中小水库涵管除险加固经验及要点分析

方珍明　刘　妍

（湖南水利水电职业技术学院　长沙市　410131）



中小水库涵管除险加固经验及要点分析

方珍明刘妍

（湖南水利水电职业技术学院长沙市410131）

【摘要】文章介绍了我国中小型水库及其常见输水建筑物涵管的情况，分析涵管的现状及其加固处理特点，总结了水库除险加固时常见的涵管处理方法，并提出涵管加固处理时应注意的几个方法要点问题。对于我国目前正在进行的水库除险加固工作具有借鉴意义。

【关键词】中小水库涵管除险加固方法要点

经过几十年的发展建设，我国现有已建和在建水库共98 002座，总库容达到9 323.12亿m3，其中：大型水库756座，数量占比0.77%，中型水库3 938座，数量占比4.02%，小型93 308座，数量占比95.21%［1］，可见我国所有水库中以小型水库数量为最多，在农业生产过程中发挥着巨大的作用。然而我国中小型水库大都修建于20世纪50～60年代，局限于当时的经济条件，坝型多采用土石坝，在此前提下，由于涵管施工简便、造价低、技术要求不高，所以当时土石坝输水建筑物普遍采用坝下涵管，甚至有些水库连泄水建筑物也采用涵管。

根据《全国病险水库除险加固专项规划》，全国有38 019座水库为病险水库，其中中型水库2 145座，小（Ⅰ）型水库9 133座，小（Ⅱ）型水库26 453座，在我国现有水库中占有较大比例［2］。大量病险水库的存在，不但影响水库效益的发挥，而且还严重威胁水库下游人民群众生命财产及实施的安全。病险水库已成为防洪体系中最为薄弱的环节和防洪安全的最大隐患，除险加固已十分必要和迫切［3］。

中小型水库除险加固工程涉及的建筑物主要有：挡水建筑物、泄水建筑物、取水、输水建筑物。对于挡水建筑物及泄水建筑物来说，水库防洪能力的除险加固往往摆在工作的首要位置，因此在当前情况下，水库因防洪能力不足而失事正呈大幅度减少的趋势；而对于输水建筑物涵管的除险加固却由于其自身位于地下，难以处理，加固施工难、质量控制难，往往成为加固处理薄弱的地方，导致近年来出现多起因涵管破坏而导致水库失事的例子，如2004年1月新疆米泉县八一水库溃决、2010年5月湖南省安仁县刚进行除险加固的中秋田水库涵管突然渗水坍塌导致水库溃坝、2013年2月山西洪洞县曲亭水库“坝体塌陷”。因此提高对涵管除险加固重要性的认识，加固处理过程中选择正确的方法，总结过去工作的经验，从中汲取经验教训，确保加固后涵管及水库的安全非常必要。

1　中小型水库涵管现状险情分析

我国大多数中小型水库都修建于20世纪50～60年代，受到当时经济技术条件的制约影响，工程在缺规范设计图纸和专业施工队伍的情况下，仓促开工，有的还是“边设计、边勘测、边施工”的“三边”工程，导致水库坝下涵管先天不足。

中小型水库涵管大多位于土石坝坝下，坝基向坝肩过渡处，涵管修建时，大多是开挖基槽、在基槽内采用砂浆浆砌石或三合土浆砌石砌筑涵管（部分水库涵管采用混凝土现浇）、其上填土压实修建坝体的施工方法，施工时基础开挖不到位；涵管断面尺寸较小，且大多未设截渗环，形状大多为矩形、小门洞形；浆砌石厚度为（20～30）cm，结构单薄；胶结材料质量不高，耐久性差；经历了长时间的运行，水流淘刷冲洗，涵管管身结构老化，截渗环破裂，出现病害险情，其中常见险情有渗漏、裂缝（断裂）、堵塞等。

