畢慶雙

(通河縣水務(wù)技術(shù)服務(wù)中心，黑龍江 通河 150900)

芻議小型水庫(kù)土石壩的除險(xiǎn)加固

畢慶雙

(通河縣水務(wù)技術(shù)服務(wù)中心，黑龍江 通河 150900)

水庫(kù)既是防洪工程，也是水源工程，在防御洪水、農(nóng)業(yè)灌溉和城鄉(xiāng)居民的生活用水方面具有重要作用，在我國(guó)的水利建設(shè)中占有重要的地位。然而我國(guó)大多數(shù)小型水庫(kù)都修建于20世紀(jì)50—60年代，目前，許多小型水庫(kù)都因年久失修而出現(xiàn)各種病險(xiǎn)問(wèn)題，甚至出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象，很難達(dá)到防洪的標(biāo)準(zhǔn)，給人民的生活與生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)嚴(yán)重的影響，因此針對(duì)小型水庫(kù)存在的各種問(wèn)題，找到其出現(xiàn)病險(xiǎn)的原因，采取有效的除險(xiǎn)加固措施勢(shì)在必行。

小型水庫(kù)；土石壩；除險(xiǎn)加固；現(xiàn)狀；措施

0 前 言

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，其中農(nóng)業(yè)人口在全國(guó)總?cè)丝谥兴嫉谋戎匾卜浅８?，而水利工程又是農(nóng)業(yè)發(fā)展的命脈，尤其是小型水庫(kù)在我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展中,發(fā)揮了不可替代的作用，因此做好小型水庫(kù)的整治與維修工作非常重要，尤其是針對(duì)那些已經(jīng)出現(xiàn)問(wèn)題，存在安全隱患的水庫(kù)土石壩，都要采取有效措施對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理，其中一些效果良好的土石壩防滲技術(shù)的應(yīng)用，如高壓旋噴灌漿、混凝土防滲墻、沖抓套井回填、土工膜、黏土斜墻等，在一定程度上排除了小型水庫(kù)土石壩的險(xiǎn)情。

以上技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)我國(guó)小型水庫(kù)土石壩的除險(xiǎn)加固技術(shù)在今后的發(fā)展具有一定的借鑒作用。

1 我國(guó)小型水庫(kù)土石壩的現(xiàn)狀

目前，在我國(guó)存在病險(xiǎn)的小型水庫(kù)土石壩中，有的因工程本身質(zhì)量差或工程老化失修，根本達(dá)不到有關(guān)規(guī)定的要求或防洪標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致水庫(kù)無(wú)法正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)下游人民生命財(cái)產(chǎn)的安全產(chǎn)生一定的威脅。其存在的問(wèn)題主要可以歸結(jié)為以下3個(gè)方面：

1)土壩未達(dá)標(biāo)，即壩頂偏低，背水坡比過(guò)陡或上游干砌石護(hù)坡破壞嚴(yán)重，管理維修不得當(dāng)?shù)纫蛩?，均?huì)造成小型水庫(kù)土石壩的安全存在隱患。

2)當(dāng)溢洪道無(wú)護(hù)砌及消能設(shè)施時(shí)，周時(shí)渠底高程偏低，造成水庫(kù)無(wú)法按預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)蓄水同時(shí)也無(wú)法達(dá)到預(yù)期的瀉洪目標(biāo)。

3)因部分輸水洞消力池翼墻受水流沖刷、風(fēng)化侵蝕和墻后土壓力作用及土體凍融等原因，造成漿砌石出現(xiàn)縱向裂縫，從而底板不斷的受到水流沖刷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成凍融破壞，對(duì)小型水庫(kù)的土石壩造成嚴(yán)重影響[1]。

2 小型水庫(kù)土石壩的出現(xiàn)病險(xiǎn)的原因

認(rèn)真分析小型水庫(kù)土石壩出現(xiàn)病險(xiǎn)的原因，針對(duì)其原因選擇合適的除險(xiǎn)加固方案非常重要，首先要親臨現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)水庫(kù)周邊的水保、植被情況進(jìn)行仔細(xì)的觀察與分析，全面了解工程的地質(zhì)條件及最初的設(shè)計(jì)與施工情況。從而得出水庫(kù)所存在病險(xiǎn)的真正原因。

