梁澤文

（中山市水庫(kù)水電工程管理中心，廣東 中山 528400）

小型水庫(kù)具有防洪、抗旱、供水等多種功能。全國(guó)各地分布著眾多的小水庫(kù)，保證生產(chǎn)生活的水資源充足。然而許多小型水庫(kù)由于建成年代已經(jīng)久遠(yuǎn)，受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)水準(zhǔn)、施工工藝、施工材料的局限性，當(dāng)前許多在用小型水庫(kù)存在多樣病險(xiǎn)，水庫(kù)的安全運(yùn)行存在隱患。除險(xiǎn)加固是消除水庫(kù)隱患的有效措施，但在具體實(shí)施中要發(fā)揮技術(shù)的作用。

1 小型水庫(kù)的常見(jiàn)病險(xiǎn)分析

1.1 防洪能力不足

小型水庫(kù)的作用體現(xiàn)在2個(gè)方面：一是可以提高區(qū)域內(nèi)的水資源綜合利用效率，發(fā)揮灌溉作用服務(wù)當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活；二是具有防洪作用。許多小型水庫(kù)的建成年代較早。當(dāng)時(shí)針對(duì)水庫(kù)的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不高，例如水庫(kù)壩頂?shù)脑O(shè)計(jì)高度不能滿足蓄水的要求，可能會(huì)引發(fā)洪水漫過(guò)壩頂，有發(fā)生堤壩崩塌的隱患。 有些水庫(kù)的放水施工不夠完善，導(dǎo)致橫斷面過(guò)流能力難以保證， 溢洪道內(nèi)部大量黏土積存，水庫(kù)的放水功能不足[1]。

1.2 抗震能力差

一些地區(qū)存在不良地質(zhì)條件，需要保證小型水庫(kù)具有一定的抗震能力。許多小型水庫(kù)由于年久失修，結(jié)構(gòu)部分老化，導(dǎo)致抗震能力低下。如果發(fā)生劇烈震動(dòng)，水庫(kù)結(jié)構(gòu)會(huì)有龜裂、變形、浸水、崩塌等多種問(wèn)題發(fā)生， 給壩基的穩(wěn)固性帶來(lái)不利影響。

1.3 壩體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定

壩體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定主要表現(xiàn)為堤壩的防滑性與穩(wěn)定性下降， 堤壩的傾斜面存在變形、崩塌、滑坡等現(xiàn)象。這些問(wèn)題的發(fā)生是由于壩坡過(guò)于傾斜，而浸潤(rùn)線過(guò)高，大壩的穩(wěn)固性受到影響。一些壩體的實(shí)際承載已超過(guò)了材料的最大承載能力。

1.4 壩體發(fā)生滲漏

壩體發(fā)生泄漏是最常見(jiàn)的問(wèn)題。壩基、庫(kù)肩、庫(kù)體等部位經(jīng)常會(huì)發(fā)生漏水現(xiàn)象。 其原因是由于壩基清理不全面，壩基的巖石發(fā)生開(kāi)裂。水壩填充時(shí)采用的材料質(zhì)量不好，難以保證堅(jiān)固性、滲透性。

1.5 建筑物發(fā)生老化

由于水庫(kù)建成后使用時(shí)間較長(zhǎng)， 構(gòu)造物、管道等老化，一些機(jī)電設(shè)備也發(fā)生磨損，易導(dǎo)致崩塌、堵塞、截?cái)?、水泄漏等?wèn)題的發(fā)生， 對(duì)水庫(kù)的安全會(huì)有影響[2]。

2 小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固處理技術(shù)

2.1 技術(shù)條件分析

某水庫(kù)的最大壩高斷面如圖1所示。

圖1 主土壩計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.1.1 填土

針對(duì)壩體施工，其所用的填土土料來(lái)源于附近山體的坡積土和花崗巖發(fā)生風(fēng)化后的土層，土質(zhì)為黏土質(zhì)砂與含有低砂的黏性土。土工試驗(yàn)結(jié)果表明，填筑土料的干密度ρd的取值范圍為1.59g/cm3～1.73g/cm3，均數(shù)1.69g/cm3，質(zhì)地較為密實(shí)；標(biāo)貫試驗(yàn)成果表明，多填筑土為硬塑與中密，填土的壓實(shí)強(qiáng)度可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。結(jié)合各類土樣試驗(yàn)粒徑分布曲線，壩體的填土細(xì)粒Pc平均水平為49.2%，屬于易發(fā)生滲透的流土質(zhì)，計(jì)算臨界水力比降的公式為Jcr=（Gs-1）×（1-n），可靠系數(shù)2.0，經(jīng)計(jì)算，臨界水力比降Jcr=0.953，水力比降的計(jì)算J允許=0.476。