（1）涵管渗漏。

涵管渗漏分接触渗漏和管身渗漏两种情况。接触渗漏是由于涵管与土体是两种不同的介质，涵管外壁与坝体土接触处存在结合面，水在渗透压力作用下沿着结合面从上游向下游渗透而产生渗漏。当管身周围土体填筑质量差，夯压不实，截渗环等防渗措施未设置、施工或老化损毁等，导致水流渗径短，发生沿涵管外管壁的接触渗漏，此情况涵管周边多出现漏水、空隙等。

管身渗漏是由于涵管存在裂缝（断裂）、伸缩缝止水老化损坏、砌筑砂浆或管身混凝土施工振捣不实、施工存在冷缝、涵管接头存在缺陷等病害，有压水流沿着这些薄弱环节渗入或流入。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）涵管裂缝。

涵管裂缝或断裂会产生漏水，引起涵管周围土体出现渗透破坏，涵管断裂的可能原因有：基础处理不当，基础存在不均匀沉降，从而导致管身裂缝（断裂）；土坝断面为梯形，涵管所受到的荷载是不均匀的，如设计、施工设置沉陷缝时未予以考虑，可能引起管身裂缝（断裂）；管身结构强度不足，导致管身裂缝、断裂，在小型水库输水涵管中常见；无压涵管有压运行，涵管设计为无压涵管，由于管理运用不当，有压运行，造成管身断裂破坏；涵管未设置沉降、伸缩缝，或者结构缝间距过大，温度应力导致涵管产生裂缝。

（3）涵管堵塞。

涵管堵塞主要发生在断面小、强度低的小型水库输水涵管。设计只考虑满足灌溉流量要求，并未考虑管理运行上的方便，因此，断面尺寸一般只有（0.2～0.4）m，常被块石、树枝、淤泥及其它杂物堵塞，也有涵管由于结构承载能力低而被外力压破堵塞。小断面涵管堵塞后，清理非常困难。

2　涵管除险加固特点

（1）构造复杂。

涵管埋于坝下，大多数为浆砌石或混凝土结构，涵管上部填土，有的涵管基础也是填土，填土基础不均匀沉降、上部填土难以保证质量，容易导致涵管出现不均匀沉降而断裂破坏、土体出现横向裂缝等危及大坝安全的问题。

大部分涵管结构尺寸小，大多数中小水库涵管结构尺寸均不超过50 cm，难以进入内部勘查，因此涵管内部出现的断裂、漏水、裂缝等情况准确探明，只能依据涵管出口的漏水等情况来推测。

（2）危害性大。

涵管存在隐患其危害对于大坝是致命的，其后果可能是垮塌甚至垮坝，往往导致巨大的经济损失和人员伤亡，如前文述及的八一水库、中秋田水库、曲亭水库等，都是由于涵管存在的隐患或加固处理不当而最终导致了严重的后果。

（3）加固工程施工复杂。

其一：由于涵管尺寸一般都较小，且埋于坝下，导致涵管加固施工作业面小，施工人员、机械很难进入涵管内部施工，给加固工作带来隐患；其二：涵管周围均为坝体填土，加固施工时容易对坝体土造成扰动，影响原坝体土的稳定，有的涵管加固方法需要对坝体土进行开挖回填，如此则对施工提出了更加严格的要求，稍有不慎，极易出现渗透破坏；其三：涵管受到其它除险加固工作的影响，如坝体防渗、坝坡培厚等，其中尤以坝体防渗工作中冲抓回填、高喷灌浆及防渗墙这些加固施工对涵管的影响最大，这些加固施工往往需要在涵管位置进行钻孔，如不采取相应措施，极易将涵管钻穿，最终导致渗透破坏。

3　涵管除险加固处理方法

经过多年经验积累，目前涵管除险加固处理已经积累了一定的经验，常见的方法可以大致分为以下几类：

（1）加固处理法。

对于少数涵管截面尺寸较大，易于施工人员进入涵管内部施工，且涵管状况较好的可以采用加固处理，加固处理的具体方法又有几种：灌浆加固；内衬钢管（金属波纹管）灌浆加固；内衬钢筋混凝土加固。

