小型病险水库病害特点及除险加固技术

张定华，杨 倩

1.河南灵捷水利勘测设计研究有限公司，河南 南阳 473000

2.南阳市源正水利水电建筑工程有限公司，河南 南阳 473000

1 我国小型水库现状

依照水库实际容量，可将水库划分为三个等级，即小型、中型及大型。我国以小型水库为主，截止到2019年底，我国小型水库达93390座，占总水库的95.1%。小型水库分布较为集中的地区为湖南，其次为江西、广东。小型水库大多建设于二十世纪六七十年代，受施工技术影响，且长期持续性运行，导致汛期出险、溃坝事故频发。在我国发生溃坝事故的水库中，小型水库占96.3%。由于小型水库建设标准低，后期管理运维不善，易危及下游群众的生命财产安全，因而政府部门高度重视小型病险水库的除险加固工作。

2020年11月30日，国务院新闻办公室举行病险水库除险加固国务院政策例行吹风会。自1998年特大洪水以来，国家全面贯彻大规模水库除险加固工作，有效提升了水库安全状况，21世纪以来年均溃坝率仅为0.0045%。同时，为了进一步提升水库安全管理水平，一方面，全面落实水库安全和除险加固工作，制订了2020—2022年攻坚计划；另一方面，针对未实施除险的病险水库，全面贯彻限制运用措施，确保工程安全。另外，全面加强线上、线下培训，实现责任人培训全覆盖，加强雨水监测、调度以及应急预案等环节工作，加强安全防洪度汛能力。

2 小型病险水库的特点

2.1 防洪能力不足

根据调研数据，我国现有小型水库中，有35%的水库均不同程度存在病险，自身防洪能力无法满足现阶段蓄水、拦洪要求，主要表现在以下三个方面：（1）水库建设初期，受多方面因素影响，设计人员所设计的防洪标准限值与现行准则要求匹配度较低。（2）坝顶高程高度不足，若洪水来袭高度超限，洪水通过其顶部流下，增加了溃坝等不良事故的发生风险。（3）缺乏完善的泄洪设施，水库溢洪道的实际尺寸无法满足泄洪要求。

2.2 渗流不安全

渗流不安全是小型病险水库的常见特征，多见于坝体、坝基等部位，主要表现在以下四个方面：（1）坝体厚度不足，使用土料渗透系数过高，下游坝脚排水棱体失效，造成下游坝体浸润线持续性升高，超过正常的标准限值，坝坡出现散浸现象。（2）坝体沉降变形，加剧了裂缝持续性发展，导致水流通过缝隙渗透，不利于水库的安全运行。（3）由于小型水库建设初期的施工技术滞后、地质勘察条件不足、未掌握全面的水文资料，施工采取的截流保护措施缺乏合理性，库水从裂缝或结构层质量薄弱点渗出，常见的如坝基出现渗流，增加了不安全事故发生风险。（4）下游坝坡发生流土现象，坝脚部位出现管涌，一定程度上损伤了大坝结构，增加了水库不安全运行风险。

2.3 结构不安全

（1）土石坝结构安全问题。小型水库大坝因持续性运行，其结构出现了多方面安全隐患，一方面，大坝坡度较大，造成下游浸润线过高，坝基淤泥层含水量较高，难以满足现阶段实际规范要求；另一方面，坝体内土质硬化，长期受地下水腐蚀影响，坝体整体结构发生变化，出现了不同程度的滑坡等病险。

（2）溢洪道结构安全问题。我国小型水库溢洪道多为开敞式，由于当时水库建设资金匮乏、专业人员不足，溢洪道保护以浆砌石为主，或者没有采取保护措施。其病险特点现阶段表现为以下几个方面：①溢洪道未布设，难以满足现阶段泄洪要求；②水库结构布设缺乏一定的合理性，难以实现自身使用功能；③长时间未清理进口淤泥，过流断面较小，难以实现水库正常泄洪；④渠道内部缺乏一定的保护措施，长期运维管理流于形式，内部杂草丛生，淤泥含水量较高，水流通畅度不足；⑤衬砌结构破坏，岸坡坍塌严重。

（3）输水涵管结构安全问题。为满足下游农业实际用水需求，我国小型水库输水涵管以坝下布设为主，但受多重因素影响，如管道质量不佳、基础变形较为严重等，管壁出现破裂、渗水等问题。

