的可能原因有：基礎(chǔ)處理不當(dāng)，基礎(chǔ)存在不均勻沉降，從而導(dǎo)致管身裂縫（斷裂）；土壩斷面為梯形，涵管所受到的荷載是不均勻的，如設(shè)計(jì)、施工設(shè)置沉陷縫時(shí)未予以考慮，可能引起管身裂縫（斷裂）；管身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，導(dǎo)致管身裂縫、斷裂，在小型水庫(kù)輸水涵管中常見(jiàn)；無(wú)壓涵管有壓運(yùn)行，涵管設(shè)計(jì)為無(wú)壓涵管，由于管理運(yùn)用不當(dāng)，有壓運(yùn)行，造成管身斷裂破壞；涵管未設(shè)置沉降、伸縮縫，或者結(jié)構(gòu)縫間距過(guò)大，溫度應(yīng)力導(dǎo)致涵管產(chǎn)生裂縫。

（3）涵管堵塞。

涵管堵塞主要發(fā)生在斷面小、強(qiáng)度低的小型水庫(kù)輸水涵管。設(shè)計(jì)只考慮滿(mǎn)足灌溉流量要求，并未考慮管理運(yùn)行上的方便，因此，斷面尺寸一般只有（0.2～0.4）m，常被塊石、樹(shù)枝、淤泥及其它雜物堵塞，也有涵管由于結(jié)構(gòu)承載能力低而被外力壓破堵塞。小斷面涵管堵塞后，清理非常困難。

2　涵管除險(xiǎn)加固特點(diǎn)

（1）構(gòu)造復(fù)雜。

涵管埋于壩下，大多數(shù)為漿砌石或混凝土結(jié)構(gòu)，涵管上部填土，有的涵管基礎(chǔ)也是填土，填土基礎(chǔ)不均勻沉降、上部填土難以保證質(zhì)量，容易導(dǎo)致涵管出現(xiàn)不均勻沉降而斷裂破壞、土體出現(xiàn)橫向裂縫等危及大壩安全的問(wèn)題。

大部分涵管結(jié)構(gòu)尺寸小，大多數(shù)中小水庫(kù)涵管結(jié)構(gòu)尺寸均不超過(guò)50 cm，難以進(jìn)入內(nèi)部勘查，因此涵管內(nèi)部出現(xiàn)的斷裂、漏水、裂縫等情況準(zhǔn)確探明，只能依據(jù)涵管出口的漏水等情況來(lái)推測(cè)。

（2）危害性大。

涵管存在隱患其危害對(duì)于大壩是致命的，其后果可能是垮塌甚至垮壩，往往導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，如前文述及的八一水庫(kù)、中秋田水庫(kù)、曲亭水庫(kù)等，都是由于涵管存在的隱患或加固處理不當(dāng)而最終導(dǎo)致了嚴(yán)重的后果。

（3）加固工程施工復(fù)雜。

其一：由于涵管尺寸一般都較小，且埋于壩下，導(dǎo)致涵管加固施工作業(yè)面小，施工人員、機(jī)械很難進(jìn)入涵管內(nèi)部施工，給加固工作帶來(lái)隱患；其二：涵管周?chē)鶠閴误w填土，加固施工時(shí)容易對(duì)壩體土造成擾動(dòng)，影響原壩體土的穩(wěn)定，有的涵管加固方法需要對(duì)壩體土進(jìn)行開(kāi)挖回填，如此則對(duì)施工提出了更加嚴(yán)格的要求，稍有不慎，極易出現(xiàn)滲透破壞；其三：涵管受到其它除險(xiǎn)加固工作的影響，如壩體防滲、壩坡培厚等，其中尤以壩體防滲工作中沖抓回填、高噴灌漿及防滲墻這些加固施工對(duì)涵管的影響最大，這些加固施工往往需要在涵管位置進(jìn)行鉆孔，如不采取相應(yīng)措施，極易將涵管鉆穿，最終導(dǎo)致滲透破壞。