（2）重建或部分重建涵管法。

可以分为两类方法：全部挖开重建；进出口挖开重建，中间段灌浆加固。

（3）另建输水建筑物、封堵原涵管法。

可以分为三类方法：新建虹吸管；新建隧洞；定向钻孔新建涵管。

4　涵管除险加固经验及方法要点分析

目前，我国小型水库除险加固工作正在进行，大中型水库除险加固已近尾声，完成加固的水库已经开始投入运行，发挥效益，但是也有一些水库在加固蓄水后出现新的险情，其中以涵管出现问题居多，如山西省曲亭水库、湖南省安仁县中秋田水库等，因此，总结过去水库涵管加固过程中的经验和教训，分析涵管加固的方法要点可以使今后的工作更加完善。

（1）重建涵管应特别重视防止管身渗漏及接触渗漏。

管身材料宜选用混凝土现浇或混凝土预应力承插管，承插管接头及混凝土现浇涵管分缝要做好止水，防止管身渗漏。

设置适当数量截渗环，可有效防止涵管接触渗漏，根据“上防下排”的原则，截渗环一般应设置在涵管进口段，上下游水头差较大时可多设置几道，为有效延长渗径、便于施工，截渗环结构尺寸不宜过小，其外轮廓一般以超出涵管结构（0.6～1.0）m为宜，施工时，靠近截渗环部分填土应人工填压夯实，对这些关键位置的土体填筑应特别注重质量控制。

（2）重建涵管应防止不均匀沉降变形及开裂。

重建涵管时，涵管应修建在基岩上，无条件修建在基岩上的，应对地基进行加固处理，设置混凝土垫层。涵管每间隔（6～10）m设置一道沉降缝，以抵抗地基不均匀沉降，缝中设置止水，防止漏水，涵管纵向配筋抵抗开裂。

（3）重建开挖应注意新老土之间的结合面、避免开裂。

在以往工作中，很多坝体开挖边坡呈斜坡状或者台阶高度过大，这正是导致新老土结合面开裂的隐患所在，因此开挖边坡不能开挖成斜坡状，应开挖成台阶状、台阶高度不能过大，要与压实土时每层铺土厚度相等，一般控制30 cm左右，台阶宽度与高度的比值按坝坡控制，见附图。

附图　分层开挖回填示意图

台阶状开挖回填可以有效增强新老土之间的结合，防止新老土结合面开裂。新填土的压实度要求尽量较原坝体土压实度高1%～2%为宜，以减小新填土和老土的沉降差。

（4）封堵涵管应注意的问题。

如封堵涵管，对于斜墙坝在涵管进口段结合坝体防渗措施设置混凝土堵头封堵水流、出口段设置混凝土堵头，中间段采用高流态混凝土或砂浆封堵；对于心墙坝在心墙（加固后的心墙）处垂直开挖，截断涵管，然后用混凝土封堵，截断水流，进出口段分别设置混凝土堵头，中间段仍采用混凝土或砂浆封堵。

（5）涵管和坝体防渗的衔接要紧密不漏水。

坝体防渗在坝轴线位置进行时，如冲抓回填、高喷灌浆、防渗墙等，应确保冲抓回填、高喷灌浆、防渗墙与涵管接触处的抗渗性达到要求。采用冲抓回填防渗时，涵管周边1m范围内的土采用人工开挖，人工压实，确保边角部位都能压实到位，避免漏压；采用高喷灌浆时，涵管周边0.5m范围内应适当降低灌浆压力，延长灌浆的时间，以确保涵管周边土体抗渗性达到要求；采用混凝土防渗墙时，涵管周边0.5m范围内开挖时防止破坏涵管，同时应将周边土彻底挖除，确保混凝土和涵管材料的紧密粘结。

