小型水库除险加固技术研究——以万马坪水库为例

林杰雄

龙门县县城河堤管理处 广东 惠州 516800

在降水区域不均或时间不均的地区，建设小型水库能够有效调解水资源分布，促进本地区的农业生产并保障交通安全。然而由于小型水库的影响范围相对较小，因此小型水库在长期使用过程中往往难以得到有效的维护。缺乏维护能够导致小型水库在使用过程中出现风险，因此小型水库必须定期进行检查，判断小型水库的结构安全等情况，并根据检查的实际结果进行除险加固。本文对影响小型水库除险加固技术选择的因素进行了分析，并以万马坪水库为案例，进行了小型水库除险加固的针对性分析。

1 小型水库除险加固影响因素

水库的除险加固是一项系统性工程，需要充分考虑材料选择以及结构保障等相关因素。确定小型水库除险加固技术时，需要根据水库所处区域的水文以及地质等相关情况，选择更为适当的技术，以保证水库除险加固完成后能够正常使用。

1.1 地质因素

地质环境以及地质因素对水库加固技术选择的影响最为突出，水库建造区域地质环境的稳定度能够直接影响技术的选择。在地质环境稳定性相对较好的区域，水库除险加固过程中能够根据水库当前结构的情况以及水库的除险加固需求选择技术，且在地质稳定性相对较好的地区，能够采用稳定性更好的材料以及技术进行加固。在地质稳定性相对较差的区域，由于地质结构较为破碎，因此选择加固技术时必须充分考虑加固措施对地质结构造成的影响。由于地质较为破碎的地区地面的承载力相对较弱，因此在选择加固技术时需要避免对地表造成破坏，然而需要注意的是地质结构相对较为脆弱的区域，加固的周期一般相对较短，需要定期检查加固。

1.2 水文因素

水文因素同样能够对加固技术选择造成较大的影响，从水库除险加固技术的应用情况来看，在流水的侵蚀以及影响下水库所处区域的岩体结构能够发生较大的变化，因此在岩体受水流影响较大的区域，一旦忽略水文因素造成的影响加固技术不仅无法达到较好的加固效果，甚至能够造成其他的风险。因此在选择水库除险加固技术时，需要充分考虑下述两项因素。（1）需要充分考虑水流分布以及水流水位变化等造成的影响。对水库能够产生影响的所有水流的分布以及变化，均需要充分考虑，尤其需要充分考虑水流季节性变化的影响。（2）需要充分考虑水流变化对土壤以及岩石结构造成的影响，在本地区的岩石结构相对较为脆弱的情况下，需要根据丰水季水流对岩体结构的影响[1]。

1.3 技术因素

技术因素以及技术保障性对水库加固同样能够产生较大的影响，针对不同区域有需要采用不同技术进行处理。水库除险加固进行过程中，坝体加固是其中极为重要的一个环节，在石质结构相对较为稳定的区域，仅需要处理坝体裂缝等填补的需求。在地质结构相对较为破碎的情况下，一般需要通过灌注等会技术提高地质结构的稳定性，而对含水量较高的区域，则需要重现采用针对性技术降低施工区域的含水量，使得施工区域的弹性模量显著降低。小型水库同样能够对所处环境造成较大影响，因此小型水库在除险加固过程中，施工开始前，需要参与施工的各个部门进行技术讨论，确定与工程需求更为匹配的技术。

2 工程概况

万马坪水库位于南昆山，该地区位于北纬23°38′，东经114°38′，该地区的平均温度为23℃，年平均降水量则为2500mm。本地区气候为亚热带气候，植被覆盖率较高，且本地区的旅游产业相对较为发展。万马坪水库位于龙门县南昆山旅游区管理委员会万马坪村，水库具有发电以及灌溉等功能，该水库的灌溉面积为200亩，水库的装机总量则为320kW。万马坪水库能够对充羊蹄坑电站进行补充，增加水电的发电总量。万马坪水库与1984年投入使用，使用至今已经接近40年的时间，由于建设时间相对较早，且建设过程中技术水平存在一定的不足，因此当前水库的问题更为突出。水库位置如下图：