據(jù)資料分析顯示，目前導(dǎo)致小型水庫(kù)土石壩出現(xiàn)病險(xiǎn)的原因有主要有以下4個(gè)方面：

1)壩基、壩肩的水文地質(zhì)情況差，砌石護(hù)坡質(zhì)量差，基礎(chǔ)的巖性、裂隙分布與吸水率不利于堅(jiān)固小型水庫(kù)的土石壩，或工程修建時(shí)的處理措施不得當(dāng)?shù)取?/p>

2)在大壩修建的過(guò)程中，大多數(shù)都是采用人工筑土建成，大壩填筑質(zhì)量差，造成填筑面的質(zhì)量相對(duì)較差，碾壓質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或有白蟻分布。

3)防滲體不符合相關(guān)要求，如無(wú)排水棱體或排水棱體已經(jīng)失效，或由于沖刷形成的局部塌陷和凹坑。

4)壩體斷面尺寸過(guò)于單薄部分壩坡過(guò)陡而造成的缺土嚴(yán)重，坡面雜草叢生等因素，均會(huì)對(duì)小型水庫(kù)的壩體產(chǎn)生不良影響[2]。

3 小型水庫(kù)土石壩的除險(xiǎn)加固措施

由于小型水庫(kù)土石壩在全國(guó)各地均有分布，且每個(gè)工程都有獨(dú)特的設(shè)計(jì)與施工特點(diǎn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)工程比較復(fù)雜，不同水庫(kù)采用的機(jī)具與材料也不完全相同。

因此，要具體水庫(kù)具體分析，對(duì)每一個(gè)水庫(kù)存在的病險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，確定適合小型水庫(kù)土石壩加固措施與方法，既能滿足除險(xiǎn)加固的要求，又能節(jié)約成本[3]。對(duì)于小型水庫(kù)土石壩的除險(xiǎn)加固而言，主要有以下2種方法：

3.1 對(duì)小型水庫(kù)土石壩的壩體尺寸進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，加固壩頂

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中所規(guī)定的，壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與壩頂超高之和，對(duì)小型水庫(kù)不同運(yùn)行工況下靜水位的壩頂超高核算壩頂高程[4]。

因此對(duì)所要除險(xiǎn)加固的小型水庫(kù)土石壩尺寸重新設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)工程構(gòu)造、防汛搶險(xiǎn)、交通、新農(nóng)村建設(shè)等方面的需求，在原有壩頂寬度的基礎(chǔ)上進(jìn)行加寬，比如說(shuō)當(dāng)前為3.0～4.5m，考慮需要，本次加固壩頂寬度按4.5m設(shè)計(jì)。

加固壩頂高程確定為238.5m，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加高壩頂1.04m，并在上游壩肩修建0.9m高的防浪墻，則防浪墻頂高程為238.5m。

加固壩頂之后，可有力完善水庫(kù)自身的結(jié)構(gòu)，有力提高小型水庫(kù)的防洪能力，有力保障人們的生產(chǎn)、生活有序進(jìn)行[5]。

3.2 小型水庫(kù)土石壩的迎水坡與背水坡除險(xiǎn)加固措施

在小型水庫(kù)土石壩除險(xiǎn)加固的過(guò)程中，要做到以下2點(diǎn)：

1)要根據(jù)土石壩的具體情況，對(duì)迎水坡以補(bǔ)土的方式進(jìn)行加固以達(dá)到設(shè)計(jì)坡比，補(bǔ)土之后要對(duì)其進(jìn)行翻壓，增加壩體的耐沖刷能力，使壩體進(jìn)一步堅(jiān)固[6]。

2)根據(jù)背水坡的實(shí)際情況進(jìn)行壩坡補(bǔ)土，加設(shè)壩坡防護(hù)排水，有必要的情況下設(shè)計(jì)加修排水體。當(dāng)背水坡的坡面出現(xiàn)凹凸不平，坡比達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)，要對(duì)其按照設(shè)計(jì)的坡比補(bǔ)土筑坡，并對(duì)其進(jìn)行翻壓。如果壩體坡面無(wú)排水設(shè)施，則要根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)相應(yīng)的排水體，如果壩面出現(xiàn)滑坡，且滑坡出現(xiàn)在基礎(chǔ)面以上的下游面，坡面只是局部坍滑，可采用降低水庫(kù)蓄水位并對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)滲排水，待滑坡部位穩(wěn)固之后清除松動(dòng)的土體，再用透水性強(qiáng)的土料對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，且以恢復(fù)小型水庫(kù)自身的功能，達(dá)到除險(xiǎn)加固的目的。

