铜仁市岩溶丘陵山区水库主要病险特征及治理技术

舒友发

（贵州省铜仁市水务局，554300，铜仁）

铜仁市岩溶丘陵山区水库主要病险特征及治理技术

舒友发

（贵州省铜仁市水务局，554300，铜仁）

岩溶丘陵山区；水库；病险治理；技术

一、铜仁市病险水库情况

贵州省铜仁市位于武陵山腹地，武陵山脉呈东北向绵亘在地区中部，地势起伏较大，崇山峻岭，沟壑纵横。境内山地区面积占64.1%，丘陵区面积占29.7%，山间平坝区面积占6.2%。因受新构造运动及地质构造的影响，岩溶地貌呈现多层性和条带性，河流发育受地层构造所控制，岩溶区地表河与地下暗河交替出现。复杂多变的地质构造，给水库建设带来地质处理难题。目前铜仁市已建成运行的水库工程大部分兴建于20世纪50年代末至70年代，坝型多为土石坝、混凝土坝，土石坝占90%。受当时历史条件和技术水平、建筑材料等诸多因素的影响，水库建设属“三边”（边勘查、边设计、边施工）工程，加之长期运行、投入不足、老化失修，多数水库存在不同程度的安全隐患，险情逐年加剧，严重影响工程效益正常发挥，已成为各级政府及水利部门抢险救灾的心腹之患，水库一旦失事危及人民群众生命财产安全。

在水利部及贵州省水利厅的大力支持下，铜仁市自“十五”以来，共有2座中型、45座小（1）型、210座小（2）型病险水库先后得到治理，累计工程总投资6.55亿元。通过治理，全市水库新增和恢复灌溉面积7.2万亩（1亩=1/15 hm2，下同），改善农田灌溉面积16.0万亩，年新增有效供水量近12 600万m3，防洪库容3 740万m3，每年产生的综合效益为1.13亿元。2016年，按照党中央、国务院关于做好灾后水利建设的决策部署，水利部印发《关于编制灾后水利薄弱环节建设实施方案的通知》，铜仁市开展了灾后薄弱环节实施方案编制工作，目前全市有90座病险水库尚未得到治理。

二、岩溶丘陵山区水库存在的主要病险特征

一是岩溶影响渗漏。铜仁市喀斯特地貌发育，部分水库坝址区域有可溶性碳酸盐岩溶层，因长期受水力作用而产生的溶蚀性渗漏破坏，影响水库的正常蓄水运行和功能的发挥。

二是施工质量影响渗漏。铜仁市现有水库工程大部分兴建于20世纪70年代以前，“三边”工程和停、缓建、续建工程现象较为严重。群众性运动期间所建的拱坝、土坝、土石坝、堆石坝等，因技术、施工工艺难以控制，坝基（肩）清理不彻底、坝体施工填筑质量普遍较差，加之长年带病运行，致使坝体（基）、坝肩渗漏严重。

三是老化破损导致存在安全隐患。枢纽建筑物运行年限长，有的大坝已超期超负荷运行多年，小型水库长时间无人管理和维护改造，致使部分建筑物老化、失修、损坏，濒临失效。随着经济社会建设发展规模的扩大，水资源需求量日趋加大，致使部分水库大坝几经加高，新老坝体接合面处理不当，导致接合部渗漏破坏，影响坝体整体结构稳定。主要表现为坝体失稳、溢洪道损坏、护坡损坏、排水棱体失效、放水设施无法运行。

四是原设计标准低导致防洪能力不足。枢纽建筑物修建时间均较早，受当时建库的技术力量、建筑材料、水文资料等因素所限，普遍存在泄洪设施不满足现行规范要求、大坝防洪能力低等问题，严重危及大坝的运行安全。

五是白蚁危害。作为水利工程防洪安全的重大隐患之一，白蚁在大坝内构筑巨大的蚁巢（直径可达1m以上）、数量众多的副巢及四通八达的蚁道，蚁道往往贯穿大坝上下部位。水位上升时，水流进入蚁道和蚁巢，造成渗漏、管涌、沉陷、滑坡等重大险情，严重的直至酿成垮坝灾难。据调查，铜仁市383座水库中，存在白蚁危害的有128座。

三、主要治理技术

一是纯灌浆防渗处理。这是铜仁市区域内水库工程较为普遍采用的一种防渗加固措施，具体根据坝型材料，有充填、劈裂、帷幕、固结和补强灌浆等，对应砌石坝和混凝土坝主要采取帷幕灌浆+补强灌浆，对应土石坝主要采取帷幕灌浆+劈裂灌浆或充填灌浆。此措施不仅可解决坝体渗漏和补强问题，而且可结合坝体的钻灌实施坝基、坝肩的灌浆治理，有效处理好大坝基础及绕坝渗漏的状况。

