安徽省中小型水库存在的问题及除险加固对策探讨

黄林霞 黄灵敏

一、引言

新中国成立以来，安徽省十分重视防洪、蓄水工程建设，利用山区、丘陵有利的地形、地质和水资源条件，兴建了近4800座各类中小型水库。总库容27.0亿m3，兴利库容15.3亿m3。

中小型水库为数众多，坝型多样，但大多为就地取材而建的土石坝。这些水库在防洪、灌溉、供水、发电、养殖等方面发挥了显著效益，为抗御水旱灾害、改善农业生产条件、促进农业增产、农民增收、发展区域经济、改善生态环境、保障社会稳定作出了重大贡献。然而由于各种原因，许多水库都不同程度存在一些病险问题，特别是上世纪六七十年代民工投劳建成的水库问题更为突出，成为安徽省水库除险加固工作的重点对象。

二、水库存在的问题

1.工程原规划设计先天不足

安徽省现有的中小型水库大多在“大跃进”时期开工建设，没有严格而又完整的设计报告和图纸。防洪标准不明确，水库调洪演算成果欠缺，调度运用方式单一；大坝及其他建筑物未能按有关设计规范进行详细设计，甚至一些大坝的坝顶高程和宽度、坡面的坡比等基本参数都达不到现行规范的最低要求。经过几十年的运行，很多水库都暴露出了因原规划设计先天不足而引起的安全隐患问题。

2.土石坝施工质量缺乏控制

安徽省很多水库土石坝都是采用人工挑抬土方填筑而成，施工期间为追求施工进度，坝体填筑时填土分层厚度较大，碾压夯实过于简单，填筑质量靠人工目测控制。另据调查，一些大坝施工时，每一个生产队填筑一个坝段，在相邻的施工坝段接头处基本不夯实，接头处理不好，造成水库运行一段时间后坝顶高程高低不平。上述诸多施工质量问题也是大坝产生渗漏的主要原因，甚至有的大坝内外边坡抗滑稳定性经安全复核都不能满足现行规范要求。

3.坝基地质条件复杂，防渗处理不到位，大坝渗漏严重

大坝填筑土料的密实度未达到设计要求，坝体在高水位运行时，坝坡及坝顶多次发生凹陷、裂缝。坝身填筑时，未进行清基，甚至连原地面草皮及淤泥都没有清除，更未做任何防渗处理。坝身填筑土料土体中含有碎石、植物根茎等杂质，孔隙比较大，级配不合理，结构松散，背水坡坡身及坝脚有多处散浸、渗漏。

大坝两端与岸坡接触面未作处理，导致坝肩绕渗现象普遍；一些水库大坝存在严重蚁害，威胁大坝的防渗安全；大坝下游无反滤排水设施，坝脚局部产生坍塌和存在陡坎。

4.大坝迎水面护砌不完善，浪坎普遍

很多水库大坝上游坡未护砌，风浪淘刷破坏严重，局部已护砌坝段混凝土护坡板或砌石变形、破损严重，有的在坝脚设置浆砌石挡浪墙，因其砂浆强度偏低，墙体抗滑稳定不满足规范要求，外倾变形严重，甚至出现塌陷、坝坡脱落、混凝土护坡塌陷断裂、挡浪墙后淘空、墙体发生裂缝倒塌等现象。随着大坝迎水坡面损坏急剧增加，大坝坡面浪坎到处可见，影响坝坡安全稳定。

5.建筑物施工质量差，影响工程效益发挥

安徽省中小型土石坝水库大部分建有泄洪涵、放水涵和溢洪道等建筑物。

泄洪涵和放水涵多为浆砌石圬工结构，结构老化、破损，涵身多处出现裂缝，渗漏严重；出口消能部分冲刷淘空；无启闭房，闸门、启闭设备锈蚀严重，不能正常安全运用。

溢洪道底板及侧墙也多为圬工结构，底板多被水流淘空，形成多处冲坑；底板下无任何防渗设施，存在明显水流的通道；下游消能防冲设施破坏严重；有的水库溢洪道下游回水淘刷附近大坝背水侧坝脚，影响水库安全泄洪。

6.管理设施落后

进库道路质量较差，影响防汛抢险物资的及时调入，影响防汛抢险；缺少必要的安全监测设施及水情观测设施；管理设施陈旧、落后。

三、常规加固处理措施

1.洪水标准复核

根据水库所在河流的基本情况、功能、集水面积、灌溉面积、水文气象资料，根据《防洪标准》（GB50201-94）确定水库洪水设计标准和校核标准、水库工程等别、各水工建筑物级别等。

安徽省很多中小型土石坝水库无整编水位和雨量观测资料，所在流域的上游地区无完整连续的实测流量资料，因此，水库设计洪水复核一般采用《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》，同时参考经审批的附近流域相关水库工程设计洪水成果进行综合分析，推算水库的各项特征水位、库容、流量等，同时提出水库的调度运用方式。

2.坝顶高程复核

按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，坝顶高程分别按以下三种情况进行计算，取其最大值。

（1）设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高。

（2）校核洪水位加正常运用情况的坝顶超高。

（3）正常蓄水位加非常运用情况的坝顶超高加地震涌浪高（当地震设防烈度超过7度时）。

坝顶在水库静水位以上的超高由三部分组成，即波浪爬高、风雍水面高度和安全加高。

计算得出的最小坝顶高程与现状坝顶高程进行比较，若前者较大，则大坝需要加高，否则维持现状坝顶高程。

3.大坝防渗加固设计

（1）渗透破坏类型判别和临界坡降的计算。根据在坝基、坝身中取土进行的土工试验成果，利用规范推荐的方法，对坝身填土和坝基土的渗透变形类型及渗透破坏可能性进行判别。按照《水利水电工程地质勘探规范化》（GB50287-99）附录M《土的渗透变形判别方法》来判断是流土破坏还是管涌破坏。

