东方山水库大坝管道型渗漏的应急抢险与除险加固

杨启贵 周和清 刘加龙

摘要： 2018年8月，黄石市东方山水库大坝发生最大达0.886 m  3 /s的渗漏险情。结合东方山水库大坝管道型渗漏险情的应急抢险和除险加固工程实例，分析了东方山水库大坝渗漏发生原因，介绍了渗漏应急处置经历与措施、大坝除险加固措施等，并总结了应急抢险与除险加固的经验。实践表明：采取输水涵管泄水、水泵应急抽水、级配料封堵渗漏管道、坝脚渗漏出口区压渗等应急抢险方法可有效避免东方山水库大坝溃决，采取渗漏通道追挖回填、坝体防渗加固、白蚁灭杀等方法可对东方山水库大坝进行有效除险加固。根据事后地质勘探以及施工过程中揭露的实际情况推测，东方山水库大坝管道型渗漏险情的主要原因是坝体结构缺陷所致，也不排除白蚁筑巢和静压灌浆封孔质量缺陷对渗漏通道形成的加剧作用。

关 键 词： 土石坝; 渗漏; 应急抢险; 除险加固; 东方山水库

中图法分类号：  TV698

文献标志码：  A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.03.032

0 引 言

渗漏是土石坝最为常见的病害之一。张建云等  [1] 通过对3 230座病险水库病害分类进行统计，指出病险水库在防洪、渗流、结构及抗震等方面存在多种病害，其中渗流问题最为普遍。谭界雄等  [2] 通过分析 1 744 座病险水库，发现主坝型为土石坝的达到1 627座，占比 93.3% ，渗漏病险安全问题主要表现在长期渗漏、管涌、散浸以及流土，甚至坝脚沼泽化等方面。大坝渗漏不仅对水库蓄水效益产生一定影响，同时也严重威胁土石坝安全;特别是发生大漏量渗漏（管道型渗漏）时，大坝有较大溃决风险，严重威胁下游人民生命财产安全。根据国内外大坝安全失事原因统计，因渗漏安全问题导致失事比例高达30%～40%  [2] 。李宏恩等  [3] 对2000～2018年中国84起溃坝案例进行了统计分析，土石坝达到74座，因渗漏问题造成溃坝达38起。

土石坝因其结构纷繁复杂、工作条件各异，渗漏表现形式千差万别，渗漏源极具隐蔽性及滞后性，给大坝渗漏应急处置带来极大的不便和不确定性。本文结合黄石市东方山水库大坝管道型渗漏险情的应急抢险和除险加固工程实例，分析东方山水库大坝渗漏发生原因，介绍渗漏应急处置经历与措施、大坝除险加固措施等，并总结应急抢险与除险加固的经验，以期为其他水库大坝的除险加固提供借鉴。

1 工程简介

东方山水库位于湖北省黄石市铁山区熊家境村，距黄石市区约15 km。原工程任务以灌溉为主，兼顾防洪、供水等综合利用。设计灌溉面积200 hm 2，为800余人提供生活用水。影响下游3 000人、107 hm 2耕地和武九铁路、106国道、东贝集团、大理石厂工业园、新下陆街等设施、企业和街道的安全。

东方山水库总库容125.86万m  3 ，主要建筑物包括大坝、溢洪道、输水涵管，如图1所示。大坝为土石混合坝，最大坝高33.21 m，坝顶高程219.90 m，坝顶长140 m。溢洪道位于右坝肩，为无闸开敞式宽顶堰，设计净宽7.2 m，设计洪水位218.51 m相应下泄流量23.3 m  3 /s。钢筋混凝土输水涵管位于大坝左侧，内径0.63 m，管长73 m，设计泄流能力3.03 m  3 /s，采用进口斜拉闸门控制。

东方山水库于1975年9月动工兴建，修建前未开展地勘，兴建过程中坝高不断增加，属“三边工程”。1978年填筑至高程210.66 m时，因坝体严重漏水而停工。1982年8月续建，1984年5月竣工。2011年1月水库进行除险加固时，采取静压灌浆帷幕上接黏土铺盖完善防渗系统，2012年6月竣工验收后重新蓄水。

2 大坝集中渗漏险情及应急抢险概况

2018年8月4日09：30左右，水库管理员例行巡查时，发现大坝下游右侧坝脚高程185 m左右（壩后地面高程184.31 m）出现渗漏，水体颜色浑浊，经黄石市水利水产局专家现场研判，大坝存在溃坝风险。 10：00 ，水库输水涵管打开放水，并在大坝下游采取导渗措施，实测库水位215.59 m，相应库容92.29万m  3 ，输水涵管泄水流量约0.7 m  3 /s。

