中小型水库土石坝除险加固施工技术实践应用研究

2022-02-08王月

技术与市场 2022年6期

王月

(莱州市河长制服务中心，山东莱州 261400)

0 引言

我国作为农业发展大国，农业水利基础在发展中的作用尤为重要，但水利工程普遍建成周期较长，存在较多危情以及安全隐患。在目前我国的中小型水库中，病险水库数量较大且存在的问题较为复杂，尤其对于土石坝的除险加固治理是一项十分复杂的工程，中小型水库是农业水利以及人们日常生活的重要基础，而水库功能的进一步恢复与利用是经济建设进一步发展的重要保障与推动。

1 中小型土石坝水库存在的问题

1.1 土石坝渗漏与滑坡

①坝体渗漏是目前中小型水库土石坝中最常见的渗漏形式，在工程建设的初期对于土石坝建设的规划不全面且不科学，对后期建设中水坝坝面的完整性产生直接影响。②坝基渗漏主要出现在地基建设阶段，在初始建设过程中未能做好实地考察与具体规划，导致整体设计与建设计划未能与实际相符，从而使大坝的地基出现多处漏洞，造成渗漏与滑坡。③接触渗漏出现频率较低，这一渗漏形式主要出现在以上两种渗漏之后，属于联系性继发渗漏。主要由于以上两种渗漏发生时未能及时处理，加剧渗漏问题。

1.2 建造结构不符合相关标准

中小型土石坝水库的主要建造材质为土石，如果建造结构不符合相关标准，会出现以下问题:①建造结构不符合规范很有可能造成大坝的坝基不牢固，无论是厚度还是坚固程度都无法达到相关要求，且没有进行防渗结构的设计，就容易发生渗漏问题。此外，水库的蓄水量达到一定程度时，超负荷运转也存在较大危险，也很可能造成渗漏的出现，在水力的冲击下出现裂缝或崩塌现象，进而造成难以修复的危险以及无法估量的损失。②中小型水库土石坝普遍坡度较大，出现滑坡的概率较高，这一特点会导致在雨量较大时，土石坝工程在水的作用下不断变薄并堆积泥沙，减少库容量。③如果防洪结构设计不合理，很容易导致土石坝高度低且存量小，无法应对恶劣的灾害天气，而大坝设计中防洪理念的缺失也会造成防洪标准的降低，使安全性大大降低[1]。

1.3 土石坝滑坡

土石坝工程的材料较为复杂，加固程度不够的情况下，如果遭遇极端天气或环境变化，很容易引发坝体滑坡，极易产生较大安全事故，因此，要对滑坡问题采取相关措施，除险加固，才能保障工程的安全运行与长久使用。

1.4 坝体裂缝

中小型水库日常运行期间，土石坝坝身和坝基的不均匀变形是裂缝产生的主要原因，而裂缝又分为横向、水平以及纵向三个类型。对于裂缝应当采取相关措施进行加固，在具体的处理中还应当根据裂缝的具体成因以及实际情况加以判断，寻求彻底的解决与加固方法。裂缝问题是影响中小型水库土石坝工程安全的主要问题之一，在对其进行处理时应当科学化、合理化，力求加固回填与原坝体之间更好地结合。

1.5 险情防范措施较为落后

由于防范机制不健全，防范措施落后，当中小型水库土石坝工程出现险情时，损毁程度高且难以进行修复工作，只能重新修建或大面积修复，在损耗人力物力财力的同时，影响水利工程功能的发挥。如果能建立健全防范机制，并在危险区域进行阶段性检查防范，就能将灾害发生的概率降到最低，且不会危害整体工程的使用。土石坝的局部随着使用时间的增加会出现老化现象，影响土石坝功能的发挥。因此，必须做好险情防范措施，才能够保障工程的长期安全。

2 中小型土石坝的除险加固措施

2.1 裂缝的处理

①裂缝的出现会严重影响整个土石坝工程，尤其是横向贯穿坝体的裂缝，如果坝体裂缝的宽度与深度均在1 m范围内，且裂缝控制较为稳定，就可以使用细的沙壤土进行填补，由缝口灌入后进行捣实。②比较重要的中小型水库土石坝应当进行开挖，挖到裂缝深度以下，再进行回填与夯实，整体协调，分段施工。③裂缝较宽时，应在裂缝停止扩张后，采用开挖后回填的方式进行施工，在开挖时采用梯形断面，或者在开挖过程中进行台阶形坑槽的建设，并在回填过程中削去台阶，保持整体断面的梯形形状，以便于回填的土料和原坝体紧密结合[3]。

