刍议小型水库土石坝的除险加固

毕庆双

(通河县水务技术服务中心，黑龙江 通河 150900)

刍议小型水库土石坝的除险加固

毕庆双

(通河县水务技术服务中心，黑龙江 通河 150900)

水库既是防洪工程，也是水源工程，在防御洪水、农业灌溉和城乡居民的生活用水方面具有重要作用，在我国的水利建设中占有重要的地位。然而我国大多数小型水库都修建于20世纪50—60年代，目前，许多小型水库都因年久失修而出现各种病险问题，甚至出现渗漏的现象，很难达到防洪的标准，给人民的生活与生产活动带来严重的影响，因此针对小型水库存在的各种问题，找到其出现病险的原因，采取有效的除险加固措施势在必行。

小型水库；土石坝；除险加固；现状；措施

0 前 言

我国是一个农业大国，其中农业人口在全国总人口中所占的比重也非常高，而水利工程又是农业发展的命脉，尤其是小型水库在我国的农业生产和发展中,发挥了不可替代的作用，因此做好小型水库的整治与维修工作非常重要，尤其是针对那些已经出现问题，存在安全隐患的水库土石坝，都要采取有效措施对其进行除险加固处理，其中一些效果良好的土石坝防渗技术的应用，如高压旋喷灌浆、混凝土防渗墙、冲抓套井回填、土工膜、黏土斜墙等，在一定程度上排除了小型水库土石坝的险情。

以上技术的应用，对我国小型水库土石坝的除险加固技术在今后的发展具有一定的借鉴作用。

1 我国小型水库土石坝的现状

目前，在我国存在病险的小型水库土石坝中，有的因工程本身质量差或工程老化失修，根本达不到有关规定的要求或防洪标准，导致水库无法正常的运转，对下游人民生命财产的安全产生一定的威胁。其存在的问题主要可以归结为以下3个方面：

1)土坝未达标，即坝顶偏低，背水坡比过陡或上游干砌石护坡破坏严重，管理维修不得当等因素，均会造成小型水库土石坝的安全存在隐患。

2)当溢洪道无护砌及消能设施时，周时渠底高程偏低，造成水库无法按预期的标准蓄水同时也无法达到预期的泻洪目标。

3)因部分输水洞消力池翼墙受水流冲刷、风化侵蚀和墙后土压力作用及土体冻融等原因，造成浆砌石出现纵向裂缝，从而底板不断的受到水流冲刷，严重时会造成冻融破坏，对小型水库的土石坝造成严重影响[1]。

2 小型水库土石坝的出现病险的原因

认真分析小型水库土石坝出现病险的原因，针对其原因选择合适的除险加固方案非常重要，首先要亲临现场，对水库周边的水保、植被情况进行仔细的观察与分析，全面了解工程的地质条件及最初的设计与施工情况。从而得出水库所存在病险的真正原因。

据资料分析显示，目前导致小型水库土石坝出现病险的原因有主要有以下4个方面：

1)坝基、坝肩的水文地质情况差，砌石护坡质量差，基础的岩性、裂隙分布与吸水率不利于坚固小型水库的土石坝，或工程修建时的处理措施不得当等。

2)在大坝修建的过程中，大多数都是采用人工筑土建成，大坝填筑质量差，造成填筑面的质量相对较差，碾压质量不达标或有白蚁分布。

3)防渗体不符合相关要求，如无排水棱体或排水棱体已经失效，或由于冲刷形成的局部塌陷和凹坑。

4)坝体断面尺寸过于单薄部分坝坡过陡而造成的缺土严重，坡面杂草丛生等因素，均会对小型水库的坝体产生不良影响[2]。

3 小型水库土石坝的除险加固措施

由于小型水库土石坝在全国各地均有分布，且每个工程都有独特的设计与施工特点，相对来说工程比较复杂，不同水库采用的机具与材料也不完全相同。

因此，要具体水库具体分析，对每一个水库存在的病险进行系统分析，确定适合小型水库土石坝加固措施与方法，既能满足除险加固的要求，又能节约成本[3]。对于小型水库土石坝的除险加固而言，主要有以下2种方法：

3.1 对小型水库土石坝的坝体尺寸进行重新设计，加固坝顶

根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》中所规定的，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，对小型水库不同运行工况下静水位的坝顶超高核算坝顶高程[4]。