二是复合土工膜+基础灌浆的防渗处理。主要用于均质土坝、黏土斜墙堆石坝等坝型的处理，此方案在铜仁市病险水库治理中也是较为普及的一种措施，较之机械造槽法混凝土防渗墙技术、高压喷射灌浆防渗技术、劈裂帷幕灌浆技术、振动沉模防渗板墙技术、套孔冲抓法防渗墙技术和倒挂井法防渗墙技术等，具有设备简单、投资省、施工质量易控制、防渗效果好等优点。

三是大坝整治。针对土石坝的大坝不稳、坝坡损坏、排水棱体不畅的问题，主要采取上游削坡、下游培厚，上游预制块护坡、下游草皮护坡，增设贴坡排水、排水棱体拆除重建或打孔排水方案。对砌石坝和混凝土坝的整治主要采取增设重力墩和预制块护面等整治方案。

四是溢洪道改造。铜仁市的水库工程基本是20世纪50年代至70年代兴建，原采用的水文资料系列有限，设计洪水标准低。《防洪标准》（GB 50201—2014）、《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL 44—2006）等规范，部分工程的抗御洪水标准达不到要求，需对溢洪道采取拓宽、加深、加固和改造堰体或增设防浪墙等工程措施。

五是取水设施改造。铜仁市大多数小型病险水库，均为埋置于土坝内的涵管（洞）因受大坝沉降变形影响，导致断裂破坏、渗漏而引起大坝渗流破坏、滑坡等险情，且原涵管（洞）大多数断面均非常小，可修复性较差，需进行封堵后新开放水隧洞的处理措施，是病险水库治理投资加大的主要因素之一。部分涵管（洞）未断裂破坏的采取在原涵管（洞）内进行穿管放水进行改造。

六是金属结构改造。枢纽建筑物取（放）水设施已运行多年，其金属结构、止水设施等严重老化，濒临破坏失效，对工程安全运行不利，需进行更新、改造和加固。大多采取取消原有的双向转动闸和放水卧管，采用闸阀控制放水。

七是大坝加高。以充分利用水资源为原则，结合大坝构筑物性状和当地经济发展需求，适当加高大坝，可增加调蓄能力，提高防洪标准。

八是白蚁防治。采用药物防治方法，消灭原生白蚁，避免白蚁再次向大坝入侵、扩散繁殖。采取诱杀防治，设诱集坑，下诱杀药饵，包括监测诱集坑和药杀诱杀管。在外坡草坪种植修复完成后，药物喷洒其表面，形成毒土覆盖处理。

九是水库水情及自动化监测系统。由于各坝的结构形式、尺寸、地形、地质等条件不同，按照有关监测规范规定，设计监测项目也不完全相同，可根据各坝的具体情况和对监测的要求而定，结合工程实际，主要分为GPS变形监测和坝体监测，坝体监测又包括渗流监测、库水位监测、降雨量监测。

四、案例分析

青年水库位于铜仁市万山区高楼坪侗族乡张家村，坝址位于张家小河，属舞水左岸二级支流，一级支流为高楼坪河，坝址以上集雨面积2.1 km2，主河道长2.1 km，河床平均比降20.8‰，总库容77.70万m3，工程规模为小（2）型，设计灌溉面积1 750亩。该工程枢纽主要建筑物布置为大坝、溢洪道、#1放水涵洞和#2放水涵洞。

大坝为均质土坝，坝顶高程795.3 m，最大坝高17.7 m，坝顶宽2.8 m，长76 m，上游局部为干砌石护坡，坡比自上而下依次为1∶2.0、1∶2.1，下游天然草皮护坡，坝坡从上至下坡比为1∶2.4、1∶3.4；坝脚排水棱体高6.4 m。溢洪道位于大坝右岸，为折线形实用堰，堰顶高程793.5 m，控制段溢流净宽5.0 m,底板为混凝土衬砌,边墙为浆砌石砌筑,尾端设有消力池。#1放水涵洞位于大坝右岸，为0.5 m×0.6 m无压方涵，进口设多级卧管控制水流。#2放水涵洞位于大坝左岸，为0.6 m× 0.8 m无压方涵，进口设多级卧管控制水流，出口无启闭设备。