2.2 土石坝防渗处理

防渗加固工程实施前，要对施工场地的土质基岩取样检验，基于检测数据信息组织钻孔施工，保证深度符合高喷钻孔工程要求，将基层岩石钻入的深度维系在1 m以上。在灌浆施工前充分确认放置高喷管的位置，待接触到底部位置以后方可组织开展灌浆作业。检测高喷嘴凝结体和基岩两者之间连接的厚度，保证厚度值不低于0.5 m。有效控制喷灌的速度，维系在5～7 cm/min。

防渗加固效果受高喷孔之间的连接质量影响比较显著，甚至是决定性影响。以砂石层实际作业条件作为依据，明确孔洞之间的间隔距离，砂石本身会影响到高喷墙体各序孔之间的连接质量。再者，以坝体所在地的地质条件和施工情况为出发点，合理确定高喷孔孔距，可兼顾钻孔深度和孔斜率。通常情况下，需要采取高喷灌浆作业施工，根据底层厚度差异细微地调整灌浆速度，并时刻保持水压值、气压值等外部条件处于稳定状态[4]。施工主要参数值为黏土层10～15 cm/min，砂卵石层提速为8～10 cm/min，砂土层为10～20 cm/min。

2.3 滑坡处理

在中小型水库土石坝滑坡的处理中，若坝基存在较为软弱的夹层，且软弱夹层在进行坝体填筑时未能选用合适材料或施工中没有做到完全碾压平实，再加之坝坡太陡或背水坡浸润线出溢点因排水失灵而提高，或遇到较为恶劣的自然天气时，极易引发滑坡灾害。而对于已经出现滑坡灾害的坝体，主要处理原则为上部减载、下部压重。在坝基比较良好的坝体中，滑坡如果在基础面以下出现，则可以进行水库水位的下降与排水工作，水位下降至滑动面且滑动部位材料失水固结后，可以清除松动的土体并进行材料的修复与重建。而在因坝基有淤泥夹层或湿陷性黄土层而引起的滑坡中，可以在坝脚外合理位置抛石固脚，修建防滑齿墙，此墙应当高出地基平面，再使用透水材料或土料等进行坝脚与齿墙间的回填，构造压重平台，并在平台和齿墙间做好反滤层[5]。

2.4 主体工程加固

中小型水库加固施工是为了保证主体工程能够稳定、正常运行。所以，施工人员在施工全过程中要围绕主体加固，采取保障措施：①在山区位置修建的水库，施工团队要因地制宜，借助当地自然条件修建护坡。在丘陵地区修建的水库，采取生物护坡和上游块石护坡相结合的方式，护砌的高度一般维系在水面50 cm以上。②严格检测大坝和取土区域，采取科学有效的方式防止坝体出现溃塌。倘若大坝的某些位置出现渗漏等问题，可以采取黏土灌浆和挖巢相结合的方式，将出现渗漏的位置彻底堵住[6]。

2.5 溢洪道的处理和修复

应当按照工程总体要求以及相关的质量要求来进行溢洪道的处理和修复，针对溢洪道的形式结构以及材料结构进行处理与修复，对工程所在地的地质地形进行勘察与检验，选择合适的处理方式进行消能管理。针对底板和陡坡的变形情况，应当根据情况翻修或重建，若相关指标达不到要求与标准，则使用合适的材料对整体进行加固与处理。若在底板以及其他部位有裂缝出现，可以根据裂缝尺寸与位置构造砌筑槽，并进行材料的填筑与修复[7]。

2.6 加强除险加固施工的质量监控

中小型水库土石坝在除险加固工作中，其加固质量直接影响到水利设施的后期使用与整体寿命，若进行无效加固，甚至会对整体工程效果起到反作用，所以应当在施工过程中加强除险加固工作的施工监控，对于各项工序以及材料等进行严格的质量监控，确保各个环节都能得到有效控制与合理检测。还应做好技术指导工作，对于各项细节进行严格把控[8]。

2.7 泄水和引水建筑物的加固措施

应当根据工程的总平面布置以及泄水方案来进行建筑物病险状况的评估与判断，了解建筑物病险的状态，对于泄水和引水建筑物应当进行除险改建与扩建等措施。从中小型水库土石坝工程的引排水来看，许多工程都采用涵管方式，但涵管的断面尺寸普遍较小，在进行检修与后期修复加固时十分不便，无法进入其中进行检修，所以在出现问题时应当封堵进口或拆除涵管后另行修建断面面积更大的新涵管，进行引水作业。