因此对所要除险加固的小型水库土石坝尺寸重新设计时，要根据工程构造、防汛抢险、交通、新农村建设等方面的需求，在原有坝顶宽度的基础上进行加宽，比如说当前为3.0～4.5m，考虑需要，本次加固坝顶宽度按4.5m设计。

加固坝顶高程确定为238.5m，在现有基础上加高坝顶1.04m，并在上游坝肩修建0.9m高的防浪墙，则防浪墙顶高程为238.5m。

加固坝顶之后，可有力完善水库自身的结构，有力提高小型水库的防洪能力，有力保障人们的生产、生活有序进行[5]。

3.2 小型水库土石坝的迎水坡与背水坡除险加固措施

在小型水库土石坝除险加固的过程中，要做到以下2点：

1)要根据土石坝的具体情况，对迎水坡以补土的方式进行加固以达到设计坡比，补土之后要对其进行翻压，增加坝体的耐冲刷能力，使坝体进一步坚固[6]。

2)根据背水坡的实际情况进行坝坡补土，加设坝坡防护排水，有必要的情况下设计加修排水体。当背水坡的坡面出现凹凸不平，坡比达不到规范要求时，要对其按照设计的坡比补土筑坡，并对其进行翻压。如果坝体坡面无排水设施，则要根据《碾压式土石坝设计规范》设计相应的排水体，如果坝面出现滑坡，且滑坡出现在基础面以上的下游面，坡面只是局部坍滑，可采用降低水库蓄水位并对其进行导渗排水，待滑坡部位稳固之后清除松动的土体，再用透水性强的土料对其进行修复，且以恢复小型水库自身的功能，达到除险加固的目的。

4 小型水库土石坝的防渗措施

从近些年对小型水库土石坝的安全隐患排查中，发现土石坝坝体与坝基渗漏是很多水库共同存在的问题，而沿坝轴线上游侧采取防渗措施，下游坝脚采取排水设施，可有效提高坝体的抗渗能力，防止土体颗粒被渗水带走，是目前解决此类问题最好的方法。

实践证明，要想彻底根治土石坝的渗漏问题，要在坝体和坝基渗流稳定的情况下，采用高压喷射灌浆、劈裂灌浆、混凝土防渗墙、冲抓套井黏土回填防渗墙、土工膜、黏土斜墙等防渗等除险加固措施是非常有效的[7]。

4.1 高压喷射灌浆防渗技术

自上世纪70年代从日本引进高压旋喷灌浆技术后，在我国的应用过程中不断的发展创新，改为定向喷射灌浆进行大坝防渗处理后，成功的案例很多，目前旋喷、摆喷、定喷技术在病险水库坝基防渗中应用良好。其主要优点是施工速度快，比混凝土防渗墙要快将近30倍。

尽管如此也有不少失败的案例，因此针对不同地层条件，选择合适的高喷技术参数，进行灌浆试验，近年来在重庆水利工程土石坝除险加中，该项防渗技术得到广泛应用。

本段结合某病险水库，阐明高压灌浆防渗技术的应用。首先要以一次灌浆量要少，重复多次灌浆的方法，通过套管按照序孔自下而上进行分段灌注。每孔灌浆次数以5～10次为宜，两次灌浆间隔时间最好超过5d以上。如在钻孔过程中出现漏浆现象，可采用先灌浆后钻进的方式来处理，一定注意灌浆量及灌浆压力要适当。除此之外钻孔布置也要合理。一般要安排在病险处及其附近，根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)，此工程坝高已经超过20m，采用双排布孔效果更佳，孔距最佳值为2.0～2.5m，排距为0.5～1.0m。值得注意的是灌浆材料与灌浆压力才是整个除险加固过程的核心：根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)，帷幕灌浆压力的计算公式为：

P=P0+mD+kyh

(1)

式中：P为灌浆压力；P0为岩基表层的允许压力；m为灌浆段上岩层每增加1m所增加的压力；D为灌浆段上岩层的厚度；k一般设定为1.5；y为压重的重度；h为灌浆段以上压重的厚度)把各项数据代入公式得出此水库的灌浆压力应为0.1～0.2MPa。