（4）抗震性能不佳，金属结构老化问题。由于部分小型水库在设计初期并未全面考量后续运行中地震带来的影响，没有采取有效的保护措施，一旦发生地震，坝基结构稳定性较差，会导致拱坝溃毁事故。与大中型水库相比，许多小型水库金属结构规模较小，维护人员及资金不足，布设闸门水库，长时间未实施修缮，受雨雪侵蚀导致金属发生氧化，结构锈蚀程度较为严重，闸门开启、关闭时间延缓，最终其正常使用功能失效。

3 小型病险水库除险加固技术

3.1 防洪安全加固

通过有效措施提升水库泄洪能力，增强水库拦截洪水能力，是水库防洪安全加固的核心措施原则。针对我国现有小型水库病害特点，应进行全方位分析，实施针对性的加固措施，主要体现在以下三个方面：（1）根据当地地理环境、水文、天气情况，适当增加大坝高程。当坝顶与计算高程差距较小时，需要结合坝顶路面完成改造，可在其上游适当布设相应的防护混凝土墙；当坝顶高程欠高较小时，在确保坝体安全的基础上，适当增加坝顶帽高度，应严格控制其加高高度为2～3m；当坝顶实际高程与计算高程差距较大时，需要增加坝坡厚度。（2）水库防洪能力提升。根据水库实际应用途径，利用专项措施，如加固溢洪道、增加过流断面等，提升水库溢洪道防洪能力。（3）联合培厚加高与增强防洪能力。培厚加高应根据水库实际情况，决定其具体布设于上游还是下游。若大坝上游抗滑稳定性难以满足实际要求，下游缺乏一定条件，可选择加高上游培厚；若大坝下游坝坡抗滑稳定性不足，下游地形条件允许，可适当加高下游培厚。

3.2 渗流安全加固

渗流是小型水库常见的病险之一，多见于坝体和坝基部位，为切实突破此类瓶颈，通常联合上下游共同采取措施，以上游封堵、下游排放为原则。上游封堵主要指沿坝体轴线做好防渗措施，增强坝体防渗能力；下游排放主要依照下游实际情况，合理布设相应的排水管道，以免土质一同与水流排放。实际加固措施主要如下：（1）沿水库坝体轴线，采取灌浆措施建设相应防渗墙，并在墙体下部进行帷幕灌浆；（2）上游坝坡填筑黏土斜墙；（3）改造排水设施，或在下游增设相应的反滤。

3.3 结构安全加固

（1）土石坝结构安全加固。增强水库坝坡、坝体结构安全性可通过以下加固方式实现：①坝体出现裂缝、沉陷等病险时，可通过黏土灌浆处理；②坝体坡度抗滑性能不佳，难以满足现行要求时，可适当采取干砌石固脚措施；③小型水库缺乏管理措施、上下游护坡出现损害以及部分水库未布设相应的保护措施时，为强化坝体使用可靠性，需要对其采取加固措施，上游可选用混凝土护坡，下游可选择块石护坡，具体改造形式应根据项目实际情况决定；④部分小型水库坝顶为泥结石路面，其宽度不足，为实现后续运行管理，需要适当增加其宽度，以满足交通要求为准，以混凝土路面为主，其厚度保持在10～15cm，避免其坝体水流渗流。堤坝内坡浇筑修复见图1。

图1 堤坝内坡浇筑修复

（2）溢洪道结构安全加固。为了提升溢洪道结构安全性，可通过以下巩固措施实现：①溢洪道过流能力难以满足实际运行要求时，需要增加其宽度；②通过全方面实际勘察，应对过流面外露溢洪道进行保护，并及时清除其存积的淤泥，衬砌可选取现浇混凝土形式；③优化调整溢洪道的结构布设，减少布设弯道，以免溢洪道处于地质条件不佳区域。

（3）输水涵管结构安全加固。传统小型水库中使用的涵管结构各不相同，浆砌石管、钢筋混凝土预制管等形式具有较大差异性，且埋设方式不一，因而针对此类安全性难以保证的涵管进行结构安全加固时，如果坝体高度不高，建议采用重建方式改造加固。

（4）抗震安全加固。若土石坝底部存在砂土层，在地震作用下极易被损伤，难以保障其稳固性，为消除此类安全隐患，应将其砂体予以置换，通过人工加密、抛石压重以及布设排水减压井等方式，完成水库加固。

4 结束语

采取针对性措施完成小型水库各方面的加固及改造，不仅可以降低工程施工的安全隐患，保证水库安全度汛，发挥水库实际价值，还可以完善工程相关资料，改善项目管理条件，为小型水库的健康持续发展奠定基础。