基于小型水库坝下涵洞除险加固技术研究

黄浩生

摘 要：首先介绍坝下涵洞的除险加固技术，详细分析坝下涵洞的除险加固技术，以供同行设计和施工参考。

关键词：小型水库；涵洞；加固；防渗

1 坝下涵洞的除险加固技术

坝下涵洞作为水库灌溉和排水的输水建筑物，是水库枢纽工程的重要组成部分。由于受水库兴建时的历史条件制约，坝下涵洞普遍存在清基不彻底，基础防渗措施不到位；涵身结构多为三合土砌石或者粘土烧制的瓦管，强度低；涵洞接长时结合处理不好；放水闸门止水容易损坏；涵洞与填筑土体间结合不密实等问题。导致了涵洞出现以下病险特点：主要是因基础不均匀沉陷导致的洞身断裂损坏；因沿洞外壁的接触渗漏冲刷或坝体变形导致涵洞损坏；因涵身强度低引起破裂；因止水设施破坏引起渗漏。由于原设计和施工资料严重缺失，且涵洞属隐蔽项目，深埋在坝下，洞身尺寸又小，其病险情况存在的部位和严重程度难以查明，只能根据进出口水流的变化情况作出判断，而病险在高库水位时一旦发展对坝体威胁极大，故水利行业中将坝下涵洞的病险称为“大坝心脏病”，所以对涵洞病险“恰到好处”的除险加固是必要和关键的。

2 坝下涵洞的除险加固技术

坝下涵洞除险加固首先要查明涵洞存在的病险问题，是否存在沿洞外侧的接触渗漏问题，是否存在洞身纵、横向裂缝，涵洞结构强度是否满足要求，进口消力井尺寸是否满足消能要求，放水卧管是否存在开裂，止水设备是否老化脱落，出口水流是缓流还是紊流，洞内漏水要分清是进口闸门漏水还是洞身漏水等情况，针对不同的情况提出相应的处理措施。通常的处理措施有两种：第一种，洞顶最大填土高度小于10m 的涵洞病险处理。当水库易放空、置换土料丰富时一般采用在原址开挖重建涵洞的方案。也可对原涵洞封堵，采用新建虹吸管的方案；第二种，洞顶最大填土高度大于10m的涵洞病险处理。对结构没有大问题，洞径大于500mm×500mm 的涵洞，进行加固和防渗处理时，采用进口开挖后重新回填黏土夯实防渗、涵身反压灌浆、洞内衬钢管并回填灌浆的方法；对结构破坏严重，或坝中断裂错位的小管径涵洞，须采用封堵原涵洞，新开隧洞或新建虹吸管的方法。

2.1 涵洞内防渗处理技术

涵洞内部渗水一般发生在心墙后，随着坝体浸润线的显著下降，涵洞内的水头高出浸润线，发生内水外渗，管径较大可以进人的涵洞，可采取丙乳或其他聚合物水泥砂浆抹面或嵌缝处理，严重的可采用套管法或钢衬加固原涵洞。

套管法是在原涵洞内安装1根或多根（一般不超过3根）直径小于原涵洞且能满足过流要求且便于施工的管道。套管安装就位后将两端封堵，原涵洞与套管之间的空隙填充微膨胀混凝土，同时在涵管的进口段开挖后重新回填黏土夯实，做防渗的工程措施，黏土中可掺入 15%左右的水泥以提高防渗性能。在涵管出口段应填筑导流的反滤料将渗水导出。如某县小（Ⅰ）型楼湾冲水库涵洞内埋管处理涵洞漏水就比较成功。钢衬法是将厚度为（8～10）mm 的钢板焊接成涵洞断面形状，在保证过流要求下，钢衬与涵洞间预留（30～50）mm 的空隙，通过钢板上预留的灌浆孔，涵洞与钢衬之间的空隙填充微膨胀混凝土，使钢衬与原涵洞形成一个整体。灌浆孔直径为100mm，间3m，呈梅花形布置，径向设置 3 个孔。

2.2 涵洞进水口防渗处理技术

小型水库坝下涵洞进水口建筑物有分级卧管式、斜拉闸门式和塔（井）式，主要是前两种居多，着重介绍前两种形式。 进口渗漏原因一般是卧管出现裂缝、闸门止水设施老化破损或者闸门变形、启闭拉杆变形引起闸门开启和关闭困难等等引起的漏水现象。处理技术相对简单而且彻底的办法是拆除重建和更换。需要注意的是卧管与消力井之间、消力井与涵洞之间要求设置伸缩缝及止水，以避免因不均匀沉降而引起的沉降裂缝。

2.3 涵洞原址开挖重建及多涵合并技术

开挖重建涵洞方案是较为彻底的处理方案，新建涵洞基础必需是基岩或原状土基，并要求基础均一，地基承载力应满足设计要求。如果基础有部分是土基，有部分是岩基，则在土基与岩基交界处应设置沉降缝。原址开挖重建既有利于对原涵进行彻底挖除，减少土方开挖工程量，又能满足与原灌溉水系的顺接。但由于是在原址重建，必须维持原死水位不变，故新建的涵洞（洞顶填土小于10 m多用涵管）只能采用上埋式（也称平埋式），这种埋管形式大大增大洞顶上土压力，对管身是最不利的，提高了涵洞结构要求。为了减少洞顶土压力，在保证涵洞施工作业面及导流需要宽度的情况下尽量减少开挖的宽度。《碾压式土石坝设计规范》规定，先填筑坝段的横向坝坡土料不宜陡于1∶3。故重建后涵洞回填时的横向坝坡应达到 1∶3，以保证坝体不出现新的横向裂缝。靠山体侧由于开挖困难，一般开挖到原状山坡，在坝体心墙处对应于涵洞截水环位置开挖伸入山体的截渗槽，深度不小于1m，开口宽度不小于3m，以达到机械压实要求。