8月4日15：00，湖北省水利厅专家赶到现场并组织湖北省防汛抢险队抢险。15：30时，渗漏流量约为0.213 m  3 /s。18：00时，东方山水库应急抢险指挥部成立并启动Ⅱ级应急响应，黄石市主要领导担任指挥长。18：30时，湖北省水利厅将重大汛情专报至长江防汛抗旱总指挥部（以下简称长江防总）。19：30时，抢险指挥部现场会商决定工程措施与非工程措施同步实施：在输水涵管泄水措施之外，组织水泵抽水;采取在大坝上游右侧坝面铺设油布防渗;疏散水库下游溃坝洪水风险区居民2 896人。23：30时，长江防总专家组到达抢险现场指导应急抢险工作。

8月5日02：00，渗漏流量约为0.3 m  3 /s， 03：00 时增大到0.5 m  3 /s，水流浑浊度略有变化。应急抢险指挥部连夜召开现场会商会，研究是否放弃除排水措施以外的工程抢险措施，以及继续实施工程抢险措施的优化方案。会议分析认为：① 水库库容小，利用已有输水涵管放水，同时组织约1.5 m  3 /s的水泵群抽排库水，可有效降低库水位;② 管道渗漏扩展至溃坝溃口前必然在上游坝面形成明显的进水洞口，而水库水头较小，在洞口采用级配粗砾料“堵塞子”抢险，溃坝风险基本可控。根据长江防总专家的大坝除险加固经验  [4-6] 及现场实际情况，制定了“堵塞子”方案：在水面出现漩涡时，定位入渗口抛投袋装碎石（每袋碎石体积约0.017 m  3 ），形成稳定的反滤基层后  [7] ，改抛粒径10～40 mm的碎石，然后再抛投粒径小于10 mm的瓜米石，最后在距洞口1～2 m范围抛投黏土“闭气”。入口封堵的同时，在下游坝脚采用袋装碎石及格宾石笼压渗，确保渗漏出口稳定;为了确保抢险过程安全，在坝顶及上下游坝坡设置GPS监测网，同时采用全站仪对固定标点进行坝体变形测量。

8月5日15：00左右，库水位213.51 m，渗漏量 0.886  m  3 /s，潜水蛙人水下例行搜寻时感受到有水流吸附力，水下探测机器人亦有失控迹象，随后水库水面观察到微小的漩涡，渗漏入口位于大坝纵向桩号B0+050附近。种种迹象表明，大坝上游渗漏通道进口已明显扩大，上游坝面的护坡结构已坍塌，通畅的渗漏管道已完全打通，在进口“堵塞子”的时机已经成熟，指挥部决策立即实施。通过连续抛投级配料，8月5日深夜，砾石料封堵基本完成;8月6日晨时，瓜米石封堵完成;8月6日19：00，库水位降低至212.00 m，管道型入渗口上沿露出水面约0.90 m。20：00时，渗漏流量降至0.008 m  3 /s，防汛抢险应急响应级别由Ⅱ级降为Ⅲ级，下游转移人员返家。8月7日14：00，库水位209.18 m且低于渗漏入口下沿1.71 m，渗漏流量进一步降低至0.001 m  3 /s，东方山水库渗漏通道成功封堵并脱险。

东方山水库大坝渗漏险情情况如图2～4所示，水位-渗漏流量变化过程如图5所示。

3 水库大坝除险加固

通过调研东方山水库大坝施工资料，并结合补充地质勘探结果，初步分析东方山水库除了本次形成的渗漏通道，同时还存在坝体结构不满足规范要求、坝基渗漏、白蚁危害等安全隐患。为确保工程长期运行安全，应急抢险后开展了系统的除险加固。

3.1 渗漏通道处理

东方山水库大坝渗漏通道通过抛填级配碎石进行了应急处理，有效地控制了渗漏量，但是坝体结构损伤严重，不利于大坝安全。经分析，采取对大坝渗漏通道进行追索开挖，然后换填黏性土并恢复原设计体型的处理方案，具体措施包括：回填黏土料渗透系数不大于1×10  -5  cm/s，压实度不小于96%;黏土料与下游侧堆石体之间设置厚度1.5 m的反滤砂石料;追挖通道下部坝体钻孔灌注水泥黏土浆，孔隙较大时灌注高流态混凝土。