3　涵管除險(xiǎn)加固處理方法

經(jīng)過(guò)多年經(jīng)驗(yàn)積累，目前涵管除險(xiǎn)加固處理已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，常見(jiàn)的方法可以大致分為以下幾類(lèi)：

（1）加固處理法。

對(duì)于少數(shù)涵管截面尺寸較大，易于施工人員進(jìn)入涵管內(nèi)部施工，且涵管狀況較好的可以采用加固處理，加固處理的具體方法又有幾種：灌漿加固；內(nèi)襯鋼管（金屬波紋管）灌漿加固；內(nèi)襯鋼筋混凝土加固。

（2）重建或部分重建涵管法。

可以分為兩類(lèi)方法：全部挖開(kāi)重建；進(jìn)出口挖開(kāi)重建，中間段灌漿加固。

（3）另建輸水建筑物、封堵原涵管法。

可以分為三類(lèi)方法：新建虹吸管；新建隧洞；定向鉆孔新建涵管。

4　涵管除險(xiǎn)加固經(jīng)驗(yàn)及方法要點(diǎn)分析

目前，我國(guó)小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作正在進(jìn)行，大中型水庫(kù)除險(xiǎn)加固已近尾聲，完成加固的水庫(kù)已經(jīng)開(kāi)始投入運(yùn)行，發(fā)揮效益，但是也有一些水庫(kù)在加固蓄水后出現(xiàn)新的險(xiǎn)情，其中以涵管出現(xiàn)問(wèn)題居多，如山西省曲亭水庫(kù)、湖南省安仁縣中秋田水庫(kù)等，因此，總結(jié)過(guò)去水庫(kù)涵管加固過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，分析涵管加固的方法要點(diǎn)可以使今后的工作更加完善。

（1）重建涵管應(yīng)特別重視防止管身滲漏及接觸滲漏。

管身材料宜選用混凝土現(xiàn)澆或混凝土預(yù)應(yīng)力承插管，承插管接頭及混凝土現(xiàn)澆涵管分縫要做好止水，防止管身滲漏。

設(shè)置適當(dāng)數(shù)量截滲環(huán)，可有效防止涵管接觸滲漏，根據(jù)“上防下排”的原則，截滲環(huán)一般應(yīng)設(shè)置在涵管進(jìn)口段，上下游水頭差較大時(shí)可多設(shè)置幾道，為有效延長(zhǎng)滲徑、便于施工，截滲環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸不宜過(guò)小，其外輪廓一般以超出涵管結(jié)構(gòu)（0.6～1.0）m為宜，施工時(shí)，靠近截滲環(huán)部分填土應(yīng)人工填壓夯實(shí)，對(duì)這些關(guān)鍵位置的土體填筑應(yīng)特別注重質(zhì)量控制。

（2）重建涵管應(yīng)防止不均勻沉降變形及開(kāi)裂。

重建涵管時(shí)，涵管應(yīng)修建在基巖上，無(wú)條件修建在基巖上的，應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行加固處理，設(shè)置混凝土墊層。涵管每間隔（6～10）m設(shè)置一道沉降縫，以抵抗地基不均勻沉降，縫中設(shè)置止水，防止漏水，涵管縱向配筋抵抗開(kāi)裂。

（3）重建開(kāi)挖應(yīng)注意新老土之間的結(jié)合面、避免開(kāi)裂。

在以往工作中，很多壩體開(kāi)挖邊坡呈斜坡?tīng)罨蛘吲_(tái)階高度過(guò)大，這正是導(dǎo)致新老土結(jié)合面開(kāi)裂的隱患所在，因此開(kāi)挖邊坡不能開(kāi)挖成斜坡?tīng)?，?yīng)開(kāi)挖成臺(tái)階狀、臺(tái)階高度不能過(guò)大，要與壓實(shí)土?xí)r每層鋪土厚度相等，一般控制30 cm左右，臺(tái)階寬度與高度的比值按壩坡控制，見(jiàn)附圖。

