小型水库放水涵管常见的病险问题及加固处理措施

范连志

(水利部水利建设管理总站 北京 100038)

张小会

(水利部综合事业局 北京 100053)

1 概述

水库作为我国防洪保安工程体系与水利基础设施的重要组成部分，多年来在防洪、灌溉、供水、发电、改善生态环境等方面发挥了巨大的作用。截至2009年底，我国共有86353座水库，数量居世界之首，其中小型水库81847座，约占全国水库总数的95%。这些小型水库大部分建成于20世纪的50～70年代，受当时经济条件、技术水平、建筑材料、管理体制等方面的限制，绝大多数小型水库是土坝，且放水设施大多采用了涵管取水型式。由于建设标准低、工程质量差，加上管理设施和手段落后等原因，大部分涵管已出现各种各样的病险问题，威胁大坝的安全运行，影响水库效益的正常发挥。

2 放水涵管常见的病险问题

调查结果显示:全国各地水库放水涵管常见的病险问题有断裂、漏水、堵塞、气蚀等，其中漏水和断裂现象最为普遍。

2.1 涵管断裂

涵管断裂会破坏涵管结构，产生漏水，引起土坝渗透破坏。涵管断裂的原因主要如下:

a.基础处理不当。当涵管处在两种或两种以上沉陷量不同的基础上时，由于涵管基础未经加固处理或处理不当，一旦产生不均匀沉降，极易引起管身断裂。还有不少涵管铺设在未经处理的软基上，即便是比较均匀的软基，也往往由于涵管上部坝体填筑高度不同，所受到的荷载相差较大，极易产生不均匀沉降，使管身产生裂缝，甚至断裂。

b.本身结构强度不够。很多涵管选用材料不当，施工质量较差，导致本身结构强度达不到要求。尤其是一些混凝土管由于采用的水泥质量低劣、骨料级配不良、均匀性和密实性差等原因，经过一段时间运行后，管壁出现混凝土碳化等现象，使管身承载能力大大降低，从而出现裂缝，甚至断裂，并导致渗漏。

c.无压涵管有压运行。小型水库涵管大多设计成无压涵管，但由于管理运用不当，甚至汛期参与泄洪，加大放水量，使涵管满水有压运行，造成管身断裂。

d.未设置伸缩缝。有一些涵管管身较长，但未设置沉陷、伸缩缝，温度变化使其产生裂缝和断裂。

2.2 涵管漏水

涵管除因断裂引起漏水外，还经常发生无断裂漏水。涵管漏水主要分为沿管壁外的纵向漏水和穿管壁的横向漏水。

a.纵向漏水。多是由于管壁周围土体填筑质量差，夯压不实，使管外壁填土和管壁结合不严密，管壁与土壤等结合处存在一个层面，蓄水后，水在压力作用下沿层面渗透产生的接触渗漏，逐步形成渗漏通道。特别是通过心墙、斜墙等防渗体的部分，是纵向漏水易发的部位。另外，由于未设置截水环或截水环损坏，导致渗径缩短，使管外壁和土体间易产生接触渗漏。

b.横向漏水。多是由于涵管存在断裂、伸缩缝填料老化、接头处理不当、存在冷缝等问题，高压水流沿着这些薄弱环节渗水。一般情况下，涵管内壁漏水处有结晶物析出或锈斑出现，严重时产生射流。

2.3 涵管堵塞

涵管堵塞主要发生在断面小、强度低的放水涵管。由于断面较小，时常被块石、树杈、淤泥及其他杂物堵塞，也常因木、瓦、素混凝土等结构承载能力低而被外力压破堵塞。管理不好的常年被堵死，不能放水。这种涵管堵死后，清理非常困难。

2.4 气蚀

气蚀形成的原因主要是由冲击应力造成的表面疲劳破坏。多是由于涵管进口形状不当、无压变有压等原因，导致水流流态不顺及多变，水流在与管内壁接触处的压力低于它的蒸汽压力时形成气泡，或溶解在水流中的气体析出形成气泡，当气泡受压力变化溃灭时产生极大的冲击力和高温，管内壁长期反复经受这种冲击力，材料发生疲劳脱落，使表面出现小凹坑，进而发展成海绵状破坏。气蚀严重时，甚至可形成大片的凹坑。

3 主要除险加固措施

放水涵管病险如不及时治理，将引发险情，造成安全事故。治理涵管病险时，应根据涵管结构强度、断面大小、出险部位及原因等综合考虑。涵管常见病害的处理多用贴补、内衬、灌浆、加固地基及封堵原管另设新管等方法。

3.1 断面较小涵管的处理措施

对于断面较小的涵管，可从放水口开始沿管轴线向下游开挖至病险相应部位，再视病险情况分别采取外包加固、部分拆除、废除新建的办法进行处理。如由于涵管缝裂漏水使坝体产生渗透破坏(如跌窝)的浆砌石、混凝土结构涵管，其病险处结构一般未遭破坏，可采用外包混凝土等措施加固处理。如病险处涵管结构已遭破坏，则可拆除该部位老管，浇筑钢筋混凝土新管。蓄水运行后，如继续产生漏浑水、跌窝等病险，说明老管已无法使用，则可拆除重建。但是对于那些强度低的木、瓦、素混凝土、钢丝网薄壳等结构涵管，一般只能废除新建。

3.2 断面较大涵管的处理措施

对于断面大、人能进去施工的涵管，一般可采取打孔灌浆、化学补强、内衬加固等措施进行处理。涵管漏水，一般采取沿漏水点钻孔灌入水泥浆封堵的办法就可以解决问题。对于少数断面允许缩小的涵管，可先对涵管进行全断面混凝土内衬加固后，再采取顶水灌浆止漏等办法。也可采用钢板内衬加固处理。对于因裂缝、伸缩缝引起的漏水，可采用化学贴补即环氧砂浆或丙乳砂浆贴橡皮、玻璃丝布等补强止漏或重置伸缩缝止水料的办法处理。

3.3 气蚀涵管的处理措施

对于涵管气蚀，可采用环氧树脂基液和环氧树脂砂浆补平，也可采用丙乳砂浆进行修补。

3.4 淤塞涵管的处理措施

对于断面非常小、无法进人施工的堵塞涵管，根据堵塞体在涵管内位置的不同，可采取在涵管出口和潜水员在涵管进口捅击堵塞体等办法处理。否则，只能废除新建。

3.5 废弃涵管的处理措施

对于无法进行加固或加固不彻底的涵管，一般采用封堵原管、另设新管的方法。新建涵管应尽量避开大坝，建在坚实可靠的山岩或地基上，如果确需在大坝下穿过，应处理好与大坝坝身的接触面。新涵管建成后，应对老涵管进行处理，一般采用封堵的措施。封堵涵管的方法主要有混凝土堵塞法、逆向灌浆法、平行灌浆法、十字灌浆法等。封堵长度通常以接近涵管长度的1/3为宜。

4 结语

放水涵管作为小型水库的重要组成部分，其安全问题不容忽视，必须加强检查，及时发现问题并认真进行加固处理。尤其是在当前我国实施大规模小型水库除险加固之际，更应该抓住机遇，消除险患，保证水库的安全运行，充分发挥水库的效益。