開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2401-5042-5234

作者簡(jiǎn)介：岑奕興（1993—），男，碩士，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。

摘 ?要：廣東省內(nèi)某縣的小型水庫大多建設(shè)在20世紀(jì)的50、60年代，以均質(zhì)土壩為主。這些水庫建設(shè)時(shí)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(jīng)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(jié)合現(xiàn)今的加固技術(shù)，從擋水建筑、泄水建筑及輸水建筑三個(gè)方面分別敘述、討論針對(duì)常見問題適用的加固措施，為今后類似的小型水庫加固設(shè)計(jì)項(xiàng)目提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：小型水庫 ??除險(xiǎn)加固 ??常見隱患 ??治理對(duì)策

中圖分類號(hào)：TV6

廣東省內(nèi)某縣的小型水庫建設(shè)于20世紀(jì)的50、60年代，均為均質(zhì)土壩。這些小型水庫構(gòu)成完善的灌溉網(wǎng)絡(luò)，為縣內(nèi)的農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。但由于水庫建設(shè)時(shí)期較早，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，施工過程中質(zhì)量控制不嚴(yán)，大多存在土壩漏水、輸水涵管老化破漏和土溢洪道經(jīng)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(xiǎn)加固，然而早期的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)還不夠完善和經(jīng)濟(jì)條件差等原因，多數(shù)水庫問題未得到有效治理，問題依然存在，或者治理后短時(shí)間內(nèi)再次出現(xiàn)險(xiǎn)情[1]。隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，有了足夠的技術(shù)基礎(chǔ)和雄厚的經(jīng)濟(jì)支持，協(xié)助設(shè)計(jì)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(jié)合現(xiàn)今的加固技術(shù)，討論針對(duì)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(gè)方面分別敘述，為今后類似的小型水庫加固設(shè)計(jì)項(xiàng)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(zhì)土壩大多建設(shè)在20世紀(jì)50、60年代，受限于當(dāng)時(shí)的機(jī)械水平、檢測(cè)水平等，大壩土體質(zhì)量較差。本文根據(jù)收集某縣的14個(gè)水庫的均質(zhì)土壩勘察資料，對(duì)這些水庫的土石壩填土滲透系數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。壩填土的滲透系數(shù)高于規(guī)范要求的1×10-4??m3/s，達(dá)到中等透水性，部分水庫出現(xiàn)滲漏問題，對(duì)下游壩坡的穩(wěn)定造成不利影響。年代較為久遠(yuǎn)的均質(zhì)土壩，滲漏問題普遍，是設(shè)計(jì)師前往現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yán)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(yuǎn)處，進(jìn)口段未進(jìn)行有效的護(hù)砌，泄洪時(shí)一旦發(fā)生沖蝕現(xiàn)象，將危及壩肩安全；即使沒有發(fā)生沖蝕，常年的水流沖刷，也會(huì)損害壩肩、壩體結(jié)構(gòu)。有些水庫的陡槽末端和排洪渠就設(shè)置在壩腳，易危及壩腳安全[3]。這幾種情況均對(duì)大壩的安全十分不利，為水庫的穩(wěn)定運(yùn)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(jīng)過多年的運(yùn)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(xiàn)為下游出水口周邊土體有水滲出；或者關(guān)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(huì)發(fā)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(nóng)田的灌溉，由于小型水庫的洪水標(biāo)準(zhǔn)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(duì)策

2.1 ?擋水建筑加固措施

對(duì)于存在滲漏問題的土石壩防滲治理中有一個(gè)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(shè)土工膜，下鋪碎石砂墊層，該措施在均質(zhì)土壩除險(xiǎn)加固中大量運(yùn)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(yán)重，一般很少運(yùn)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(yīng)用較多，對(duì)于小范圍內(nèi)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(xù)的墻體，對(duì)于治理滲透系數(shù)偏大及浸潤線高的問題效果有限。而劈裂灌漿能形成連續(xù)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(duì)施工要求較高[4]。