花崗巖體的填筑土的滲透系數(shù)確定。結(jié)合注水試驗(yàn)結(jié)果K3.75×10-3m/s（取最大限值），室內(nèi)的試驗(yàn)計(jì)算K20=1.56×10-5cm/s （取最大限值）。壩體的填土層屬于中等～弱透水性土質(zhì)。鉆孔注水試驗(yàn)多在壩體上部進(jìn)行且鉆孔多在壩項(xiàng)的一側(cè)（不在壩項(xiàng)中部），注水試驗(yàn)滲透系數(shù)可能會(huì)稍偏大，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)成果，壩體的填土屬于中等～弱透水性。

針對(duì)大壩前坡面與后坡面的保護(hù)采用了干砌石，分別并在壩前、后坡設(shè)計(jì)有馬道，避免雨水沖刷的影響，以提升坡體的穩(wěn)定性。大壩壩頂與壩坡未發(fā)現(xiàn)有裂縫。

2.1.2 壩基

根據(jù)前期資料，主壩土壩段河床沖積層厚16m～18m，上、中、下層分別為含礫-礫質(zhì)中粗砂、砂卵礫石和含泥砂卵礫石層（本層厚1.5m～3.0m，局部尖滅），滲透性強(qiáng)；右?guī)r灘地沖積層厚25m～28m；上層為砂壤土、壤土、黏土等，滲透性弱；河床和灘地沖積層下為全風(fēng)化土和強(qiáng)風(fēng)化巖。

本次針對(duì)壩體土料的力學(xué)指標(biāo)復(fù)核依據(jù)《地質(zhì)報(bào)告》中有關(guān)巖土層材料參數(shù)建議值。主壩為混凝土防滲心墻，由于沒(méi)有其防滲墻材料試驗(yàn)的滲透參數(shù)，本次復(fù)核根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。各壩段各土層物理力學(xué)指標(biāo)如表 1所示。

表1 主壩（河床段）壩體各土層物理力學(xué)參數(shù)表

2.1.3 工況的計(jì)算

復(fù)核計(jì)算通過(guò)有限元分析，依據(jù)二維平面計(jì)算滲流的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)土壩各工況進(jìn)行計(jì)算分析。荷載工況分類如下。

工況1：上游蓄水位正常、下游最低水位；工況2：上游高水位、下游高水位。

特殊組合工況如下。工況3：上游洪水位與下游最低水位；工況4：上游防洪高水位驟降至防洪起調(diào)水位（驟降所需時(shí)間按24h考慮）。

2.1.4 滲流計(jì)算結(jié)果

主壩典型斷面各相應(yīng)工況的滲流計(jì)算流網(wǎng)見(jiàn)圖2～圖5，滲流量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 滲流量計(jì)算結(jié)果匯總表

圖2 為荷載基本組合，上游蓄水位正常24m、下游最低水位9.4m； 單寬滲流量0.72（m3/d/m）。采用有限元分析對(duì)大壩進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算，以便對(duì)其安全穩(wěn)定狀況作出合理評(píng)價(jià)。

圖2 主壩滲流工況1計(jì)算流網(wǎng)圖

圖3為荷載基本組合， 上游高水位31.17m、下游高水位21.84m，單寬滲流量1.48（m3/d/m）。根據(jù)該工況，采用有限元邊坡計(jì)算可以得出此工況下的壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù)及滲流量。

圖3 主壩滲流工況2計(jì)算流網(wǎng)圖

圖4為特殊荷載組合，上游洪水位33.17m與下游最低水位25.65m； 單寬滲流量1.81（m3/d/m）。復(fù)核計(jì)算通過(guò)有限元分析，根據(jù)二維平面計(jì)算滲流的穩(wěn)定性。

