浅析尤溪县中小型水库大坝主要病险类型及除险加固工程措施

林兴周

（福建省三明市尤溪县水利局，福建 三明 365100）

1 概 况

尤溪县是闽中的山区县，现有大、中、小型水库95座，其中大型2 座、中型6 座、小（Ⅰ）型14 座、小（Ⅱ）型73 座。而45 座中小型公益水库中又有33 座是土石坝，多建于20 世纪50 年代未至70 年代初，多属典型的“三边工程”，加之经过几十年的长期运行，年久失修，大多数水库都存在病险问题。

2 主要病险类型

主要有八类：一是坝体、坝基、坝肩、闸门与涵洞漏水；二是坝坡、溢洪道山体、防汛及环库路滑坡与护体损毁；三是洪水漫坝漫溢洪道；四是闸门难启闭，放水通道小，难放难蓄；五是无通主副坝与溢洪道的交通桥及下坝台阶；六是对外交通、通讯、线路等不畅通；七是观测、预警预报及管理设施破旧缺乏；八是库内淤积重，常堵进水口。

3 原因分析

据调查分析，水库产生病险的原因比较复杂，往往是一种或几种因素共同作用的结果，且以多种险情并存为主，原因可以归纳为以下几种：

1）防洪标准低。土石坝顶高、坝坡坡比及溢洪道断面达不到规范要求是主因。若坝顶高和溢洪道断面不足极易在特大暴雨时漫坝漫溢洪道导致坝坡与溢洪道挡墙被洪水冲刷崩塌溃坝倒墙。若坝坡过陡，因稳定不够而引起坝体滑坡等破坏。据统计，坝高、泄洪断面不满足要求的水库有16 座，占总数35.6%，坝坡偏陡占大部分，导致坝体滑坡的都是这些水库。

2）施工质量差。尤溪县土坝多为均质土坝，大多土料不达标，人工夯填不实，防渗层薄，块石硬度及大小不足，防雨与排水不及时，施工质量把关不严，施工质量差。如下井水库建于20 世纪50 年代末，属“三边工程”，水库蓄水不久就发现坝体大面积湿坡和坝基漏水，长期带病运行。

3）清基不到位。尤溪县土坝多建于软土地基，软土层相对较厚，多数未清基至相对不透水层，土坝完工后沉陷大，常引发坝体局部变形、坍塌。如坪寨水库1958 年建成蓄水后坝脚线及坝肩下部漏水，导致几十年溢洪道未过洪。

4）坝顶坝周无排水沟。遇短历时大到暴雨，洪水顺坝面漫流，冲刷成沟成渠，导致坝表土松散、滑塌。

5）管理不善，年久失修。小（Ⅱ）型水库无专人巡库，无管理房，发现工程问题处理不及时。闸门、拉杆与启闭机不配套、锈蚀重且设备老化更换不及时。闸门变形、涵洞漏水处理不及时。启闭房破旧漏水修缮不及时。小型水库沉降位移观测设施、量水堰、水雨情自动测报系统配套不完善。对外交通、通讯、线路标准低。缺少专业技术人员、除险资金严重不足、缺乏防汛物资，加固及维养计划工作难开展。

针对水库存在的病险问题，从2006 年起至今，全县所有公益库全部进行了大坝安全鉴定，鉴定为三类坝的有42 座水库，全部进行了常态化除险加固。经常态化除险加固工程实施后，确保了水库安全和效益的充分发挥，对地方经济和社会发展具有十分重要的意义。

4 除险加固工程措施

4.1 大坝防渗措施

大坝渗流主要有坝体、坝基和绕坝渗漏，特别是土石坝的坝基渗漏尤为突出。原因是坝体填筑质量差，清基不到位，防渗排水系统不完善等造成的。放水涵洞漏水主要是进水口闸门与衬砌体漏水、涵洞体与坝体接触的洞外周漏水、独立涵洞与岩土体的接触漏水，特别是进水口闸门漏水尤为常见。原因是闸门与门槽不紧，洞衬体与洞周夯填土体质量差，清基不到位，没用人工分层夯填密实，防渗排水系统不完善等造成的。防渗按前堵后排的原则，可采用垂直防渗和水平防渗。垂直防渗有灌浆、防渗墙、垂直铺塑等；水平防渗有黏土铺盖、抛土防渗、水平复合土工膜防渗结合导渗沟、减压井等。大坝防渗较多采用垂直防渗。

4.2 垂直防渗

坪寨水库位于梅仙镇坪寨溪上，大坝为均质土坝。1957 年10 月开工，1958 年12 月竣工，水库建成试蓄水时就漏水。1962～2004 年曾先后6 次组织堵漏处理，有一定效果，基本解决坝体和放水涵洞的漏水，但坝基和坝肩漏水始终未能较好解决。2015 年针对坝基和坝肩漏水问题委托设计单位设计，据地质勘探报告知，坝基直接坐落在中透水层上，透水率为3.59～17.62 Lu，坝体压实土透水率为0.54～8.01 Lu。经多方案比选后确定实施方案：一是坝顶钻孔灌浆；二是迎水坡坝踵和坝肩处挖槽建截水墙。