该工程自20世纪80年代就成为病险水库,一直限制蓄水,至今未进行过除险加固。2014年4月经大坝安全鉴定，大坝存在如下问题：大坝安全超高不足；土坝坝体及建基面均有渗漏；上游干砌块石护坡，但凌乱且不完整，坝顶无防浪墙，背水坡天然草皮护坡，坝坡杂草丛生，局部有塌陷，坝脚排水棱体失效；在坝中靠近坝顶有一处1 m2的塌坑，塌坑坑顶高程795.2 m，大坝下游坝坡大面积散浸，在高程784.03 m处有约2 m2的塌坑，#1放水涵洞渗漏严重，#2放水涵洞因堵塞不通已不能正常运行。大坝无测压管、位移、沉陷和水文观测等监测配套设备。

2014年7月完成《青年水库除险加固工程初步设计报告》编写，主要除险加固方案如下：

一是对坝顶及坝坡进行整治。维持原坝顶高程795.3 m不变，坝顶采用泥结石路面，在坝顶上游侧增设C20混凝土防浪墙，防浪墙顶高程796.3 m。

在上游坝坡778.99 m高程处设C15混凝土齿槽兼灌浆平台，对大坝上游坝坡按1∶2.25进行整治后采用C15混凝土预制块护坡。在下游坝坡786.8 m处设置马道，马道上下坡比按1∶2.3、1∶3.34进行整治后采用草皮护坡。完善下游坝坡导渗沟并增设排水沟、梯步。对原排水棱体进行疏通改造后采用40 cm厚C20混凝土预制块护面，对坝体左右坝脚浆砌石进行拆除，修建贴坡式排水棱体，新建排水棱体顶面高程782.0 m，排水棱体外边坡为1∶3.2。

二是对坝体铺设土工膜，对坝基、坝肩帷幕灌浆进行防渗。土工膜采用两布一膜的聚乙烯（PE）复合土工膜，规格为800（g/m2）/0.5 mm。坝基、坝肩灌浆线沿齿槽中心线布置，左岸向岸坡延伸，右岸穿过溢洪道、公路向岸坡延伸，帷幕线长182.5 m，帷幕孔单排布置，孔距2.5 m，共计74个孔，钻孔总进尺1 155.0 m，其中无效进尺219.0 m，有效进尺936.0 m，帷幕下限以钻孔灌浆试验q＜10Lu控制；对坝体隐患区进行整治。挖除坝体左岸涵洞进口并扩大断面，用C20混凝土彻底封堵进口，洞身段利用充填灌浆封堵洞身空洞，对塌陷坑进行回填碾压密实，从坝前至坝顶沿老涵洞轴线和涵洞两侧布孔做黏土充填灌浆，布孔排距和孔距均为3.0 m，共计36孔，钻孔总进尺655.0 m。

三是对溢洪道进行改造。拆除进水渠段底板、原实用堰和人行桥重新浇筑，并在溢洪道末端增加消能防冲设施，原进水渠喇叭口拆除原底板重新浇筑C20混凝土底板和C20混凝土齿槽；拆除原质量较差的M7.5浆砌石折线形实用堰，改为浇筑C20混凝土折线形实用堰，另拆除原人行桥，重新浇筑C20钢筋混凝土人行桥板；泄槽段末端拆除原底板和侧墙并下挖0.8 m深修建消力池，消力池侧墙和底板均采用C20混凝土浇筑。

四是封堵左岸放水涵洞并在左岸新建放水隧洞，改造右岸原放水涵。右岸放水设施进口挖除5.0 m，在原涵洞内穿Φ315PE管放水，进口开挖部分用C20混凝土外包PE管，原涵洞洞身空隙回填C20混凝土封堵，穿管出口设闸阀室和消力池，闸阀室内设工作闸阀和检修闸阀。对左岸放水涵洞挖出进口用C20混凝土堵头封堵，洞身段用C20混凝土回填。在大坝左岸新建放水隧洞，隧洞全长145.00 m，洞身成型断面尺寸b×h= 1.4 m×1.8 m，城门洞型采用C20混凝土全断面衬砌，隧洞进口底板高程781.34 m，出口高程781.24 m，进口设置拦污栅，出口设消力池。■

[1]铜仁市水务局.铜仁市水利水务发展“十三五”规划报告[R].2016.

[2]白永年.我国病险水库除险加固技术的发展与运用[J].中国水利，2007（6）.

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1000-1123（2017）14-0029-02

2017-05-18

舒友发，铜仁市水利工程管理站副站长，工程师，主要从事水库管理工作。

责任编辑 轩玮