4 小型水庫(kù)土石壩的防滲措施

從近些年對(duì)小型水庫(kù)土石壩的安全隱患排查中，發(fā)現(xiàn)土石壩壩體與壩基滲漏是很多水庫(kù)共同存在的問(wèn)題，而沿壩軸線上游側(cè)采取防滲措施，下游壩腳采取排水設(shè)施，可有效提高壩體的抗?jié)B能力，防止土體顆粒被滲水帶走，是目前解決此類(lèi)問(wèn)題最好的方法。

實(shí)踐證明，要想徹底根治土石壩的滲漏問(wèn)題，要在壩體和壩基滲流穩(wěn)定的情況下，采用高壓噴射灌漿、劈裂灌漿、混凝土防滲墻、沖抓套井黏土回填防滲墻、土工膜、黏土斜墻等防滲等除險(xiǎn)加固措施是非常有效的[7]。

4.1 高壓噴射灌漿防滲技術(shù)

自上世紀(jì)70年代從日本引進(jìn)高壓旋噴灌漿技術(shù)后，在我國(guó)的應(yīng)用過(guò)程中不斷的發(fā)展創(chuàng)新，改為定向噴射灌漿進(jìn)行大壩防滲處理后，成功的案例很多，目前旋噴、擺噴、定噴技術(shù)在病險(xiǎn)水庫(kù)壩基防滲中應(yīng)用良好。其主要優(yōu)點(diǎn)是施工速度快，比混凝土防滲墻要快將近30倍。

盡管如此也有不少失敗的案例，因此針對(duì)不同地層條件，選擇合適的高噴技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，近年來(lái)在重慶水利工程土石壩除險(xiǎn)加中，該項(xiàng)防滲技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

本段結(jié)合某病險(xiǎn)水庫(kù)，闡明高壓灌漿防滲技術(shù)的應(yīng)用。首先要以一次灌漿量要少，重復(fù)多次灌漿的方法，通過(guò)套管按照序孔自下而上進(jìn)行分段灌注。每孔灌漿次數(shù)以5～10次為宜，兩次灌漿間隔時(shí)間最好超過(guò)5d以上。如在鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，可采用先灌漿后鉆進(jìn)的方式來(lái)處理，一定注意灌漿量及灌漿壓力要適當(dāng)。除此之外鉆孔布置也要合理。一般要安排在病險(xiǎn)處及其附近，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274—2001)，此工程壩高已經(jīng)超過(guò)20m，采用雙排布孔效果更佳，孔距最佳值為2.0～2.5m，排距為0.5～1.0m。值得注意的是灌漿材料與灌漿壓力才是整個(gè)除險(xiǎn)加固過(guò)程的核心：根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274—2001)，帷幕灌漿壓力的計(jì)算公式為：

P=P0+mD+kyh

(1)

式中：P為灌漿壓力；P0為巖基表層的允許壓力；m為灌漿段上巖層每增加1m所增加的壓力；D為灌漿段上巖層的厚度；k一般設(shè)定為1.5；y為壓重的重度；h為灌漿段以上壓重的厚度)把各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入公式得出此水庫(kù)的灌漿壓力應(yīng)為0.1～0.2MPa。

4.2 混凝土防滲墻技術(shù)

主要包括2個(gè)方面的內(nèi)容：

4.2.1 混凝土防滲墻技術(shù)的推廣和應(yīng)用

20世紀(jì)50年代初，意大利和法國(guó)即開(kāi)始使用混凝土防滲墻技術(shù)，因其可以適應(yīng)各種不同材料的壩體和復(fù)雜地基，且能徹底截?cái)鄩误w及壩基的滲透水流，受到世界各國(guó)的一致好評(píng)，都紛紛引進(jìn)并推廣，我國(guó)也不例外，引進(jìn)混凝土防滲墻技術(shù)后，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的研究，并取得飛速發(fā)展，不僅界定出使用范圍，還針對(duì)墻體材料提出了新的見(jiàn)解，從而廣泛運(yùn)用于我國(guó)存在病險(xiǎn)的小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中，效果極佳。

