小型水库土石坝除险加固问题浅析

王黎平，陆飞宇

（1.长江工程职业技术学院，武汉 430212；2.汉江水利水电（集团）有限责任公司，湖北 丹江口 442700）

我国小型水库大部分建成于上世纪50～70年代，限于当时的技术水平和经济条件，许多水库的质量和建设水平都不是太高。4万多座早期修建的病险水库，几乎有着中国小型水库的所有特征，多采用土石坝作为挡水建筑物，大多分布在农村，具有点多、量大、面广等特点。由于先天建设条件不足、后期管护缺少必需的维护经费，又受加固或整治条件限制养护不善，在几十年的运行中，积病成险，致使这些水库现在出现了不同程度的病险问题。业内人士曾比喻说，这些病险水库不仅严重影响水库效益的发挥，而且严重威胁下游人民群众生命财产安全。而大中型水库大坝常用的一些加固技术、方法在小型土坝中不完全适用。要想达到理想除险加固效果，首先必须对小型水库土石坝的各种病险有一个较为清楚的认识，以便根据不同的实际情况采取不同的技术措施，根据水库工程存在的问题，按照现行规程规范的要求进行加固。笔者主要就小型水库土石坝病险问题进行了分析总结，结合具体工程实例有针对性地提出土石坝除险加固技术措施，为具体实践提供技术参考。

1 主要存在的病险危害和处理措施

据分析查明，一般情况下小型土石坝除险加固主要包括坝体防渗处理、坝顶整治、上游护坡整治、下游培土加厚坝体、坝坡新建排水棱体设施等内容，具体归纳有以下几个方面。

1.1 土石坝裂缝及处理措施

裂缝可以说是土石坝病害中不可避免的普遍现象。土坝裂缝就其成因可分为干缩、冻融裂缝、沉陷裂缝。裂缝有平行坝轴线的纵缝，也有垂直坝轴线的横缝，还有不规则的倾斜裂缝。无论什么性质的裂缝都对土坝有不利影响，威胁土坝的安全，直接影响坝体的稳定性。必须采取措施进行处理。

在进行大坝除险加固时，应对裂缝的范围、位置、长度、宽度、深度、数量等参数进行详细的测定，以便确定其影响程度，从而采取确切的措施。

（1）对均质土坝坝面产生宽度不大的裂缝，深度在1m以内，应沿缝开挖（最好挖槽到裂缝深度以下0.3m）。然后用相同土料从缝口灌入回填，然后回填夯实，在表面再填筑砂性保护层，同时注意新老土层的结合。

（2）如裂缝较宽，裂深在5m之内，裂缝已停止发展，但可能导致坝体穿孔漏水，一般都应开挖后回填，开挖时宜采用梯形断面挖成台阶形的坑槽，在回填时削去台阶，保持梯形断面，便于回填的土料和原坝体紧密结合。

（3）由于不均匀沉陷产生的纵向裂缝，如宽度和深度较小，对坝身安全无较大威胁，可只封闭缝口，防止雨水渗入；如纵向裂缝宽度和深度较大，则应开挖回填处理。

1.2 土石坝的渗漏和处理措施

渗漏一直以来都是危害土石坝安全的主要因素之一，按渗漏的部位一般可以分为坝体渗漏、坝基渗漏、坝端渗漏和绕坝渗漏。按渗漏性质可分为正常渗漏和异常渗漏；按渗漏现象可分为散浸和集中渗漏。如果坝体或坝基的渗漏量较大，不能有效地蓄水，造成蓄水损失，当渗透出逸坡降大于允许值，形成渗透破坏造成土石坝整体或局部失稳。

目前国内对大坝进行防渗加固处理，主要采用充填灌浆和劈裂灌浆两种方法。

（1）充填灌浆。顺大坝轴线方向在坝体中间，左右接大坝两岸坝肩，底部接坝体与坝基接触带布置充填灌浆防渗体，利用浆液自重将浆液注入坝体隐患处，以堵塞洞穴和裂缝，使原坝体密实，达到填充坝体隐患的目的，解决坝体渗透性过大的问题，提高坝体的防渗能力，亦增强了下游坝坡抗滑稳定性。浆液采用水泥黏土浆，灌浆深度和孔距布置满足规范要求。灌浆管上端孔口压力应根据地质条件，按照规范确定。

（2）劈裂灌浆。在土坝中沿坝轴线布孔，采取劈裂灌浆，使钻孔内的浆液在一定灌浆压力作用下，使坝体沿坝轴线小主应力面劈开，将直径较小颗粒组成的浆液渗透到土体颗粒的空隙内。泥浆使坝体湿化，与浆脉连通的所有裂缝、洞穴等隐患均可被浆液充填密实，增加坝体的密实度。最后形成10～50cm厚的密实、竖直、连续泥墙，以达到防渗目的。劈裂灌浆不仅起到防渗作用，也加固了坝体。

1.3 滑坡及其处理措施

土石坝运行过程中坝坡在重力和其他作用力作用下都有向下和向外移动的走势。土石坝滑坡是多种因素共同作用的结果，如坝坡太陡，施工土体压实不够，坝体、坝基土的抗剪强度不足，外界因素扰动等，坝坡内岩土形成的滑动力超过了坝坡抗滑力的抗剪强度就会失稳而发生滑坡。滑坡处理有如下措施。

（1）放缓坝坡。因边坡过陡所引起时则应适当加大坝体断面放缓坝坡。放缓后的坝坡，必须建好坝趾排水设施。

（2）开挖回填。因施工质量差引起的滑坡，彻底的处理方法是开挖回填，将滑坡部分土体全部挖除后，再用好土填筑压实。如坝体内部有软弱土层，最好将其同时清除回填。开挖回填后，同样要做好坝趾排水设施。

