我国小型病险水库病害特点及除险加固技术

2011-02-14谭界雄

中国水利 2011年14期

谭界雄，任翔

（长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，430010，武汉）

一、概况

我国现有小型水库83315座，占水库数量的 95.7%。其中，小（1）型 16672座，小（2）型 66643座。小型水库绝大多数建于20世纪50—70年代，受时代背景及技术手段的限制，相当数量水库属于边勘测、边设计、边施工的“三边工程”；相当数量小型水库呈现无管理经费、无管理人员、无安全保障的“三无状态”。经过多年运行，工程普遍存在建设标准低、施工质量差等缺陷，加之长期运行管理不善，每到汛期，出险、溃坝事故时有发生。据统计，1954—2006年，我国发生溃坝的各类水库为3498座，其中小型水库3370座，占溃坝失事总数的96.3%。

由于小型水库普遍存在工程质量和管理落后等问题，严重危及下游人民群众的生命财产安全，小型病险水库治理已引起中央和各级政府部门高度关注。根据国务院常务会议的部署，2012年年底前，完成5400座小（1）型水库除险加固，每座平均投资约450万元；2013年年底前，完成坝高10 m以上、库容20万m3以上的1.59万座重点小（2）型水库除险加固，每座平均投资约240万元；2015年年底前，完成其余2.5万座小（2）型水库除险加固。小型水库具有病险多、溃坝概率高、风险人口多、社会经济与环境影响大、应急机制不完善等特点，应进行全面的除险加固处理。

二、小型水库病害特点

据统计，我国小型水库约95%的水库大坝为土石坝。小型水库建筑物通常包括土石坝、溢洪道和输水涵管等水工建筑物，由于小型水库建设标准低，加之管理不善，经过多年运行，普遍在渗流、结构、抗震、金属结构和安全管理等方面存在问题。小型病险水库的主要病害特点如下：

1.防洪能力不足

我国约35%的小型病险水库防洪标准偏低或泄洪设施不健全，部分水库已出现溃坝险情。防洪能力不足主要表现在：①水库原设计防洪标准低于现行规范要求；②坝顶高程不满足正常挡水要求，洪水漫顶造成溃坝事故；③泄洪设施不完善，如溢洪道断面尺寸不足、渠道淤积致使过流能力降低等。

2.渗流不安全

小型病险水库通常存在大坝坝体与坝基渗漏问题，体现在：①坝体单薄、坝体土料渗透系数偏高、下游坝脚排水棱体失效等，导致下游坝体浸润线偏高，坝坡出现散浸；②坝体沉降变形，造成裂隙发育，渗水沿裂隙集中排出；③由于当时勘探技术水平落后，对坝基和岸坡的地质条件了解不够，未采取有效的截渗措施，库水经冲积层、风化岩层及透水裂隙排出，导致坝基、坝肩渗漏；④下游坝坡发生流土，下游坝脚出现管涌，造成坝体、坝基渗透破坏。

3.结构不安全

（1）土石坝结构安全问题

小型水库大坝经过多年运行，加之管理不善，通常存在以下结构安全问题：①由于大坝坝坡太陡，下游坝体浸润线偏高，坝基分布含水量较高的淤泥层，经复核坝坡的抗滑稳定性不满足规范要求；②坝体填土固结沉降和地下水渗透作用，导致坝体变形，出现裂缝、滑坡、塌陷和护坡破坏等现象。

（2）溢洪道结构安全问题

我国小型水库通常采用开敞式溢洪道，堰型多为宽顶堰，受当时经济条件限制，溢洪道多采用浆砌石结构或未衬砌保护。其病害特点主要表现在：①未布置溢洪道，无法满足水库正常泄洪需求；②结构布置不合理，无法发挥正常使用功能；③进口淤积严重，过流断面偏小，无法满足水库正常泄洪需求；④渠道未衬砌，杂草丛生，导致过流能力降低；⑤衬砌结构破坏，消能设施损毁；⑥岸坡坍塌严重。

（3）输水涵管结构安全问题

我国小型水库大多布置坝下输水涵管，以满足下游农业灌溉要求。由于涵管质量差、基础沉降变形、年久老化失修等多种原因，通常存在洞壁裂缝分布、洞身漏水、取水设施陈旧落后等病害特点。

4.抗震性能差

有些小型水库设计时对地震带来的工程影响考虑不够，未采取有效的抗震措施。遭遇地震时，可能导致坝基或底部坝体砂层液化、坝坡失稳等问题。

5.金属结构老化

相比大中型水库，小型水库金属结构具有规模小、数量少、维护条件差等特点。对于涵管设闸门的水库，由于年久失修，闸门、埋件和启闭机等均已锈蚀老化，致使闸门启闭困难、止水失效漏水等，无法发挥其正常使用功能。