附圖　分層開(kāi)挖回填示意圖

臺(tái)階狀開(kāi)挖回填可以有效增強(qiáng)新老土之間的結(jié)合，防止新老土結(jié)合面開(kāi)裂。新填土的壓實(shí)度要求盡量較原壩體土壓實(shí)度高1%～2%為宜，以減小新填土和老土的沉降差。

（4）封堵涵管應(yīng)注意的問(wèn)題。

如封堵涵管，對(duì)于斜墻壩在涵管進(jìn)口段結(jié)合壩體防滲措施設(shè)置混凝土堵頭封堵水流、出口段設(shè)置混凝土堵頭，中間段采用高流態(tài)混凝土或砂漿封堵；對(duì)于心墻壩在心墻（加固后的心墻）處垂直開(kāi)挖，截?cái)嗪?，然后用混凝土封堵，截?cái)嗨鳎M(jìn)出口段分別設(shè)置混凝土堵頭，中間段仍采用混凝土或砂漿封堵。

（5）涵管和壩體防滲的銜接要緊密不漏水。

壩體防滲在壩軸線(xiàn)位置進(jìn)行時(shí)，如沖抓回填、高噴灌漿、防滲墻等，應(yīng)確保沖抓回填、高噴灌漿、防滲墻與涵管接觸處的抗?jié)B性達(dá)到要求。采用沖抓回填防滲時(shí)，涵管周邊1m范圍內(nèi)的土采用人工開(kāi)挖，人工壓實(shí)，確保邊角部位都能壓實(shí)到位，避免漏壓；采用高噴灌漿時(shí)，涵管周邊0.5m范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)降低灌漿壓力，延長(zhǎng)灌漿的時(shí)間，以確保涵管周邊土體抗?jié)B性達(dá)到要求；采用混凝土防滲墻時(shí)，涵管周邊0.5m范圍內(nèi)開(kāi)挖時(shí)防止破壞涵管，同時(shí)應(yīng)將周邊土徹底挖除，確?；炷梁秃懿牧系木o密粘結(jié)。

壩體防滲在上游坡進(jìn)行時(shí)，如土工膜防滲、粘土斜墻防滲，應(yīng)確保涵管與土工膜、斜墻粘土的結(jié)合處抗?jié)B性達(dá)到要求。涵管與土工膜結(jié)合時(shí)，可采用膨脹螺栓和鋼板壓條將土工膜錨固在涵管上，連接部位涂刷乳化瀝青，同時(shí)土工膜在涵管四周應(yīng)預(yù)留一定的伸縮變形長(zhǎng)度，防止涵管沉降變形而拉裂土工膜；涵管與斜墻粘土結(jié)合時(shí)，應(yīng)特別注意該處粘土的壓實(shí)，壓實(shí)采用小型機(jī)械或人工壓實(shí)，防止邊角部位漏壓。

（6）重建涵管進(jìn)出口段時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

這種方法一般用于大壩高度較大，全段開(kāi)挖重建和其他方法均不適合的情況，該方法加固風(fēng)險(xiǎn)較大：一是大開(kāi)挖導(dǎo)致的新老土結(jié)合處易形成滲漏的問(wèn)題；二是新老涵管的結(jié)合處易滲漏問(wèn)題。大開(kāi)挖時(shí)土方開(kāi)挖成臺(tái)階狀，回填壓實(shí)度宜高于原壩體壓實(shí)度，以利于新老土之間的結(jié)合。

新老涵管的結(jié)合處一般通過(guò)在老涵管新老混凝土結(jié)合面上開(kāi)鑿鍵槽，使新澆混凝土通過(guò)鍵槽與原涵管咬合，達(dá)到防滲目的。

