土坝开挖加固施工应注意的几个问题

许 霞

（济南市莱芜区水利工程服务中心，山东 济南271199）

土石坝是历史最悠久、应用最广泛的坝型，我国水库大坝约9.8万余座，其中95%以上为土石坝，其中大部分是20世纪70年代以前兴建的。济南市莱芜区共有小（2）型以上水库152座，土坝有130座，部分大坝存在着影响水库安全运行的隐患，被鉴定为三类坝，必须进行加固才能消除工程隐患，以继续发挥效益。其中有几座大坝采用大开挖处理方案，由于该类方案对坝体伤害较大，必须慎重对待。

1 采用大开挖方案的必要条件

大开挖方案是指将坝体开挖到坝基，对坝体、坝基或放水洞进行处理的技术方案。土坝除险加固采用大开挖方案是最后的选择，已经固结完成的坝体被挖除，不仅工程量巨大，且新坝体和老坝体各部位结合工艺复杂，设计及施工难度很大。因此，只有满足一定的条件，才能采用此方案。一般情况下，当坝体出现滑坡或簸箕形裂缝（横-纵-横组合裂缝）、坝体或坝基发生严重渗透变形、放水洞结构破坏等现象，经过位移、渗压观测分析及勘探验证，并进行详细计算论证后才使用此方案。

2 开挖应注意的问题

2.1 导流

采用大开挖施工方案的水库一般规模较小，流域面积也较小，容易忽略施工期导流。施工期内由于导流方案不完善、场地条件受限制、资金等原因、没有完全执行导流方案或者根本未建导流建筑物而造成的事故较多。导流建筑物的设计与施工应严格按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）及《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）规定的标准执行。

小型水库特别是小（2）型水库，控制流域面积较小，经过分析论证，在一个枯水期内能够完成整个工程的，或者可以将永久挡水建筑物修建至汛期度汛标准洪水位以上时，可采用枯水期围堰挡水的导流方式；汇水量较小时也可以采用机械抽排的导流方式，施工后期可以利用放水洞进行导流。

2.2 检查问题

大开挖是检查坝体施工质量、验证设计合理性非常难得的机会。在开挖过程中，坝体填筑质量、裂缝情况、心墙质量、放水洞工况、测压管结构、接触带结合情况等问题都会有直观揭露。这些方面都应该详细进行记录，并留下影像资料，以供查找问题、分析研究，给以后的设计、施工提供参考。

2.3 放水洞

1）放水洞结构。多数采用大开挖处理方案的水库是因为放水洞结构破坏、严重漏水且其他方法都无法处理、不得已而采用的方案。放水洞的设计及施工就显得尤为重要。在小型水库中为了降低造价、简化施工，一般采用坝下埋管的方式。应尽量采用将涵管坐落在基岩上的方案，慎用非岩基坝下埋管。对于非基岩上的坝下埋管，应采用埋管内铺设管道输水的形式。

2）放水管道的基础处理。放水管长径比很大，其下部基础尤为重要，因为当管道下部基础若产生不均匀沉降，一是会造成管道变形甚至断裂，二是会造成管道周围与坝体脱离，形成薄弱环节，形成渗漏通道，高水位时会形成接触冲刷，造成工程隐患。管道最好设置在基岩上，若地质条件不允许，为土层或非均质地基，则必须进行基础处理，使得沉降量控制在允许范围内。

3）防渗。放水洞的防渗设计及施工是非常重要的环节，应按照规范要求作为重点部位进行施工。放水洞若在基岩中，应使用防渗混凝土进行包裹；若在均质坝坝体的土体中，应在坝轴线上游段设置截流环，截流环的大小根据渗透坡降要求计算设置。

4）放水洞控制方式。有些中小型水库放水洞采用了后置控制方式，将放水管的控制装置设在了坝后，控制装置一般采用蝶阀，其结构简单，造价低。但这种控制方式有着较大的隐患[1]。主要是放水管成了有压管道，管道内的水压力水头值为库内水深，库水位越高，管道内水压力越大，若管道有破损而渗漏，将大幅度抬高浸润线，毛细上升区亦抬高，降低了坝体土体的c、Φ值[2]，对坝体稳定极为不利。因此，建议结合放水洞改建，将坝后控制改为坝前控制，以消除安全隐患。

3 坝体开挖及回填

3.1 开挖

开挖施工方案需要慎重对待，需要注意按照设计坡比进行开挖。由于坝体碾压比较密实且已经沉降稳定多年，很多施工单位为了减小工程量而近乎垂直开挖，这种情况极易造成安全事故，且可能在附近的未开挖坝段上形成贯穿性横缝，应严格禁止。大开挖时由于水库已经放空，工况已经发生了很大变化，经过论证计算，可适当放宽坡比要求。

应在开挖边坡线附近设置位移观测设备，实时观测垂直位移和水平位移，一是保证施工人员安全，二是一旦位移或位移变化速率超过设计值，必须停止开挖，查找未开挖坝体裂缝位置，并将发生位移的部分挖除（须超挖），重新按照要求回填，否则会造成安全隐患[3]。

3.2 坝体回填

回填的质量控制应按照相关规范进行。一是原心墙的接头处应铲松形成毛面，也可设计成刺墙，使得新旧心墙形成一体；二是老坝体的开挖面在回填时不能是阶梯状[4]，而应该是斜坡，否则会因为坝体的不均匀沉降而形成横向裂缝，造成工程隐患。这在以往的工程中经常发生，为了施工方便而开挖成台阶状，在回填时不进行修整而出现裂缝等质量问题。三是过渡层（反滤层）必须要在心墙施工后留下余量、心墙削坡定型、尺寸满足要求后再进行两侧坝体填筑，而不应同时抬升[5]。

回填的坝体部分应根据计算预计的沉降量，预留相应的高度，使得坝体沉降固结完成后，坝顶基本持平。防浪墙应在固结完成后施工（一般是经过一个高水位过程或者一年时间），否则会因为沉降造成防浪墙变形。

4 结语

大开挖方案是病险水库除险加固不常采用的方案，因此设计及施工案例少，涉及的问题多，其难度甚至超过新建水库工程。任何一个部位的疏忽也会给工程运行带来安全隐患，以上提出的仅是比较重要、容易疏忽的问题，供各相关单位参考。