4.2.1 坝顶钻孔灌浆和坝踵坝肩截水墙防渗

据地质勘探报告知，大坝桩号0+038～0+072 段坝基坐落在断层破碎带上，两坝肩情况也几乎与坝基相同，基岩成碎石状，属中透水层，透水率为3.59～17.62 Lu，坝基有发生渗透变形的可能。坝体填筑质量较差，随上游库水位升高渗流量逐渐增大。分析漏水部位和原因后，决定在坝顶轴线略靠上游钻孔，对坝基采用帷幕灌浆，对坝体采用高压旋喷灌浆。

4.2.2 坝基帷幕灌浆

坝基帷幕灌浆孔布于坝轴线上游1 m 处，防渗范围为大坝0+006～0+106，用小口径回转式地质钻机钻孔，按单排孔布置，分三序，先钻灌一序孔，再钻灌二序孔，最后钻灌三序孔，一序孔距为8 m，二序孔距为4 m，三序孔距为2 m，孔径Φ75 mm，孔从心墙顶垂直穿入相对不透水层的岩层0.5～1.0 m，防渗墙总长100 m。该水库等级为5 级，取透水率为10 Lu 作为相对不透水层帷幕灌浆控制标准。用普通硅酸盐水泥，水泥标号不低于42.5 MPa；灌浆前压水实验压力为0.3 MPa，通过实验获得灌浆设备、材料、方法、段长、孔距、压力、水灰比、灌浆帷幕等技术控制参数，灌浆压力为0.4 MPa；浆液按水灰比分为7 级，即5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1，浆液灌前要过筛，从制备到用完不超过4 h，灌浆按由稀到浓逐级变换，直至达到设计标准。采用循环式自下而上分段灌浆，如注入量不大于0.4 L/min，继续灌注30 min 结束灌浆；如注入量不大于1 L/min，继续灌注60 min 结束灌浆；当某一比级浆液注入量已达300 L 以上或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，应改浓一级；当注入率大于30 L/min 时，可据情况越级变浓。灌浆结束14 d 后通过压水实验进行灌浆质量检查，沿灌浆轴线每隔20 m 设一检查孔，检查孔数不少于灌浆总孔数的10%，并取岩芯做渗透实验和抗压实验。

4.2.3 坝体高压旋喷灌浆。

坝体采用单管高压旋喷灌浆，用钻孔提升注浆工艺，先帷幕后高喷，沿帷幕灌浆轴线位置布孔，旋喷全长106 m，设单排孔，75 型岩芯钻机，带浆钻孔，孔径79 mm，孔深伸入帷幕灌浆防渗墙0.5～1.0 m，桩距偏差≤50 cm，垂直度≤1%，桩长≥设计桩长，送浆管长≤50 m，至桩底原地旋转12 s，并与坝基帷幕灌浆防渗墙闭合。本工程心墙为粘土，标准贯入击数10＜N＜20，单管旋喷孔径取0.65 m，灌浆孔距取0.55 m。灌浆工艺通过现场试验确定提升速度、地层变化、喷浆量、成桩时间，每台钻机试桩一根；灌注纯水泥浆，水灰比为1∶1～1.2，拌合时间3 min＜t＜2 h，用复合硅酸盐水泥，水泥标号不低于32.5 MPa，水泥用量200 kg/m，用两次搅拌法，浆液灌前要过筛，设计掺入量≥200 kg/m；钻孔喷浆压力≤1 MPa，喷浆量＜总量的1/3，灌浆压力＞20 MPa，提升速度≤20 cm/min，转速控制在30 r/min，桩底部和桩顶部停位灌15 s；因故中断复喷浆量≥设计量，搭接长度≥10 cm，且在12 h 内补喷，超12 h，要补桩，桩顶凹穴用水灰比1∶0.6 的水泥浆补灌；正常冒浆＜20%注浆量，超过应采取减少注浆量、加快提升、提转速等措施，不冒浆应采取掺速凝剂、增大注浆量等措施。灌浆结束28 d后通过复合地基荷载或单桩荷载实验进行竖向旋喷桩承载力质量检查，沿灌浆轴线设检查孔，选在有代表性、出现异常、地基复杂和对高喷质量有影响的桩位，检查点数为施工总点数的1%，每单项单体工程不少于3 点。

4.2.4 坝踵和坝肩截水槽防渗

坪寨水库在迎水坡坝踵处机械挖截留槽、锯齿槽，排水清基至岩面或不透水层，底宽不小于3 m，槽两侧按1∶1.5 放坡，用与坝体心墙相同的优质粘土回填，回填土应分层碾压，达到规范要求的密实度，坝肩截水斜墙与坝踵截水墙施工工艺基本相同，斜墙从下至上底宽可由3 m 渐变至2 m，坝踵和坝肩截水槽应闭合。