（7）避免壩體防滲加固工作對(duì)涵管的破壞。

由于水庫(kù)除險(xiǎn)涵管往往受到壩體防滲加固的干擾，如壩體防滲采用沖抓回填、高噴灌漿、防滲墻等方法時(shí)，其鉆挖孔、回填壓實(shí)、成槽及壓力灌漿均可能對(duì)涵管造成破壞，因此加固施工時(shí)需要防止這些因素對(duì)涵管的破壞。

在進(jìn)行壩體防滲加固施工之前，應(yīng)先準(zhǔn)確定位出壩下涵管的位置，以便在加固時(shí)避開(kāi)涵管，避免對(duì)涵管的破壞。采用高噴灌漿施工時(shí)，應(yīng)特別重視控制鉆孔深度，涵管頂部應(yīng)留有不少與0.3m的土體覆蓋，在涵管周邊0.5m范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)降低灌漿壓力，防止將涵管被鉆穿或被高噴壓力擊穿；采用沖抓回填施工時(shí)，涵管頂部1m范圍內(nèi)的土采用人工開(kāi)挖、2m范圍內(nèi)的土采用人工夯實(shí)，防止沖抓鉆機(jī)及夯錘的作用破壞涵管。

（8）防止加固涵管被滲透壓力擊穿破壞。

這種破壞多出現(xiàn)在重建涵管的進(jìn)出口段、加固中間段這種涵管處理方法中，進(jìn)口重建時(shí)將進(jìn)口一段壩體土挖開(kāi)，改建了進(jìn)口一段涵管后，回填土方未按要求壓實(shí)，開(kāi)挖時(shí)未按臺(tái)階狀開(kāi)挖，導(dǎo)致該部分土體透水性過(guò)大或產(chǎn)生較大的沉降裂縫，蓄水后，未重建的涵管段或新老涵管段連接處無(wú)法抵抗過(guò)大的滲透壓力而被擊穿，壓力水進(jìn)入涵管，導(dǎo)致涵管里通過(guò)有壓流而破壞，曲亭水庫(kù)正是這種情況；因此采用這種方法加固時(shí)，應(yīng)確保接頭處有較大埋深、較長(zhǎng)滲徑；開(kāi)挖進(jìn)出口時(shí)應(yīng)開(kāi)挖成臺(tái)階狀，新老土結(jié)合處壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)提高，盡量高于原壩體壓實(shí)度；對(duì)涵管質(zhì)量較差的，應(yīng)全段重建或采用其他方法，避免采用進(jìn)出口加固處理的方法。

（9）合理組織施工。

由于涵管相對(duì)來(lái)說(shuō)高程遠(yuǎn)低于溢洪道堰頂高程，因此在涵管加固時(shí)必須十分重視工期因素、密切關(guān)注降雨情況，合理安排工期，力爭(zhēng)在枯水期完成涵管的加固工作。

5　結(jié)　語(yǔ)

涵管的險(xiǎn)情危及大壩安全，涵管的加固是水庫(kù)除險(xiǎn)加固非常關(guān)鍵的一環(huán)，在涵管加固處理時(shí)必須十分重視謹(jǐn)慎處理、做到不留后患，因此在加固過(guò)程中應(yīng)防止管身滲漏及接觸滲漏、防止不均勻沉降變形及開(kāi)裂、做好新老土之間的結(jié)合、涵管和壩體防滲的銜接要緊密、避免壩體防滲加固工作對(duì)涵管的破壞、防止涵管被滲透壓力擊穿破壞、合理組織施工，確保加固后水庫(kù)的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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［3］鈕新強(qiáng).水庫(kù)病害特點(diǎn)及除險(xiǎn)加固技術(shù)［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（1）：153-157.

作者簡(jiǎn)介：方珍明（1981-），男，中級(jí)職稱(chēng)，主要從事水利水電工程教學(xué)、設(shè)計(jì)等工作。

收稿日期：（2016-01-22）