广东省某县小型水库除险加固设计中遇到的隐患及对策分析

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2401-5042-5234

作者简介：岑奕兴（1993—），男，硕士，主要从事水利工程设计工作。

摘  要：广东省内某县的小型水库大多建设在20世纪的50、60年代，以均质土坝为主。这些水库建设时期较早，大多存在土坝漏水、牛皮胀、输水涵管老化破漏和土溢洪道经常受冲破坏等一系列问题。文章通过分析小型水库中存在的常见问题，结合现今的加固技术，从挡水建筑、泄水建筑及输水建筑三个方面分别叙述、讨论针对常见问题适用的加固措施，为今后类似的小型水库加固设计项目提供一定的参考。

关键词：小型水库   除险加固   常见隐患   治理对策

中图分类号：TV6

广东省内某县的小型水库建设于20世纪的50、60年代，均为均质土坝。这些小型水库构成完善的灌溉网络，为县内的农业发展提供了有力支撑。但由于水库建设时期较早，工程建设标准较低，施工过程中质量控制不严，大多存在土坝漏水、输水涵管老化破漏和土溢洪道经常受冲破坏等一系列问题，后期的管理也存在一定缺失。虽然组织过水库除险加固，然而早期的设计、施工技术还不够完善和经济条件差等原因，多数水库问题未得到有效治理，问题依然存在，或者治理后短时间内再次出现险情[1]。随着经济和技术的发展，有了足够的技术基础和雄厚的经济支持，协助设计师更好地解决这些隐患。本文通过分析这批小型水库中存在的常见问题，结合现今的加固技术，讨论针对常见问题适用的加固措施。下文将在挡水建筑、泄水建筑及输水建筑三个方面分别叙述，为今后类似的小型水库加固设计项目提供一定的参考。

1  常见问题

1.1  挡水建筑常见问题

该县小型水库的均质土坝大多建设在20世纪50、60年代，受限于当时的机械水平、检测水平等，大坝土体质量较差。本文根据收集某县的14个水库的均质土坝勘察资料，对这些水库的土石坝填土渗透系数进行了统计。坝填土的渗透系数高于规范要求的1×10-4  m3/s，达到中等透水性，部分水库出现渗漏问题，对下游坝坡的稳定造成不利影响。年代较为久远的均质土坝，渗漏问题普遍，是设计师前往现场调查以及设计时应注意的问题[2]。

1.2  泄洪建筑常见问题

14宗水库的泄水建筑物多为开敞式宽顶堰土溢洪道，在结构上，部分水库只硬化控制段，但其他段保持原土渠，溢洪道上容易长满杂草，或者溢洪道边坡塌落，淤积严重，更有直接不成槽，失去排洪能力。在布置上，这些水库的溢洪道一般都布置在坝肩或者离坝身不远处，进口段未进行有效的护砌，泄洪时一旦发生冲蚀现象，将危及坝肩安全；即使没有发生冲蚀，常年的水流冲刷，也会损害坝肩、坝体结构。有些水库的陡槽末端和排洪渠就设置在坝脚，易危及坝脚安全[3]。这几种情况均对大坝的安全十分不利，为水库的稳定运行留下隐患。

1.3  输水建筑常见问题

该县小型水库输水建筑物管道多为钢筋混凝土管或钢管，大多分布在坝体与坝肩交接的位置，经过多年的运行，都存在不同程度的隐患。水库输水涵管的破坏大致可分为渗漏和堵塞。其中渗漏主要表现为下游出水口周边土体有水渗出；或者关闭闸门后涵管出口依然有水渗出，且出水浑浊或者带泥。输水涵管渗漏不加治理，会发展成管涌、坝体水饱和（液化）、涵管周边土体被掏空滑坡等破坏，最终造成溃坝，是大坝溃坝的重要原因之一。输水涵管堵塞同样不能轻视，它不仅仅是影响下游农田的灌溉，由于小型水库的洪水标准普遍不高，遇上超频洪水的概率高于大中型水库，能提前放空库容迎接超频洪水的输水涵管十分重要，它使得水库具有一定抗击超频洪水的能力，而堵塞造成这一能力丧失，同样给水库带来隐患。