（2）渗流稳定计算分析。大坝渗流计算主要内容为：确定坝体浸润线有其出逸点位置，绘制坝体及坝基的流网图；确定坝体及坝基的渗流量；确定坝体及坝基的渗透坡降和出逸坡降，并判断其渗透稳定性。

（3）防渗处理方案的选择。大坝坝身垂直防渗形式很多，目前省内常用的有塑性混凝土防渗墙、高压定喷防渗墙、粘土劈裂灌浆防渗墙和多头小直径深层搅拌桩防渗墙等。塑性混凝土防渗墙技术比较成熟，建造的墙体厚度和质量均满足设计要求，但工程投资较大。高压定喷防渗造墙墙体较薄，工程量较省，但钻孔易发生偏斜而造成搭接厚度不足，接头防渗质量可靠性较差。粘土劈裂灌浆防渗墙工程投资较小，但对坝体可能造成损伤。在实际工作中，安徽省中小型土石坝通常采用以下两种坝体防渗加固措施：

多头小直径深层搅拌桩截渗墙：该技术是运用特制的多头小直径深层搅拌桩机，把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙，用水泥土墙作为防渗墙达到截渗的目的。

冲抓套井回填粘土：沿大坝坝轴线布置粘土井柱防渗墙，采用单排孔造墙，冲抓孔孔径1.2m，孔距0.8m，有效厚度0.893m，造孔底高程深入不透水层下1.0m左右。

（4）加固后渗流稳定复核。为了便于比较，采用与加固前对应的典型断面进行渗流稳定计算，从计算结果可看出，通过防渗加固处理后，典型断面的渗透坡降及坝脚出逸坡降较加固前明显减小（且要小于规范容许值），出逸点高程也明显降低。

4.大坝结构加固设计

（1）大坝现状抗滑稳定分析。水库坝坡稳定复核分为稳定渗流期和水库水位降落期两种工况，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），水库大坝抗滑稳定分析包括如下内容：

①大坝稳定渗流期的上、下游坡，库水位分别为校核洪水位、设计洪水位、设计蓄水位，下游分为有水和无水两种状况；

②大坝水库水位降落期的上游坡，其中第一种为校核洪水位降至死水位与蓄水位间的1/3处，第二种为设计蓄水位降至死水位；下游分为有水和无水两种状况。

根据大坝结构稳定的计算结果，若大坝上、下游坡几种工况下抗滑稳定安全系数均满足要求，则大坝边坡无需处理，否则要进行放缓边坡或加培处理。坝坡加培时必须清基，铲除表面杂物。现场查勘发现，清基面应修成缓坡状，再填筑粉质粘土、重粉质壤土（或中粉质壤土），分层碾压夯实，严格控制含水量，坝身压实度不低于规范要求。

（2）坝坡抗震安全复核。当地震基本烈度定Ⅶ度，根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）规定，大坝除险加固应考虑地震影响。

大坝抗震稳定计算主要对正常运用条件下地震时上、下游坝坡的抗滑稳定性。采用《水工建筑物抗震设计规范》（SL203—97）附录 A《土石坝拟静力法抗震稳定计算方法》，确定坝坡抗震稳定的作用效应和抗力的代表值，坝身和坝基土层抗剪强度原则应取动力试验指标。

根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）附录 N，还要分析地震作用下饱和无粘性土和少粘性土存在液化破坏的可能。

（3）坝坡护坡加固处理。常见的护坡类型有草皮、干砌块石、浆砌块石、混凝土等。

草皮护坡造价低廉，但易受人畜破坏，且抗冲刷能力差，大坝背水侧无水流冲刷之忧，适合种植草皮护坡。干砌块石护坡造价较低，并且能很好地适应地基变形，但容易遭到破坏；浆砌块石造价相对较高，但抵抗波浪冲击的能力强。混凝土护坡整体性好，且能机械化施工，缩短工期，其造价与干砌石相近，但对堤坡变形适应能力差，考虑到现有堤防已经过几十年的固结沉降，堤身变形小，不致造成破坏。随着科技进步，近几年很多大坝采用生态混凝土护坡型式。

（4）拆除重建放水和泄洪建筑物。安徽省大部分中小型土石坝水库的放水涵、泄洪涵及溢洪道都为浆砌石圬工结构，整体结构性差，勾缝及砌筑砂浆脱落、空洞、渗漏。边墙侧填土不密实，引起周边大坝渗漏，影响水库大坝及泄洪涵本身安全。在大坝加固过程中，对这些水工建筑物进行拆除重建，重建原则为在原址按原规模做成钢筋混凝土结构。

（5）完善管理和观测设施。在大坝加固过程中，按照《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定，改建或重建管理房、进出水库管理所的防汛道路和坝顶道路。设置一定数量的沉降标点、测压管和水位标尺等。

四、结语

安徽省大部分中小型土石坝水库都是以灌溉为主，兼有防洪和水产养殖等综合效益的水库，坝体结构型式和存在的问题大同小异。认真分析存在问题的原因，提出科学合理的除险加固措施，可以为各中小型水库加固后能正常的安全运行提供一定的技术支撑，确保水库发挥应有的综合效益■