土石坝坝下埋涵（管）除险加固与运行管理

秦超

（山东省水利工程管理局，山东　济南　250014）

土石坝坝下埋涵（管）除险加固与运行管理

秦超

（山东省水利工程管理局，山东济南250014）

在水库枢纽工程中，占有相当数量的坝下埋涵（管）结构，常常存在着开裂、渗漏等现象。本文全面阐述了土石坝坝下埋涵（管）定义、分布、病险问题，提出了除险加固与运行管理等方面措施。

坝下埋涵；渗透破坏；加固措施

坝下埋涵（管）是指埋设在土石坝坝体下的输、泄水管道，又称坝下涵管或坝下涵洞。坝下埋涵（管）可用于引水、泄洪、冲沙、放空水库及施工导流等。坝下埋涵（管）由进口、管身和出口3部分组成。按洞身结构断面，可分为浆砌石廊道式、浆砌石方涵式、钢筋混凝土管等3种形式；坝下埋涵（管）按洞内水流形态，可分为无压涵管和有压涵管2种形式；按控制水流位置，可分为坝前控制和坝后控制形式。涵（管）进口有塔式进水口、斜坡式进水口、分层式进水口和卧管式进水口等布置形式，一般在进口设置闸门控制流量，以便检修管道。有压管道多采用圆形混凝土管，如需要承受更高的内水压力时，可采用预应力钢筋混凝土管。

1　坝下埋涵（管）分布情况及存在问题

山东省共有大、中、小型水库6 424座，其中有5 961座土石坝，占各类坝型的92.7%，98%的土石坝存在坝下埋涵（管）结构。2008—2015年，山东省先后实施了大规模除险加固工程，累计加固病险水库5 316座，占总数的82%，根据安全鉴定结果统计，病险水库中有80%水库坝下埋涵（管）存在不同程度病险问题，主要病险问题分两个方面：结构破坏和渗透破坏。结构破坏是涵（管）整体结构受到破坏，出现结构自身坍塌、管道破裂、移位、裂缝等；渗透破坏，根据渗流水方向分两类：一类为垂直于洞壁方向的。由外到内，由坝体内渗水通过涵（管）的裂缝、接头处进入涵（管）；由内到外，坝后控制的涵（管）内压强等于库水位产生的压强，涵（管）内形成有压管道，若结构出现裂隙，将形成从结构内向结构外坝体内的反向渗透。另一类为沿洞壁方向的，沿涵（管）与坝体之间层面进行渗流，严重时形成接触冲刷，导致渗透破坏。

2　存在病险的原因分析

2.1结构破坏

导致坝下埋涵（管）坍塌、破裂、移位、裂缝等结构破坏的因素有很多，从结构自身、上部填土、下部基础等三个角度进行分析原因。

1）结构自身。涵（管）选取材料不当或施工质量较差，以及常年冲刷、老化等原因导致本身结构强度达不到要求。

2）上部填土。对土石坝坝下埋涵（管）上部土压力会对结构造成不均匀沉降，引发结构裂缝甚至断裂等，但这类现象大多发生在坝高较大的土石坝中，特别要注意坝体加高对埋涵的影响。

3）下部地基。由于涵（管）基础清理不彻底，未开挖至岩石基础，涵（管）基础坐落于结构松散、质地不均匀的土层上，易产生不均匀沉降，导致坝下埋涵受力不均匀而破坏。

2.2渗透破坏

1）漏水现象。垂直于涵（管）壁方向的漏水是由坝体渗水通过结构裂缝进入涵（管）中，压力小时，会出现渗流、滴流，压力大时出现射流。

2）接触冲刷。由于土石坝坝体填筑差、压实度不够，或涵（管）无截渗环，或涵（管）出口反滤措施破坏等原因，坝前水头较大时，水流会将沿着涵（管）外壁与坝体之间的接触面进行渗透，使涵（管）与坝体填筑料剥离，沿着涵（管）外壁与坝体之间的接触面形成渗漏通道，造成渗透破坏。