2 加固对策

2.1  挡水建筑加固措施

对于存在渗漏问题的土石坝防渗治理中有一个基本的处理原则：“上堵下排”。

“上堵”即防渗，措施一般可分为水平防渗与垂直防渗两类。水平防渗措施是指在上游河床修筑防渗铺盖，常用的是上铺混凝土铺盖，中间铺设土工膜，下铺碎石砂垫层，该措施在均质土坝除险加固中大量运用。垂直防渗措施主要有：混凝土防渗墙、高压定向喷射灌浆、劈裂灌浆和充填灌浆等。其中防渗效果最好的是混凝土防渗墙和高压定向喷射灌浆，但成本高，若非水库的渗漏问题十分严重，一般很少运用到小型水库的加固中。劈裂灌浆和充填灌浆在小型土石坝中应用较多，对于小范围内的渗漏，充填灌浆能取得较好的效果，但充填灌浆无法形成连续的墙体，对于治理渗透系数偏大及浸润线高的问题效果有限。而劈裂灌浆能形成连续的墙体，起到延长大坝渗径的作用，能有效降低浸润线高度及渗流量，但对施工要求较高[4]。

“下排”即，将坝内的渗流尽快排出，且保护坝土体产生渗流破坏。常用的措施有两种：贴坡排水体和排水棱体。在考虑使用这两种措施前，首先要明确贴坡排水体不能降低浸润线高度，它只起到一个反滤层的作用，而排水棱体能反滤和能有效降低浸润线，很多初次接触土石坝加固的设计师分不清这两者的相同点和不同点，常常认为这是一种措施。对于下游坝坡不稳或者浸润线偏高的可以通过在下游布置排水棱体，降低浸润线，提高坝坡稳定性。对于只是渗透比降大，浸润线不高，下游坝体较为稳定时，可以布置贴坡排水。

通过“上堵下排”使土石坝形成一个完整的防渗体系，能有效改善土体压实度不足，渗透系数偏大的问题。

2.2  泄水建筑加固措施

建于20世纪的土石坝溢洪道多为土渠，加固的时候进行硬化处理十分有必要，进口段布置混凝土八字翼墙和混凝土底板，能理顺进入溢洪道的水流同时保护两侧的山体。若溢洪道靠近坝体，则有必要与上游坝坡的混凝土铺盖连成一个整体，如果下泄流量大的还可以在翼墙、底板与铺盖的连接处布置止水橡胶等防水措施，避免高速水流把铺盖下的坝体土带走。小水库的控制段多为开敞式溢洪道，具有结构简单、管理简单的优点，若溢洪道有通行要求则可以设计成箱涵型式[5]。大中型水库或者下泄流量较大的水库，由于泄槽的宽度大且槽深大，泄槽段多为两侧挡土墙，中间混凝土底板布置。但对于小型水库来说，一般下泄流量小，所以槽宽和槽深较小，可以采用U型槽的型式，不仅能减少开挖量，施工也较为简单。小型水库的消力池大多采用底流消能，结构也较为简单。有的水库由于空间有限，溢洪道的排洪渠布置在坝脚，若无法改道则必须硬化排洪渠。

2.3  输水建筑加固措施

输水涵下游出水口周边土体有水渗出，通常为输水涵管的接触渗漏。接触渗漏是由于涵管壁与土体是两种不同的材质，两者不能完全结合，当管身周围土体填筑质量差，未夯实，或者涵管截水环等措施未按照规范要求设置、施工，容易形成渗漏通道，出现接触渗漏情况。接触渗流也符合“上堵下排”的原则，“上堵”可以在上游坝坡涵管进口附近，开挖出工作面，加设截水环，并在涵管两侧进行充填灌浆；“下排”可以在管出口处布置贴坡排水，避免渗流把土体带走。

