湖南省小型水库土石坝涵管渗漏原因及处理方法调查研究

2016-02-14付仕余梁经纬

湖南水利水电 2016年6期

关键词：病险石坝除险

付仕余梁经纬

（1.湖南省水利水电科学研究所长沙市410007；2.湖南省大坝安全与病害防治工程技术研究中心长沙市410007）

湖南省小型水库土石坝涵管渗漏原因及处理方法调查研究

付仕余1，2梁经纬1，2

（1.湖南省水利水电科学研究所长沙市410007；2.湖南省大坝安全与病害防治工程技术研究中心长沙市410007）

坝下涵管是土石坝的心血管，其质量好坏直接关系到工程安全。文章通过对湖南省751座小型病险水库土石坝坝下涵管进行检查，分析总结了坝下涵管渗漏的主要原因，并对现有坝下涵管渗漏处理方法进行了对比分析，针对不同坝高提出了经济合理的处理方法，为湖南省小型水库土石坝坝下涵管除险加固工程实施提供了技术支持。

小型土石坝坝下涵管渗漏处理方法调查研究

引言

湖南省共有大中小型水库14 121座，其中建国以来30年建成的占90%，小型水库占97%，土石坝近90%，经过多年运行这些工程或多或少存在一些问题，为此国家投入巨资，对全省病险土石坝进行除险加固，消除病害，确保安全运行。尽管如此，众多土石坝的安全隐患仍未得到根除，特别是涵管老化、渗漏问题，不仅影响工程经济效益，甚至可能导致垮坝，给人民生命财产及国民经济造成极大损失，甚至影响社会稳定。

涵管是指在土石坝下面埋设洞形或管形的建筑物，是水库、湖泊、山塘灌溉、供水、放空的重要输水建筑物，是土石坝的心脏，其质量直接影响土石坝的安危。坝下涵管经过多年运行部分或已完全堵塞，失去或影响其输水功能，但更多的是产生渗漏，从而带走土石坝体填筑土石料，影响或严重影响工程的安全运行。湖南省土石坝涵管问题突出，数量巨大，但加固改造资金有限，对土石坝涵管渗漏原因未进行深入研究，涵管除险加固技术很多，但尚缺乏理论基础，难以在全省推广应用。

为了解湖南省小型水库土石坝涵管运行情况，本文对湖南省14个市（州）751座小型水库坝下涵管进行了调查，分析总结土石坝涵管渗漏的主要原因，并对湖南省现有涵管除险加固处理措施进行评价分析，在此基础上针对不同坝高提出经济合理的处理方法。

1 湖南省小型水库土石坝涵管运行情况调查

为了解湖南省小型水库土石坝涵管运行情况，在2015年12月～2016年3月底期间，湖南省大坝安全与病害防治工程技术研究中心分3个小组对全省14个市（州）的89个县（市、区）751座水库坝下涵管进行了检查，各市州检查水库数量见附表。检查结果表明，65%的水库大坝涵管存在堵塞现象，失去或影响输水功能；22%的坝下涵管存在渗漏问题，其中5%存在集中渗漏现象；仅有13%的水库大坝涵管还能继续使用。

2 涵管渗漏原因分析

湖南省大多数小型水库[特别是小（II）型水库]涵管采用砌石（砖）管、竹筋混凝土管、混凝土预制管和钢筋混凝土管等；由于建设年代久远，大部分工程建设标准低、施工质量差，加上运行多年后工程老化、管理不善和年久失修等，致使涵管发生老损、断裂、产生渗漏，甚至大量漏水，集中渗漏带走土石堤坝体填筑土料，将严重影响工程的安全运行，且土石堤坝搭配的涵管内径通常较小，相当一部分无法进人检修，大部分需要整体更换。

附表湖南省各市州检查水库数量统计表

3 涵管渗漏处理方法对比分析

根据调查，湖南省涵管渗漏处理方法有明挖法、顶管法、软衬法、定向钻法等施工方法，其优缺点如下：

（1）明挖法:是破坝开挖土体的一种施工方法，根据涵管的埋设深度以及土坝土体的物理力学性质，确定开挖截面，将坝体涵管底以上的土体全部挖除，拆除破旧的老涵管，再按设计要求进行新涵管的浇筑（铺设）。

该方法对土坝的扰动较大，同时开挖断面大，土方工作量大，施工工期长、工序多，季节性强。另外，明挖法在施工过程中若遇雨天则不能施工，即使在冬季施工，若遇连续下雨，土体水分饱和，也将面临滑坡塌方的危险，如果施工进度计划控制不好，还会影响工程质量，危及汛期工程的安全度汛。目前土石堤坝涵管更换一般采用明挖法（即“切坝换涵”）。

（2）顶管法:是在土坝下游侧开挖一部分坝体，构筑顶管工作坑及支承顶墩，用经纬仪和水准仪校正方位和高程后，用液压千斤顶将钢管逐节顶进土坝形成输水涵管的施工方法。

顶管法采用机械化施工，不需破坝，工艺简单，施工方便，基本不受雨季的制约，施工速度快，效果好，对原坝体基本不产生整体扰动，对周围建筑物不产生破坏。但工程造价比明挖法无明显优势，且顶管施工工艺对涵管强度要求高，通常只能采用钢筋混凝土或水泥管，易发生动水侵蚀，使用寿命有限，且水力条件较差。

（3）软衬法:是先对采用软衬法施工的涵管内部进行清理，用速格垫预制为内衬垫，用机械设备牵引入涵管，然后注水或充气将衬垫撑起。采用高徽浆等灌浆材料将速格垫与管道之间的空隙填充。高徽浆等灌浆材料固化后，速格垫便与管道内壁锚固在一起，形成内衬结构，起到防渗维护作用（附图）。

附图软衬法示意图

该方案具有如下优势：速格垫是一种高分子树脂材料，性能稳定，经科学配制，即使在特别恶劣的环境下，也能保证产品安全持久的密封性能；突出的耐化学腐蚀性能与优良的耐磨性能，使用寿命长；良好的抗撕裂性能与良好的抗热变形性能，能够适应二次变形；优良的抗压与性能高密度防渗透性能，防渗效果显著；内衬表面光滑，糙率系数小，可提高输水能力；施工无需开挖土方，快捷省工；但工程造价比明挖法无明显优势，且软衬法要求涵管本身的结构强度满足安全要求。

（4）定向钻法：属于非开挖牵引技术，是传统管线施工方法和油田定向钻井技术的结合，多用于河流和水道的穿越、大型油气管网建设、城市燃气和供水工程等，如西气东输等国家重大工程建设中均应用了该技术。定向钻法具有以下特点：速度快，不受场地、季节限制；精度高，易于调整方向；投资省，工程造价比普通施工方法低。

4 不同坝高相应的处理措施

根据全省调查分析，笔者认为以上施工方法具有一定的适应性，建议在小型病险水库土石坝坝下涵管除险加固处理中，选择相对合适的施工方法，对工程质量、进度和经济效益将产生一定的影响。就不同坝高而言，经综合分析，坝高5 m以下的，可以采用明挖法，定向钻法、顶管法亦合适；坝高（5～15）m的，采用定向钻法、顶管法优于明挖法；坝高15 m以上的，采用顶管法、软衬法比较合适；有比较紧迫的进度要求，且涵管本身的结构强度满足安全要求的，采用软衬法比较合适。