6.安全管理落后

相比大中型水库，小型水库安全管理存在较多问题，主要有：①管理机构不健全，管理人员专业技术素质低，小型水库主要由乡镇分散管理，管理人员技术水平低，部分水库甚至无人管理；②小型水库主要为农业生产服务，水库经济条件差，日常养护与管理经费严重不足，水库长期处于带病或限制运行状态；③管理手段落后，大多小型水库无水库管理房，缺乏监测、交通、通信等设施，给防汛工作留下安全隐患；④跨区管理、产权不明，有些小型水库的所有权与使用权不在一个区域，管理权与使用权不在一个部门，无法实现水库的有效管理；⑤小型水库建设与运行管理的基础资料极少，给日常维护带来不便。

根据我国水库大坝溃坝资料分析，我国小型水库溃决原因主要包括：①洪水漫顶，占49.4%；②工程质量引起的结构缺陷，占32.0%；③运行管理不当，占10.6%；④其他原因（如边坡垮塌堵塞溢洪道、人工扒口泄洪等），占5.6%；⑤原因不明，占2.4%。可见，洪水漫顶和工程质量引起的结构缺陷是影响小型水库安全的主要因素。

三、小型病险水库除险加固技术

1.防洪安全加固

防洪安全加固原则是增大水库的泄洪能力，提高建筑物的抗洪能力。针对我国小型水库特点，可采取以下加固措施：①大坝加高。当坝顶实际高程稍低于计算高程时，可结合坝顶路面改造，上游侧增设高度小于1.2 m的混凝土防浪墙；当大坝欠高不大，经坝体安全论证，可选择坝顶戴帽加高，一般坝顶戴帽加高控制在2～3 m以内；当坝顶实际高程远低于计算高程时，可采取坝坡培厚加高。②提高溢洪道泄洪能力。结合工程实际情况，采取加大过流断面、重建溢洪道等措施。③大坝加高与提高溢洪道泄洪能力相结合。

培厚加高可选择在大坝上游或下游实施。当大坝上游坝坡抗滑稳定不满足规范要求、下游地形条件不允许、库水位较低时，可选择上游培厚加高；当大坝下游坝坡抗滑稳定不满足规范要求、下游地形条件允许、库水位较高时，可选择下游培厚加高；当库水位可降低、坝体存在渗漏问题时，可选择上游黏土斜墙培厚加高坝体。

2.渗流安全加固

小型病险水库渗流问题主要表现在土石坝坝体与坝基渗漏，针对该类问题，通常采取“上堵下排”加固措施。上堵就是沿坝轴线上游侧采取防渗措施，以增强坝体抗渗性能；下排就是做好下游坝脚的排水设施，防止土体颗粒被渗水带走。常用具体措施包括：①坝体沿轴线方向布置高压喷射灌浆、劈裂灌浆或冲抓套井回填黏土防渗墙，墙体下接基岩进行帷幕灌浆；②上游坝坡填筑黏土斜墙或铺设防渗土工膜；③改造或增设下游反滤与排水设施。由于小型水库规模较小，坝体不高，一般不宜采用混凝土防渗墙进行坝体防渗。

3.结构安全加固

（1）土石坝结构安全加固

为了解决土石坝坝坡、坝顶和坝体结构的安全隐患，可采取以下加固措施：①针对坝体裂缝和坝体沉陷问题，可采取黏土充填灌浆处理。②针对坝坡抗滑稳定不满足规范要求问题，可采取帮坡、干砌石固脚等加固措施。③由于小型水库缺少日常维护管理，上下游护坡普遍存在破损缺失情况，有些水库甚至未采取任何坡面保护措施。为了有效保护坝体安全，对小型水库土石坝坝坡进行护坡改造非常重要，上游面可选用混凝土预制块护坡、现浇混凝土护坡或块石护坡，下游面可选用草皮护坡、格构草皮护坡、块石护坡或混凝土预制块护坡等，护坡形式应根据工程重要性合理选用。④绝大多数小型水库坝顶为泥结石路面，路面宽度较窄，为了满足日常运行管理要求，可将坝顶适当加宽，以满足交通要求即可；路面建议优先采用混凝土路面，厚度可为10～15 cm，可防止坝顶水流下渗，改善坝顶形象，并且有利于防汛交通。⑤其他加固措施包括坡面排水设施改造、白蚁防治等。

（2）溢洪道结构安全加固

针对溢洪道存在的安全问题，采取以下加固技术：①对过流能力不满足设计要求的溢洪道，采取适当拓宽处理。②经必要性论证，对过流面裸露的溢洪道，进行清淤衬砌保护，衬砌通常采用现浇混凝土形式。③优化结构布置，尽量避免陡槽段和消能段出现弯道，避免溢洪道坐落于不良地质条件地段。④根据水库运行需求，重新布置溢洪道。⑤其他加固措施，包括原衬砌破损部位修复、完善消能设施、混凝土结构缺陷处理、岸坡修复等。

（3）输水涵管结构安全加固

小型水库坝下涵管往往构成土坝安全隐患，过去涵管结构差异很大，浆砌石管、钢筋混凝土预制管等形式不一，坝体、坝基埋设方式各异，且一般管径小，进人困难。对于存在安全问题的此类涵管，若坝不高，一般可采用开挖重建的改造方式。