“下排”即，將壩內(nèi)的滲流盡快排出，且保護(hù)壩土體產(chǎn)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(gè)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(shè)計(jì)師分不清這兩者的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，常常認(rèn)為這是一種措施。對(duì)于下游壩坡不穩(wěn)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(wěn)定性。對(duì)于只是滲透比降大，浸潤線不高，下游壩體較為穩(wěn)定時(shí)，可以布置貼坡排水。

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

2.2 ?泄水建筑加固措施

建于20世紀(jì)的土石壩溢洪道多為土渠，加固的時(shí)候進(jìn)行硬化處理十分有必要，進(jìn)口段布置混凝土八字翼墻和混凝土底板，能理順進(jìn)入溢洪道的水流同時(shí)保護(hù)兩側(cè)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(gè)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、管理簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，若溢洪道有通行要求則可以設(shè)計(jì)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(cè)擋土墻，中間混凝土底板布置。但對(duì)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(jiǎn)單。小型水庫的消力池大多采用底流消能，結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)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(zhì)，兩者不能完全結(jié)合，當(dāng)管身周圍土體填筑質(zhì)量差，未夯實(shí)，或者涵管截水環(huán)等措施未按照規(guī)范要求設(shè)置、施工，容易形成滲漏通道，出現(xiàn)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(jìn)口附近，開挖出工作面，加設(shè)截水環(huán)，并在涵管兩側(cè)進(jìn)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(guān)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(shè)計(jì)管徑大且管通直，在復(fù)核管徑縮小后仍能滿足灌溉需求，則可以選擇套管修復(fù)。若原管為鋼管則可以先考慮采用小于原管100?mm的鋼管進(jìn)行套管。若原管為瓦管或者混凝土管，則可能由于土壓力發(fā)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(jìn)行套管，套管后還需對(duì)新老管間整條管線進(jìn)行灌漿。若管徑太小或者管線變形嚴(yán)重則只能對(duì)原涵管進(jìn)行封堵重新選址新建輸水涵。套管加固前必須對(duì)管的材質(zhì)和管線情況探查清楚，否則后期發(fā)現(xiàn)無法施工，對(duì)工程會(huì)造成極大影響，所以作為設(shè)計(jì)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(shí)，若采用破壩開挖，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還會(huì)破壞經(jīng)過長時(shí)間沉降穩(wěn)定的壩體，而頂管技術(shù)能夠以極小的創(chuàng)口修復(fù)大壩這些無法過多破壞的建筑（頂管施工技術(shù)的應(yīng)用分析），而且對(duì)于小型水庫來說壩高普遍小，對(duì)頂管來說也較為有利。但需要注意的是，頂管對(duì)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(shù)時(shí)要留意。

3 結(jié)語

（1）壩體土體壓實(shí)度不足、土質(zhì)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(yán)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(yuǎn)處，未做任何防護(hù)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(gè)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(gè)完整的防滲體系，能有效改善土體壓實(shí)度不足、滲透系數(shù)偏大的問題。

（3）土石壩溢洪道進(jìn)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(gè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)管徑大且管通直，在復(fù)核管徑縮小后仍能滿足灌溉需求，則可以選擇套管修復(fù)。新建或重建輸水涵可以采用頂管技術(shù)，它能夠以極小的創(chuàng)口修復(fù)大壩這些無法過多破壞的建筑，而且對(duì)于小型水庫來說壩高普遍小，對(duì)頂管來說也較為有利。

（5）如今土石壩的加固技術(shù)已經(jīng)十分成熟，對(duì)于常見隱患都具有針對(duì)性的治理措施，但作為設(shè)計(jì)者單單運(yùn)用這些技術(shù)進(jìn)行加固不足以完成一個(gè)完善的工程設(shè)計(jì)，加固設(shè)計(jì)成果不僅應(yīng)具有針對(duì)性、完整性，還應(yīng)包含整體性，因?yàn)樗畮毂旧砭褪歉鱾€(gè)建筑物協(xié)同工作的整體，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，但在工作上又相互協(xié)作。只有在設(shè)計(jì)過程中引入整體思維才能讓設(shè)計(jì)不僅僅達(dá)到夠用，而是好用。

參考文獻(xiàn)

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