4.2.5 放水涵洞防渗

康林水库位于洋中镇康林溪上，系小（Ⅱ）型水库，坝型为粘土心墙坝。在坝顶钻孔进行坝基帷幕和坝体高喷灌浆的基础上放水涵洞还在漏水，经分析比较后决定在涵洞与坝顶灌浆轴线水平投影相交处及其上游6 m 处各增设一道垂直于涵洞的固结灌浆和充填灌浆，灌浆压力分别为0.3 MPa、0.1 MPa，钻孔与涵洞纵向垂直，对称布孔。经灌浆后达到防渗的目的。

4.3 水平防渗

大坪洋水库位于汤川乡黄林溪上，系小（Ⅰ）型水库，坝型为粘土心墙坝。1970 年8 月开工，1974 年3 月竣工，建库时坝体质量差，导致水库建成蓄水后坝体存在漏水，迎水坡局部块石护坡有变形、损坏、凹陷等，存在安全隐患。经方案比选后选用水平防渗，具体措施如下：对坝迎水坡全断面铺设复合土工膜。工艺流程：拆除砌石护坡及杂物—→坝坡面平整机平整—→挖防滑齿槽—→挖周抱固埋沟—→铺复合土工膜—→填夯齿槽及周抱固埋沟混凝土—→夯铺细中砂—→干砌块石护坡等。

具体做法如下：①先将库水排空，再将坝迎水坡干砌石护坡、碎石垫层、尖角、淤泥、杂草杂物、树根等清理干净；②坝面凹凸不平用粘土回填机械夯实整平；③每隔6 m 高差挖一条水平宽深40 cm×20 cm 的锯齿形防滑槽，夯实整平；④挖坝周抱固埋沟，固埋沟上方及左右为矩形，40 cm×40 cm，整平后浇10 cm 厚C10 混凝土，下部坝踵挖沟浇筑C15 混凝土挡墙高1.5 m，先浇1 m，铺土工膜后再浇0.5 m；⑤坝迎水坡全断面铺设复合土工膜，用粘土回填防滑槽，夯整至与坝平，周抱固埋沟用C15 混凝土浇至与坝面平，再铺10 cm 细砂、10 cm 中砂及30 cm 干砌块石护坡，实施后达到防渗的目的。

5 溢洪道泄洪标准不足的处理

岭头水库位于联合镇吉木溪支流上，系小（Ⅱ）型水库，溢洪道在坝左岸，为开敞式宽顶堰，总长134.4 m，由上平段、第一陡坡段、消力池、第二陡坡段、挑流消能组成。其上平段长37 m，原堰顶高程397.6 m，设计堰顶宽5.9 m，深2.6 m，设计最大泄流量30.74 m3/s，经核算，现有溢洪道泄洪达不到设计要求。为保安全度汛，对溢洪道上平段左侧长37 m 进行挖深处理，护砌后加深2.5 m，宽1.4 m，并于0+013 处设一道钢闸门，闸门顶与原堰顶平，启闭房底与坝顶平，闸门前后各1.5 m 的底板和侧墙采用钢筋混凝土护砌，其余均为浆砌块石。处理后溢洪道增加过水断面3.5 m2，最大过水深5.1 m，经复核，过水能力达到设计标准，300 年一遇洪水泄洪能力为35.3 m3/s。实施后使水库在不减效益的情况下提高了溢洪道泄洪标准。

以上介绍的仅是尤溪县水库除险加固工程实施中较常用的几种典型的措施，它们并不单存，多为并存，而且处理方法有很多，应具体问题具体分析。

6 结 语

尤溪县中小型公益库除险加固工作已基本告一段落，安全隐患已得到较好的处理，基本能按设计安全运行。下一阶段尤溪县中小型水库重点工作将放在强监管上，将认真做好以下几方面工作：一是加强监管队伍建设。县乡两级成立监管队，配齐专业监管员；二是加强管理制度建设。做好水库8 个制度上墙和2 个审批；三是加强队伍素质建设。招新人进水利，送职工去深造，办培训提素质，过考核凭证上等；四是加强安全检查。汛前、汛中、汛末定期查，期间不定期查，发现问题，限期整改，每周督促，对上级查出问题要挂件办；五是落实维养经费。争取将坝路劈草清沟、沉降位移观测、金结除锈涂漆上油、两房保洁等按年实施，定次数、单价、质量，并列入常态管理经费，工程应急除险另计，加大维养投入；六是要定期安鉴监测。定期进行坝闸安鉴，沉降位移观测，水雨情自动测报全覆盖，测报及时准确；七是要认真落实约谈问责。系统内外都要约谈问责，只有大家都履职尽责了，水库管理才能真正做好。