坝体防渗在上游坡进行时，如土工膜防渗、粘土斜墙防渗，应确保涵管与土工膜、斜墙粘土的结合处抗渗性达到要求。涵管与土工膜结合时，可采用膨胀螺栓和钢板压条将土工膜锚固在涵管上，连接部位涂刷乳化沥青，同时土工膜在涵管四周应预留一定的伸缩变形长度，防止涵管沉降变形而拉裂土工膜；涵管与斜墙粘土结合时，应特别注意该处粘土的压实，压实采用小型机械或人工压实，防止边角部位漏压。

（6）重建涵管进出口段时应注意的事项。

这种方法一般用于大坝高度较大，全段开挖重建和其他方法均不适合的情况，该方法加固风险较大：一是大开挖导致的新老土结合处易形成渗漏的问题；二是新老涵管的结合处易渗漏问题。大开挖时土方开挖成台阶状，回填压实度宜高于原坝体压实度，以利于新老土之间的结合。

新老涵管的结合处一般通过在老涵管新老混凝土结合面上开凿键槽，使新浇混凝土通过键槽与原涵管咬合，达到防渗目的。

（7）避免坝体防渗加固工作对涵管的破坏。

由于水库除险涵管往往受到坝体防渗加固的干扰，如坝体防渗采用冲抓回填、高喷灌浆、防渗墙等方法时，其钻挖孔、回填压实、成槽及压力灌浆均可能对涵管造成破坏，因此加固施工时需要防止这些因素对涵管的破坏。

在进行坝体防渗加固施工之前，应先准确定位出坝下涵管的位置，以便在加固时避开涵管，避免对涵管的破坏。采用高喷灌浆施工时，应特别重视控制钻孔深度，涵管顶部应留有不少与0.3m的土体覆盖，在涵管周边0.5m范围内应适当降低灌浆压力，防止将涵管被钻穿或被高喷压力击穿；采用冲抓回填施工时，涵管顶部1m范围内的土采用人工开挖、2m范围内的土采用人工夯实，防止冲抓钻机及夯锤的作用破坏涵管。

（8）防止加固涵管被渗透压力击穿破坏。

这种破坏多出现在重建涵管的进出口段、加固中间段这种涵管处理方法中，进口重建时将进口一段坝体土挖开，改建了进口一段涵管后，回填土方未按要求压实，开挖时未按台阶状开挖，导致该部分土体透水性过大或产生较大的沉降裂缝，蓄水后，未重建的涵管段或新老涵管段连接处无法抵抗过大的渗透压力而被击穿，压力水进入涵管，导致涵管里通过有压流而破坏，曲亭水库正是这种情况；因此采用这种方法加固时，应确保接头处有较大埋深、较长渗径；开挖进出口时应开挖成台阶状，新老土结合处压实标准应适当提高，尽量高于原坝体压实度；对涵管质量较差的，应全段重建或采用其他方法，避免采用进出口加固处理的方法。

（9）合理组织施工。

由于涵管相对来说高程远低于溢洪道堰顶高程，因此在涵管加固时必须十分重视工期因素、密切关注降雨情况，合理安排工期，力争在枯水期完成涵管的加固工作。

5　结　语

涵管的险情危及大坝安全，涵管的加固是水库除险加固非常关键的一环，在涵管加固处理时必须十分重视谨慎处理、做到不留后患，因此在加固过程中应防止管身渗漏及接触渗漏、防止不均匀沉降变形及开裂、做好新老土之间的结合、涵管和坝体防渗的衔接要紧密、避免坝体防渗加固工作对涵管的破坏、防止涵管被渗透压力击穿破坏、合理组织施工，确保加固后水库的安全运行。

参考文献

［1］水利部.国家统计局.第一次全国水利普查公报［R］.2013.

［2］水利部.全国病险水库除险加固专项规划［R］.2007.

［3］钮新强.水库病害特点及除险加固技术［J］.岩土工程学报，2010，32（1）：153-157.

作者简介：方珍明（1981-），男，中级职称，主要从事水利水电工程教学、设计等工作。

收稿日期：（2016-01-22）