图1 万马坪水库地理位置图

本文所述除险加固工程进行前，万马坪水库已经进行了两次除险加固。2003年由于水库坝体的渗漏较为严重，因此导致水库溢流坝的溢流面出现表面脱落的情况，同时坝体的表面同样出现面层砼局部毁坏的问题。针对这一时期水库实际存在的问题，该次除险加固的内容包括：（1）修建水库的截水墙，并增厚坝体；（2）进行水库溢流段的维修，并拆除坝体下游位置的挡水墙；（3）更换水库输水涵管的闸阀；（4）采用灌浆技术对坝体进行补强处理；（5）维修水库的坝体道路。2021年由于坝体存在浆砌石以及弱风化花岗岩石料胶结不足导致坝体泄露的问题，且溢流坝的坝体表面混凝土出现脱落、溢流坝的挑流鼻坎已经完全破损无法继续使用、坝体输水涵管腐蚀严重并且防腐层脱落、人员配置方面存在一定程度的不足、水库防汛采用的资料存在不足、管养房相对较为简陋，根据检测的结果可知万马坪水库使用安全已经出现相对较为严重的问题，急需进行整体性加固维护[2]。

3 风险现状及需求分析

3.1 水文信息复核结果

对万马坪水库水文信息的复核结果显示，水库的正常水位为478.3m，水库的总体容量为70.55万m³，其中水库的死水位为464.3m，死库容则为2.2万m³。根据万马坪水库的实际情况以及除险加固的需求，需要在不改变输水涵管进口位置以及溢洪道进口位置的情况下，需要维持正常水位以及死水位不变，并保证水库的库容达到68.55万m³以上。

3.2 水库现状以及存在问题

万马坪水库修建于1984年，由1984年至今中国水利工程的技术水平已经取得了巨大的突破以及进展，在小型水库的建设以及维修方面，当前小型水库已经能够采用模块化的建造技术进行建设，而当前普遍采用的材料不仅防水性较好，同样在水流的长期冲击下同样能够保持较好的胶结稳定性。但建造时间较早的万马坪水库技术水平相对较差，建设过程中使用的很多材料同样并不符合当前水库建设的要求。从水库维修角度来看，万马坪水库使用至今仅2003年进行了一次大规模维修加固，而2021年水库的检测结果显示，该水库当前存在较为严重的问题，急需进行大规模的整体性加固维修。

2021年整体性检测的结果显示，万马坪水库存在下述主要问题。（1）万马坪水库大坝的坝体底部存在清理不完善的情况，该大坝的坝体基础部分为浆砌石以及弱风化花岗岩石料胶结结构，而由于建设阶段采用的胶结技术存在严重的不足，因此石料之间的胶结已经显著下降，部分石料已经出现胶结失效的情况。即当前坝体的底部防水性能已经较差，存在严重的渗水情况。坝体背水面以及基础部分的严重渗水，对大坝的安全造成了严重的影响，因此当前大坝必须进行防渗处理。（2）由于水库使用的混凝土等级较低，因此混凝土的结构稳定性存在不足，目前溢流坝下游的表面已经出现混凝土松动甚至脱落的情况，同时溢流坝表面的缝隙存在长草的情况，即溢流坝的结构稳定性已经出现问题。（3）溢流坝的挑流鼻坎已经完全破损，导致出口位置无法正常出水。（4）采用CCTV技术对坝体进行检查后发现，发现坝体输水涵道的钢管出现了较为严重的腐蚀，钢管的防腐蚀表面同样已经出现了大面积的脱落。（5）当前水库已经普遍采用自动化监控系统，而由于建造时间相对较早，因此万马坪水库的监控系统并不完善，水库维修过程中需要同步完善监控系统。（6）水库当前的防汛物资急需进行补充。（7）管养房需要重新建造[3]。

3.3 除险加固必要性

由于建造的时间较早，且水库的功能较为复杂，因此水库在长期使用过程中出现了较为严重的问题。为保证水库正常使用，当前万马坪水库已经缩短水库的巡检周期，通过更为彻底的巡视以及检查，保证水库出现的问题能够得到及时的解决。然而由于水库的问题累计时间较长，很多问题已经无法通过小范围内调整以及修补解决，必须通过大规模的除险加固，才能够维持水库的正常使用。对万马坪水库而言，全面性的除险加固能够发挥如下作用。