4.2 混凝土防渗墙技术

主要包括2个方面的内容：

4.2.1 混凝土防渗墙技术的推广和应用

20世纪50年代初，意大利和法国即开始使用混凝土防渗墙技术，因其可以适应各种不同材料的坝体和复杂地基，且能彻底截断坝体及坝基的渗透水流，受到世界各国的一致好评，都纷纷引进并推广，我国也不例外，引进混凝土防渗墙技术后，对其进行系统的研究，并取得飞速发展，不仅界定出使用范围，还针对墙体材料提出了新的见解，从而广泛运用于我国存在病险的小型水库除险加固中，效果极佳。

4.2.2 混凝土防渗墙技术的实体操作方法

具体的操作方法如下：在坝体或地基中采用钻凿、锯槽、液压开槽机、射水及薄抓斗等方法来建造槽形孔，再用泥浆固壁，之后采用直升导管，向槽孔内浇筑混凝土，形成连续的混凝土墙，以达到防渗目的。

实践证明，此种方法具有安全可靠、适用性广、实用性强、施工条件宽松等优点，对于卵石含量高的厚地层、基岩和大块石中效果并不理想，而在砂、砂性土、黏性土、淤泥质土及砂砾石地层建造混凝土连续的防渗墙，造墙深度可达约20m 厚度可达30cm以上，效果非常好，在小型水库土石坝除险加固的中具有重要作用。

4.3 土工膜防渗技术

1)土工膜防渗技术以其重量轻、运输量小、铺设方便、造价低且适应坝体变形等优点，在小型水库土石坝的除险加固中广泛使用，其防渗效果非常好。

2)唯一的缺点就是容易受紫外线作用而发生老化，只有埋在地下的土工膜，才能免受紫外线的影响，因此规定使用范围仅限于坝高50m以下。

根据混凝土防渗墙与土工膜防渗技术的特点，一些工程采用在上游坝坡的中下部，向下采用混凝土防渗墙，上部则采用土工膜斜墙，直到坝顶，两种方法的科学合理的结合使用后，充分发挥了两种防渗技术的优点，在小型水库土石坝除险加固中防渗效果非常明显。

4.4 冲抓套井黏土回填防渗墙与黏土斜墙防渗技术

冲抓套井黏土回填防渗墙技术因具有施工方便、造价低、工艺与机械设备简单，工程量小、工作效率高、防渗效果好等优点而被广泛应用，主要是利用冲抓式打井机具，在土石坝防渗体中造孔，再用黏性土料进行分层回填，形成一个连续的黏土防渗墙。并对井壁土层挤压，使井孔周围土体密实，从而达到防渗加固的目的。而在黏土含量较丰富地区，采用黏土斜墙防渗技术，对控制均质土质的坝体渗漏效果良好。

黏土斜墙防渗技术同样具有施工方便，施工进程快等优点，在小型水库的土石坝除险加固中应用较多，其缺点是需要黏土较多，造成运输量较大，制约了其发展。

5 结 语

通过对小型水库土石坝存在的安全隐患进行系统分析，根据病险土石坝的实际情况与规范的要求，在众多的除险回固措施中择优选择最适合的方法，或几种方法混合使用，在节约成本的基础上，最大限度的增加小型水库土石坝的质量，提高小型水库的性能，为我国水利工程的发展奠定良好的基础。

[1]张宏君.对施工阶段工程造价管理的思考[J].新疆农垦经济,2005(04):111-112.

[2]袁福勇.强化管理提高水利建设水平[J].甘肃农业,2005(11):148.

[3]张三友.建筑工程施工成本管理体系[M].北京：中国建筑工业出版社,2001：71-73.

[4]陈开武,惠仕兵,宋光普.病险水库除险加固问题探讨[J].四川水利,2005(03):30-32.

[5]马海燕，陈小琼.棺材沟水库除险加固工程的设计[J].水利科技与经济,2013,19(07)：19-20.

[6]陈开武,惠仕兵,宋光普.病险水库除险加固问题探讨[J].四川水利,2005(03):30-32.

[7]刘武，李晓强.小型水库除险加固处理方案与水库利用探讨[J].陕西水利,2009(01):85.

1007-7596(2014)03-0119-03

2013-12-12

毕庆双(1987-)，男，黑龙江安达人，工程师。

TV698.23

B