关闭闸门后涵管出口依然有水渗出，且出水浑浊或者带泥，通常为涵管破损。若原设计管径大且管通直，在复核管径缩小后仍能满足灌溉需求，则可以选择套管修复。若原管为钢管则可以先考虑采用小于原管100 mm的钢管进行套管。若原管为瓦管或者混凝土管，则可能由于土压力发生沉降造成管线变形，需要考虑采用小于原管200 mm左右的钢管进行套管，套管后还需对新老管间整条管线进行灌浆。若管径太小或者管线变形严重则只能对原涵管进行封堵重新选址新建输水涵。套管加固前必须对管的材质和管线情况探查清楚，否则后期发现无法施工，对工程会造成极大影响，所以作为设计人员前期一定要探查清楚。

涵管堵塞或者无法套管需选择新建输水涵时，若采用破坝开挖，不仅费时费力，还会破坏经过长时间沉降稳定的坝体，而顶管技术能够以极小的创口修复大坝这些无法过多破坏的建筑（顶管施工技术的应用分析），而且对于小型水库来说坝高普遍小，对顶管来说也较为有利。但需要注意的是，顶管对管径大小有限制，一般是要大于800 mm的管径，所以使用顶管技术时要留意。

3 结语

（1）坝体土体压实度不足、土质不均及渗漏问题很普遍。溢洪道多为土溢洪道，容易造成边坡塌落，淤积严重，更有直接不成槽，失去排洪能力；且一般布置在坝肩或者离坝身不远处，未做任何防护措施。输水涵管的问题大致可分为渗漏和堵塞。

（2）在土石坝防渗治理中有一个基本的处理原则：“上堵下排”。通过“上堵下排”使土石坝形成一个完整的防渗体系，能有效改善土体压实度不足、渗透系数偏大的问题。

（3）土石坝溢洪道进行硬化处理十分有必要。若溢洪道靠近坝体，则有必要与上游坝坡的混凝土铺盖连成一个整体。小水库的控制段多为开敞式溢洪道，若溢洪道有通行要求则可以设计成箱涵型式。泄槽段槽宽和槽深较小，可以采用U型槽的型式。水库由于空间有限，溢洪道的排洪渠布置在坝脚，若无法改道则必须硬化排洪渠。

（4）输水涵管接触渗流也符合“上堵下排”的原则。若原设计管径大且管通直，在复核管径缩小后仍能满足灌溉需求，则可以选择套管修复。新建或重建输水涵可以采用顶管技术，它能够以极小的创口修复大坝这些无法过多破坏的建筑，而且对于小型水库来说坝高普遍小，对顶管来说也较为有利。

（5）如今土石坝的加固技术已经十分成熟，对于常见隐患都具有针对性的治理措施，但作为设计者单单运用这些技术进行加固不足以完成一个完善的工程设计，加固设计成果不仅应具有针对性、完整性，还应包含整体性，因为水库本身就是各个建筑物协同工作的整体，它们在结构上相互独立，但在工作上又相互协作。只有在设计过程中引入整体思维才能让设计不仅仅达到够用，而是好用。

参考文献

[1]简从义.某水库枢纽大坝工程除险加固设计要点[J].河南水利与南水北调，2023，52（10）：77-78.

[2]马丹荣，梁炎.垭塘水库除险加固设计[J].红水河，2023，42（5）：61-65.

[3]贾明.黄沟水库大坝除险加固设计研究[J].海河水利，2023（6）：38-40.

[4]杨启贵，周和清，刘加龙.东方山水库大坝管道型渗漏的应急抢险与除险加固[J].人民长江， 2022，53（3）：202-206.

[5]陈志鼎，李晓涵.基于模糊集理论的水库除险加固多目标权衡研究[J].水电能源科学，2021，39（6）：69-72.