3　加固措施

3.1原坝址上加固

1）开挖回填。对结构破坏严重，又无法废弃或其它替代方案，需要对坝下埋涵（管）在原址处进行开挖重建。开挖回填能够准确的找到涵（管）破坏的原因，更加合理提出整治和恢复的方案，全面彻底解决病险问题。

2）内衬管法。在原有涵（管）再套入一根较小直径的管道，两管道之间充填砂浆。管道材料有钢管、夹砂玻璃钢管、高强度的塑料管。该方案需注意新管与老涵管之间的充填灌浆，浆液须充满管壁间的空隙，为避免浆液干缩形成裂缝，浆液中应适当添加微膨胀剂。

3）灌浆法。对沿涵（管）方向产生渗透问题，应采用灌浆法，通常采用充填灌浆和高压喷射灌浆。

（1）充填灌浆。适用于处理病险和范围都已确定的局部隐患，进行充填灌浆设计首先要确定涵管的位置和涵（管）外侧空洞或裂隙的范围，根据涵管缺陷情况确定孔位布置，灌浆压力，浆液材料及浓度等设计指标。

（2）高压喷射灌浆。依靠高压喷射浆液可对涵管周围及底板以下土层进行防渗加固处理，防止沿涵（管）与坝体土接触面的接触渗漏，冲刷破坏涵（管）周围土体。

4）化学补强。对断面尺寸较大的浆砌石方涵或廊道，主体结构未破坏，仅表面或局部遭到破损时，可采用化学贴补等补强止漏等办法处理。

3.2封堵与新建

1）封堵法。废弃涵（管）的存在，将危及大坝安全，在对废弃涵（管）加固前，应全面勘察，找准病险问题，根据废弃涵（管）尺寸大小、破坏程度、渗漏形式、工程造价以及施工的难易程度，采取合理封堵措施。

2）虹吸管。绕坝外表新建虹吸管道，利用虹吸作用将库区内水绕过坝顶引入下游输水系统。这种方案适用于小型土石坝工程，因为虹吸管的最高点与进水口低水位的高差一般要求在8 m内，所以较适用于坝高小于10 m的小型土石坝工程。

3）输泄水隧洞。输泄隧洞代替坝下涵（管），能从根本上消除坝下涵（管）带来的种种安全隐患，新开隧洞断面尺寸根据用水量及地形选取，洞轴线宜布置在大坝两岸山体中。

4　运行管理

4.1检查养护

重点检查埋涵（管）的土坝坝段，前后坡上是否有无裂缝，蓄水后坝后坡涵（管）周边有无阴湿或漏水现象，涵（管）顶部填土是否密实，坝面是否有裂缝。涵洞基础有无塌陷。能进人的涵洞要检查洞顶有无裂缝、漏水。

泄水期间应注意观察和聆听涵洞内是否有无异常声音，例如有咚咚阵响或轰隆隆的爆炸声，说明洞内有明满流交替现象发生，或者有的部位产生气蚀破坏。

涵（管）出口是否有水流出，如有流水，应判断是否涵（管）漏水还是闸门漏水。设有竖井的平板闸门漏水，应及时检修止水橡皮。

对出口消能工进行观察：有承担泄洪、排沙功能的涵洞，泄流量较大，对下游消能设备要求较高，要在开闸放水前仔细检查是否损坏。

4.2规范运用

应严格按照设计与规范要求进行运行管护，不能随意改变运用条件，避免使涵（管）内产生有压流或无压流的过渡状态。坝前竖井控制的涵洞应严格按照设计要求控制闸门的开启程度，不能随意增设闸门，把无压流涵洞变成有压流涵洞。

5　结语

土石坝坝下埋涵（管）在水库枢纽中分布极其广泛，但也常常存在着开裂、渗漏等现象，病险问题具有隐蔽性、严重性，是水库运行管理中薄弱环节。管理单位应巡查力度，及时采取有效工程措施消除安全隐患，确保坝下埋涵（管）安全运行。

（责任编辑迟明春）

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2016-02-02

秦超（1982—），男，工程师