圖4 主壩滲流工況3計(jì)算流網(wǎng)圖

圖5為荷載特殊組合，上游防洪高水位31.17m驟降至防洪起調(diào)水位18m（驟降所需時(shí)間按24h考慮），下游低水位25.56m驟降到18m， 單寬滲流量1.11（m3/d/m）。

圖5 主壩滲流工況4驟降過(guò)程計(jì)算浸潤(rùn)線

對(duì)滲流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，主壩的滲流分析結(jié)論如下：1）主壩塑性混凝土墻進(jìn)入弱透水層——全風(fēng)化層，各種工況下等水頭線在塑性混凝土區(qū)域集中，水頭驟減，表明大壩采用混凝土防滲墻的防滲措施（防滲墻底部插入風(fēng)化花崗巖，防滲墻頂部插入壩體，頂部達(dá)到26.0m高程，已超過(guò)水庫(kù)正常水位24.0m。）起到了良好的防滲、截滲效果。由于滲流場(chǎng)在塑性混凝土區(qū)域以下的水頭降低很低，已基本與大壩下游壩區(qū)地下水位一致[3]。2）土壩段計(jì)算單寬滲漏量均很小，說(shuō)明壩體（堤身）防滲效果不足。3）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，主土壩背水坡無(wú)出現(xiàn)牛皮漲現(xiàn)象，排水體運(yùn)行存在隱患。

2.2 小型水庫(kù)加固措施

針對(duì)老舊小型水庫(kù)，對(duì)壩面進(jìn)行處理先要對(duì)壩體的穩(wěn)定性加以綜合評(píng)價(jià)。許多壩體經(jīng)過(guò)穩(wěn)定復(fù)核，說(shuō)明難以滿足大流量時(shí)保證壩體可靠性的要求，其主要原因是壩體的排水效果不好，導(dǎo)致浸潤(rùn)線抬高；壩體碾壓后長(zhǎng)期使用后發(fā)生開(kāi)裂，壩體部位存在滲漏通道，壩體會(huì)受到滲透而破壞，壩體的穩(wěn)定性受到了影響。發(fā)生滲漏后，壩體的穩(wěn)定性會(huì)受到直接的影響。因此需要解決滲漏問(wèn)題，保證壩體的穩(wěn)定性。一些壩體的設(shè)計(jì)坡度過(guò)大，當(dāng)時(shí)使用的筑壩材料力學(xué)指標(biāo)沒(méi)有長(zhǎng)久使用要求，因此要解決滲漏問(wèn)題，就要對(duì)壩體進(jìn)行培厚處理。也可以在壩腳處增加壓重平臺(tái)。對(duì)壩體的培厚處理要考慮到工藝特點(diǎn)。特別是對(duì)新老壩體的接觸面要保證處理效果，常用的表面處理方法包括刨毛、鋪筑、碾壓。

除險(xiǎn)加固的實(shí)施中，要考慮到擴(kuò)建溢洪道的影響，還要考慮到新建隧洞的方便，不能影響到開(kāi)挖施工。高邊坡的處理要綜合分析。高邊坡的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，存在許多引發(fā)滑坡的誘因。為了有效防治滑坡災(zāi)害，該工程在加固中采用了多種體現(xiàn)出實(shí)用價(jià)值的施工方法：①抗滑樁的應(yīng)用是進(jìn)行治理滑坡的有效措施。動(dòng)面傾角如果較為緩和，抗滑樁的使用可以保證效果。②沉井作為一類有效的混凝土框架結(jié)構(gòu)，通常采用分段下沉的方式，它應(yīng)用于滑坡治理中體現(xiàn)出擋土墻的作用，應(yīng)用于滑坡的治理體現(xiàn)出實(shí)用效果。③混凝土框架可以應(yīng)用于護(hù)坡治理，具有結(jié)構(gòu)輕、節(jié)省材料、施工簡(jiǎn)單、適用范圍廣且易于方便等優(yōu)勢(shì)，可以為滑坡體的表層處理提供保證，可以控制地表水對(duì)坡體產(chǎn)生的影響，避免發(fā)生滲透，還能避免坡體的過(guò)早風(fēng)化，能保護(hù)坡體，防止坡體下滑?？蚣茏o(hù)坡可以與其他措施聯(lián)合使用。④ 滑坡的治理可以采用建立混凝土擋墻的方式。這一方法的應(yīng)用能改變坡體的受力條件，可以有效控制滑坡體發(fā)生變形。⑤加固邊坡也可以選擇預(yù)應(yīng)力錨索，這種方法也比較常用。其特點(diǎn)是不會(huì)破壞巖體，也不會(huì)影響到坡體，具有工藝簡(jiǎn)單，方法靈活等特點(diǎn)，能確保坡體的受力條件平穩(wěn)，提高了坡面巖體的抗壓強(qiáng)度。 ⑥ 對(duì)于巖性較好的病險(xiǎn)部位，施工采用錨桿和噴混凝土的方式可以有效保護(hù)坡面。在技術(shù)條件能保證的前提下，針對(duì)滑坡的防治可優(yōu)先選擇減載與壓坡。高邊坡的治理可以有多種方法。加固方式的選擇要結(jié)合病險(xiǎn)水庫(kù)的實(shí)際，科學(xué)合理的選擇，保證方案可行、投資造價(jià)較低、效果明顯[4]。