新建涵洞为管涵时，要求新涵管径≥800mm，以满足进人检修要求，为保证涵管质量，应从正规生产厂家采购预制成品管，管顶承压应满足管顶填土深度要求，管座包角不小于 180°，大多采用全包。涵管安装时，为有利施工和保证涵管施工质量，管座分成二期施工，一期只施工基座 30cm 厚。新建涵洞为箱涵时，在保证引水流量下，同时也应满足进人检修要求，涵身沿轴线方向每 10m 长设置伸缩缝一道，采用铜片或橡胶止水，箱涵施工缝处要求采用不锈钢板止水。涵洞与进口消力井之间应设置沉降缝，并采用铜片止水。涵洞沿洞身在大坝心墙（或坝轴线）上游侧一般设置三道截水环，截水环与洞身无缝连接。根据坝型和上堵下排的原则确定截水环的位置，对于粘土心墙坝（或斜墙坝）一般设置在涵洞与防渗体相交处；对于均质坝，一般设在上游坝坡 1/3处和坝轴线部位。底板以下及洞身靠山体侧基槽开挖尺寸应基本符合截水环尺寸，超挖部分用同标号混凝土回填。为了减少坝下涵洞的个数，杜绝坝体隐患，在加固时常将原坝内的取水高程不同的多处病险涵洞合并，选其中一处合适的原址重建。涵洞尺寸既要考虑灌溉引水要求，又要考虑进人检修要求。在涵洞出口按需要设置连接竖井及节制闸分流与原各渠道连接，但设计时应考虑涵洞受内水压力的强度要求见图 1。

由于涵洞采用了上埋式，故为了防止沿管壁的接触渗漏，需在涵洞外壁沿洞周填筑一层防渗材料作为涵衣，厚度不小于2m（涵身两侧根据开挖要求确定，防渗体位置适当加宽），可选用黏土，建议黏粒含量 30%左右，必要时可掺入 5%～15%的水泥，要求填土料压实度按不小于 96%控制，渗透系数按心墙标准不大于 1×10-5cm/s。填筑前要求在涵身外壁涂刷一道黄泥浆，确保填筑土与涵身紧密结合。夯实机具采用蛙式打夯机连环套打。最后还应注意在涵洞出口处设置一道排水反滤体墙。

2.4 涵洞封堵技术

对于坝高较高、库水放空不易的坝下废弃涵洞，根据涵洞本身的病险特点，对其制订切实可行、彻底有效的封堵方案是必要的。总的封堵原则是“堵前不堵后”，确保心墙（或坝轴线）上游段封堵密实，进口堵头是重点，中间截断老涵构筑一道超出原涵横断面的混凝土或黏土截渗墙是封堵的关键。下游段涵身如无较大渗漏点可不处理，有渗透点则用混凝土充填，老涵出口留出一段设置反滤墙，可起到排水减压的作用。

根据涵洞病险特点，上游进口段承受的水压力较大，渗漏很严重的，在封堵时需考虑开挖拆除上游段（包括消力井）长（15～20）m 回填黏土至原坝坡，上游边坡较缓时，挖除长度取大值，反之取小值。在剩下的涵洞上游进口设置倾向下游的 C20 混凝土塞截渗墙，墙厚1.0m，尺寸超出涵洞四周外壁各1.0m，顺涵洞轴线方向伸入涵洞内（0.5～1.0）m。 靠洞顶预埋 2 根钢管，一根是注浆用，另一根是排气用。在坝顶涵洞轴线位置利用冲抓造孔设备将涵身撞碎抓掉，并伸入涵洞基础1.0 m，采用浆砌石封堵与冲抓孔相接的涵身长1.0 m，再套井回填黏土，可掺入5%～15%的水泥。

冲抓孔沿涵洞轴线方向最小设置 3 排（根据坝顶宽度确定，奇数布置），垂直轴线方向布置 3 排，孔距与大坝单排冲抓套井孔距一致。也可以考虑倒挂井成孔的技术，直接挖掉孔内涵身，在坝顶或心墙位置设置一道 C20 混凝土截渗墙，并预埋灌浆管和排气管，与进口截渗墙埋设的灌浆管和排气管一道完成对心墙上游段未拆除段涵身内的灌浆封堵，封堵采用自密实微膨胀 C20 泵送混凝土。针对该段涵身存在的沿涵洞外壁的接触渗漏，可考虑采用前面介绍的相关技术。

3 结语

就小型水库坝下涵洞的病险特点进行了充分详细的分析，对除险加固技术进行了较为系统的探讨，特别是涵洞的拆除重建和废弃涵洞的封堵技术，多年的设计与施工经验，并结合专家前辈的建议进行总结而来，希望能给同行们的设计和施工中提供参考。

参考文献

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[2] 王飚.浅议小型病险水库涵洞封堵[J].湖南水利水电，2010，5.

[3] 朱晓玲.中小型水库坝下涵管除险加固设计重点[J].人民长江， 2011， 42（9）.