（3）压重固脚。在滑坡坡脚增设砂石体镇压台或滑坡体下部做压坡体等加固坡脚。以增大其抗滑能力。

（4）清淤导渗。如坝基有软弱夹层，软黏土层，背水坡因排水失灵导致浸润线抬高以致坝坡土体饱和，彻底处理的办法是将淤泥或软弱土层全部清除。用透水性强的土料自下而上修复，再开挖导渗排水沟排水，同时在坝脚用砂石料作压重固脚，增加抗滑能力。

1.4 护坡损坏及其处理措施

（1）护坡损坏

我国已建土坝多数的迎水坡为干砌石块护坡，背水坡为草皮或干砌石护坡。护坡毁坏原因比较复杂，如：坝体碾压不实、护坡垫层设计与施工砌筑不合格、运行后受雨水、波浪水流冲刷、坝体不均匀沉陷、动植物生长活动影响和块石风化变质等原因。这些大都存在不同程度的毁坏，严重的将威胁大坝的安全。处理措施如下。

（1）迎水坡。常用的方法有浆砌石局部翻砌、全面浆砌块石或现浇混凝土护坡、坝面塑膜保温、加厚反滤垫层、填补翻修等。

（2）背水坡。清除原有坡面杂草及腐殖土，按设计坡比自下而上，水平上升，分层补土筑坡并翻压。新土要与原坝坡土粒料进行搭接，层土层压，提高密实度，增强坝坡抗滑稳定能力。

2 土石坝除险加固工程实例

2.1 工程概况

某水库建于上世纪60年代初期，属小（2）型水库，工程属V等，大坝等主要建筑物为5级，大坝为黏土心墙坝，实测坝顶长107m，坝顶宽4.5m，最大坝高25.70m，心墙顶部高为24.70m。大坝上游无护坡，无平台，坡比自上而下为1∶2.4、1∶2.5；大坝下游坡比较陡为1∶1，下游坡表面现铺有0.6m厚的干砌石护坡，坡面不规则，坡度中间没设马道。坝上下游填料为代料土。下游坝脚也没有单独设反滤体排水设施。

2.2 除险加固缘由

依据水利部《水库大坝安全鉴定办法》中的有关规定，组织专家对该大坝进行了安全鉴定。鉴定后评定，水库已运行多年，大坝的固结沉降已基本完成，大坝变形已基本稳定，坝体表面无明显裂缝。但由于历史条件限制，上游坝坡无护坡，下游坝坡无排水设施，大坝坝体和左坝肩有渗漏现象；工程存在较大的安全隐患。按照病险类型划分，属于具有坝体渗漏问题比较严重的病险水库。为保证大坝的安全，应对大坝坝体进行防渗加固处理。

2.3 整治方案

根据专家提议，大坝加固包括坝体防渗处理、坝顶整治、上游护坡 整治、下游培土加厚坝体、坝坡新建排水棱体设施等内容。

（1）大坝坝体。

采用劈裂灌浆进行防渗加固处理。

（2）坝坡整治。

大坝下游坡比为1∶1，坝坡较陡，对下游采用培土加厚的方案，使下游坝坡坡比达到1∶1.8。填土料为块径小于10cm的黏土，土体天然含水量尽量接近土体最优含水量。土料摊铺层厚控制在30～40cm以内，土料碾压密实性应遵循有关规范的填土压实度控制，碾压遍数应以现场碾压试验结果为准。工程控制标准填土干密度必须大于等于1.65g／cm3。坝体填土渗透系数必须小于1×10＇下游坝坡培土，加厚后用干砌块石护坡，护坡厚0.35m。

（3）坝顶整治。

坝顶公路为大坝防汛的主要交通道路，现状坝顶为土路面，不能满足防汛交通要求。在坝顶修建泥结石路面，泥结石路面厚20cm，坝顶上、下游设尺寸为20×45cm混凝土路肩石，改善坝顶交通。

（4）上游护坡整治设计。

水库常年蓄水为20m左右，从18m处新建至坝顶上游护坡。具体为铺砂石垫层10cm，干砌块石护坡，在护坡脚下设混凝土脚槽。设置现浇混凝土踏步1处。

（5）下游坝坡整治。

水库下游坝坡为了改善下游坝坡渗透条件，防止下游坝坡遭受渗透和冲刷破坏，下游坝新建顶部高为2.5m坡排水棱体。排水棱体由干砌石、20cm厚级配碎石、20cm厚中粗砂组成，布置在整个下游坝坡。

（6）下游坝面排水。

在下游坝面踏步右侧设置尺寸20×20cm横向排水沟，排水沟采用素混凝土结构，大坝两侧沿坝脚设尺寸30×40cm岸坡排水沟。

3 结 语

小型水库大坝安全除险加固是一项长期的任务，由于土石坝分布范围广泛，而各地环境条件各异，应对每一具体水利工程病险进行详细的分析。包括病险情况、除险加固要求、工程费用等各方面的因素。应根据当地具体环境条件选择经济合理、技术可靠的土石坝除险加固方法。

［1］党雪梅.土石坝除险加固设计［J］.技术监督，2010，18，（5）.

［2］顾淦臣，束一鸣，沈长松.土石坝工程经验与创新［M］.北京：中国电力出版社，2004.

［3］陈 斌，等.小型土坝防渗加固处理问题探讨［J］.中国水利，2011，（8）.