（1）维持水库坝体结构的稳定性，避免继续使用过程中坝体出现严重的损坏。与建造的初期相比，由于建造使用的石料胶结效果下降较为显著，因此坝体已经出现严重的松动。通过对坝体的加固，万马坪水库的坝体结构能够得到改善，坝体的稳定性能够得到较为显著的提升，即大坝的使用周期能够显著延长，使用安全能够得到更为充分的保证。

（2）水库的系统性加固以及维护，能够有效满足灌溉的需求。万马坪水库需要满足本地区200亩农业用地的灌溉需求，然而由于水库的结构存在一定问题，因此为避免水资源调解对水库的结构安全造成影响，因此水库的实际需水量与理论需水量存在一定的差异，通过水库的加固以及维护能够提高有效容积，满足农业用地的灌溉需求。

（3）水库的除险加固能够满足水库发电的基本需求，维持本地区的供电稳定性。万马坪水库具备补充水电发电量的功能，该水库能够满足本地供电的稳定性。水库发电与水库蓄水量同样存在一定的关联，如前文所处，抢险加固前水库受到结构的影响无法保证需水量，因此导致发电同样无法得到充分的保证，而水库的抢险加固能够保证水库的正常发电[4]。

4 除险加固施工

4.1 施工条件

（1）水库能够经由S355省道与外界连接，由于水库的坝体与村道相连，因此对内的交通同样较为便利。施工区域的通讯网络同样较为完善，通讯较为便利。

（2）加固工程在原地进行，施工区域较为平坦，地面起伏相对较小，障碍物相对较少，即施工区域施工条件相对较好，较为适合开展工程。

（3）由于处于亚热带地区，因此本地区的降水较为集中，本地区冬季的温度能够基本满足施工的需求，且由于降水量较小因此更为便于施工。

（4）万马坪水库施工场地存在水电供给的问题，施工过程中需要使用柴油发电机满足施工供电的需求，生活用电则能够由村电网供给。

（5）除险加固工程使用的材料需要就近购买，其中水泥、石料以及钢筋能够由南昆山市场购买，市场据施工场地距离约5km，混凝土需要由永汉购买，市场距离为30km。

（6）根据工程渣土运输的相关需求，工程的渣土需要在万马坪村附近渣土场处理，渣土场与施工场地的距离约3km。

4.2 施工方法

（1）工程土方工程主要为灌浆平台基础部分以及溢洪道，土方挖掘以机械挖掘为主，不适合使用机械进行挖掘的区域需要人工辅助进行挖掘。

（2）工程土方回填的需求与挖掘一致，技术方法同样相同。

（3）混凝土工程中，小方量时采用自拌混凝土，大方量时使用商品混凝土，混凝土建造区域包括有灌浆平台、防渗面板、溢流坝面、消力池导水墙。

（4）混凝土浇筑过程中，主要部位采用模板进行固定，且工程使用的模板为表面更为光滑的新模板。

（5）工程施工的钢筋为商品钢筋，受力钢筋长度差值不应超过±10mm，箍筋不超过±5mm。12mm以下钢筋采用绑扎进行固定，28mm以内焊接固定，超过28mm采用帮条焊固定。

（6）止水帷幕灌浆采用自上而下分段钻进，分段灌浆，孔内循环的灌浆方法混凝土与基岩接触段岩石段长2m，单独灌浆并待凝，以下灌浆段长5、6m在若有断层破碎带地质条件地区缩短灌浆段长并待凝。止水帷幕施工的基本流程为固定钻机位置、确定钻孔技术、钻孔、裂缝冲洗以及压水、灌浆、灌浆凝固、再一次灌浆、检查孔口情况、封孔。灌浆过程中一旦出现灌浆穿孔等情况，需要及时进行表面封堵，通过浓浆低压限流间歇灌浆等措施，待渗漏部位达到一定强度后再逐渐升压灌浆[5-6]。

5 结语

根据我国水库的使用统计情况，我国大型水库的维护一般相对较好，而使用时间相对较长的中小型尤其小型水库，很大一部分均存在不同程度的维护问题。小型水库的维护不当，导致水库的使用风险发生较为频繁。水库发生风险的情况下，需要通过针对性的除险加固技术，才能够保证水库的使用安全，避免风险影响的扩大化。本文案例所述的万马坪水库，由于地质以及水文环境相对较为复杂，因此必须通过除险加固保证水库能够正常进行使用。