在灌漿施工前，對(duì)裂縫先要加以預(yù)處理。混凝土構(gòu)件如果存在較細(xì)（0.3mm以下）的裂縫，要保證徹底清除裂縫表面存在的灰塵、浮渣等。然后使用有機(jī)溶劑將縫隙兩側(cè)20mm～30mm內(nèi)清洗干凈，干燥后加以處理?；炷翗?gòu)件如果存在較寬的裂縫（大于0.3mm）需要沿著裂縫開(kāi)出“V”形槽，先沿裂縫挖出，然后再向兩側(cè)加以擴(kuò)展，清除碎屑、粉塵加以修補(bǔ)。

黏性土質(zhì)給工程地基的處理帶來(lái)了多方面的不利條件。該類土質(zhì)由于孔隙較大，壓縮性也比較高，如果地基處理不好會(huì)導(dǎo)致建筑物發(fā)生較大幅度的沉降，在發(fā)生沉降時(shí)還會(huì)分層，存在不均勻沉降，這會(huì)導(dǎo)致建筑物發(fā)生大面積的開(kāi)裂，可靠性難以得到保證。此外，軟土基本身的含水量就比較多，透水性較弱，抗剪強(qiáng)度比較低，地基的穩(wěn)固性會(huì)受到影響，由于抗剪強(qiáng)度減弱，也會(huì)影響到工程的質(zhì)量。該類軟土基還具有較高的靈敏度，在水利工程施工時(shí)，如果地基軟黏土還沒(méi)有發(fā)生破壞時(shí)，它自身還具有較強(qiáng)的抗剪強(qiáng)度，但是如果發(fā)生破壞，強(qiáng)度會(huì)同時(shí)下降，因此在施工中要考慮到軟土基存在的不利影響。

土壩壩體的散浸或集中滲漏較為普遍。這種隱患過(guò)去多采用在迎水面鋪筑黏土斜墻貼坡，壩后修建排水體，前堵后排。由于須放空水庫(kù)、工期長(zhǎng)、花工時(shí)多，所用黏土料也多。但這種方法多數(shù)治不好病且迎水面容易造成滑坡，而現(xiàn)在運(yùn)用壩身帷幕灌漿，劈裂式或充填式，灌注純黏土漿或摻少量的水泥，效果十分顯著。而且可以不放空庫(kù)水施工。土工薄膜防滲在土壩整治中具有防滲效果好、質(zhì)量輕、運(yùn)輸方便、施工簡(jiǎn)單、造價(jià)不高等優(yōu)點(diǎn)。只要使用得當(dāng)，在絕大多數(shù)情況下，完全可以替代傳統(tǒng)的防滲材料。特別是在土壩防滲整治中，如果施工時(shí)能放空庫(kù)水，那么選擇在土壩上游壩面鋪設(shè)土工薄膜整治壩體滲漏則是一種較好的方法。

3 結(jié)語(yǔ)

小型水庫(kù)在長(zhǎng)期使用后會(huì)有多種病險(xiǎn)。針對(duì)常見(jiàn)病險(xiǎn)，要有可靠的除險(xiǎn)加固措施，明確施工要點(diǎn)，保證方法的科學(xué)合理性，為小型水庫(kù)的可靠運(yùn)行創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。