4.2.2 混凝土防滲墻技術(shù)的實(shí)體操作方法

具體的操作方法如下：在壩體或地基中采用鉆鑿、鋸槽、液壓開(kāi)槽機(jī)、射水及薄抓斗等方法來(lái)建造槽形孔，再用泥漿固壁，之后采用直升導(dǎo)管，向槽孔內(nèi)澆筑混凝土，形成連續(xù)的混凝土墻，以達(dá)到防滲目的。

實(shí)踐證明，此種方法具有安全可靠、適用性廣、實(shí)用性強(qiáng)、施工條件寬松等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于卵石含量高的厚地層、基巖和大塊石中效果并不理想，而在砂、砂性土、黏性土、淤泥質(zhì)土及砂礫石地層建造混凝土連續(xù)的防滲墻，造墻深度可達(dá)約20m 厚度可達(dá)30cm以上，效果非常好，在小型水庫(kù)土石壩除險(xiǎn)加固的中具有重要作用。

4.3 土工膜防滲技術(shù)

1)土工膜防滲技術(shù)以其重量輕、運(yùn)輸量小、鋪設(shè)方便、造價(jià)低且適應(yīng)壩體變形等優(yōu)點(diǎn)，在小型水庫(kù)土石壩的除險(xiǎn)加固中廣泛使用，其防滲效果非常好。

2)唯一的缺點(diǎn)就是容易受紫外線作用而發(fā)生老化，只有埋在地下的土工膜，才能免受紫外線的影響，因此規(guī)定使用范圍僅限于壩高50m以下。

根據(jù)混凝土防滲墻與土工膜防滲技術(shù)的特點(diǎn)，一些工程采用在上游壩坡的中下部，向下采用混凝土防滲墻，上部則采用土工膜斜墻，直到壩頂，兩種方法的科學(xué)合理的結(jié)合使用后，充分發(fā)揮了兩種防滲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在小型水庫(kù)土石壩除險(xiǎn)加固中防滲效果非常明顯。

4.4 沖抓套井黏土回填防滲墻與黏土斜墻防滲技術(shù)

沖抓套井黏土回填防滲墻技術(shù)因具有施工方便、造價(jià)低、工藝與機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單，工程量小、工作效率高、防滲效果好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，主要是利用沖抓式打井機(jī)具，在土石壩防滲體中造孔，再用黏性土料進(jìn)行分層回填，形成一個(gè)連續(xù)的黏土防滲墻。并對(duì)井壁土層擠壓，使井孔周?chē)馏w密實(shí)，從而達(dá)到防滲加固的目的。而在黏土含量較豐富地區(qū)，采用黏土斜墻防滲技術(shù)，對(duì)控制均質(zhì)土質(zhì)的壩體滲漏效果良好。

黏土斜墻防滲技術(shù)同樣具有施工方便，施工進(jìn)程快等優(yōu)點(diǎn)，在小型水庫(kù)的土石壩除險(xiǎn)加固中應(yīng)用較多，其缺點(diǎn)是需要黏土較多，造成運(yùn)輸量較大，制約了其發(fā)展。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)小型水庫(kù)土石壩存在的安全隱患進(jìn)行系統(tǒng)分析，根據(jù)病險(xiǎn)土石壩的實(shí)際情況與規(guī)范的要求，在眾多的除險(xiǎn)回固措施中擇優(yōu)選擇最適合的方法，或幾種方法混合使用，在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，最大限度的增加小型水庫(kù)土石壩的質(zhì)量，提高小型水庫(kù)的性能，為我國(guó)水利工程的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

[1]張宏君.對(duì)施工階段工程造價(jià)管理的思考[J].新疆農(nóng)墾經(jīng)濟(jì),2005(04):111-112.

[2]袁福勇.強(qiáng)化管理提高水利建設(shè)水平[J].甘肅農(nóng)業(yè),2005(11):148.

[3]張三友.建筑工程施工成本管理體系[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001：71-73.

[4]陳開(kāi)武,惠仕兵,宋光普.病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固問(wèn)題探討[J].四川水利,2005(03):30-32.

[5]馬海燕，陳小瓊.棺材溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2013,19(07)：19-20.

[6]陳開(kāi)武,惠仕兵,宋光普.病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固問(wèn)題探討[J].四川水利,2005(03):30-32.

[7]劉武，李曉強(qiáng).小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固處理方案與水庫(kù)利用探討[J].陜西水利,2009(01):85.

1007-7596(2014)03-0119-03

2013-12-12

畢慶雙(1987-)，男，黑龍江安達(dá)人，工程師。

TV698.23

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