2019年3月，沿抢险时抛投的碎石及探绳踪迹对渗漏通道进行了追挖，实际追挖至高程199.00 m，现场观察渗漏通道及附近坝体并未发现明显的空腔，但抢险时的探绳及碎石痕迹基本以75°倾角向下延伸，高程199.00 m以上通道基本与2011年除险加固充填灌浆孔范围一致，如图6～7所示。因此，不排除原静压灌浆封孔质量缺陷加剧渗漏通道形成的原因。根据坝体实际分区和渗透破坏位置，渗透破坏位置水头差约为18.25 m，渗径约为17.9 m，集中渗透破坏部位的渗透比降约为1.02，大于相应部位坝体填料的允许渗透比降。

3.2 坝体加固与防渗

东方山水库大坝之所以发生此次渗漏险情，主要原因在于坝体结构在多次续建和加固过程中存在先天缺陷，坝体填筑质量差。根据存留不多的水库资料及参建人员回忆，坝体分为4个区（推测断面如图6所示），Ⅰ区为堆石区、Ⅱ区为反滤层、Ⅲ区为细粒土，Ⅳ区为黏土斜墙。

应急抢险结束后在坝体布置了12个地质勘探钻孔和2条探槽，进行了现场注水试验、标准贯入试验和动力触探试验，布置4条高密度电法勘探剖面以及钻孔注水、电视录像等一系列现场及室内试验工作。勘探结果显示：①  Ⅰ区位于高程212.00 m以下，断面不规则，堆石区的密实度不均匀且局部不密实，动力触探N63.5锤击数最大为56.48，最小仅5.08。② Ⅱ区为砂夹砾石而非级配反滤料，厚度一般为0.8～1.6 m，局部缺失不连续。③ Ⅲ区细粒土填料含有较多碎石和岩屑，且厚度偏薄，渗透系数10  -3 ～10  -4  cm/s;坝轴线处的钻孔电视录像显示高程205.00 m附近有水流冲刷形成直径约15 cm的空腔;填土干密度在1.57～1.76 g/cm  3 之间，局部坝体填筑压实度93.4%，不满足SL 274-2001《碾壓式土石坝设计规范》关于坝体压实度不低于96%～98%的要求。④ Ⅳ区防渗斜墙不连续， 坝体内部靠上游侧 高程202.96 m以下为黏土斜墙，上游坝面高程210.66 m以上黏土斜墙太薄（仅 0.1 ～0.5 m），芯样内存在直径约1 cm的孔洞，粗颗粒约占17%，结构松散。

根据上述情况，坝体渗漏通道追挖换填后，在坝轴线偏上游侧（距离坝轴线10.6 m）布置1道厚度60 cm 的混凝土防渗墙（见图8），墙顶高程214.00 m，墙底嵌入基岩不小于1 m，防渗墙混凝土28 d抗压强度不低于10 MPa，抗渗等级W6，允许比降[J]≥80;同时，对上游坝坡采用混凝土面板 进行护面，面板与坝体之   间设置反滤层;坝顶设置高度1.2 m的混凝土防浪墙，防浪墙与防渗墙之间黏土回填。加固后，坝顶高程 220.00 ，防浪墙顶高程220.50 m，最大坝高33.31 m，设计洪水位218.68 m，校核洪水位219.24 m，总库容124.74万m  3 。

防渗墙施工过程中，桩号B0+048～ B0+053段坝体接近建基面处遭遇厚度约2 m的块石层并发生漏浆，该处位于渗漏通道正下方。说明渗漏通道部位堆石体的范围比最初推测的范围更大、坝体填土厚度比原先预想的要小，坝体更容易在此处发生渗透破坏。

3.3 白蚁防治

东方山水库为白蚁危害重灾区，调查发现大坝两坝肩下游有白蚁老年巢约200 m  2 ，坝脚有两处白蚁幼年巢约30 m  2 ，大坝下游随时可见白蚁活动痕迹。2011年除险加固时对白蚁进行了灭杀，但未根治，不排除白蚁筑巢加剧渗漏通道的形成。

大坝除险加固过程中，对坝体及周边100 m范围内的白蚁危害区域，采取挖除白蚁巢、设防白蚁隔离毒带、钻孔灌药防治、 安装诱杀监测装置、药物预防等多种方式治理。其中，药物一般采用凯奇杀白蚁悬浮剂、灭蚁粉、灭蚁灵毒饵等，药物浓度0.4%，药浆含药量0.2～0.4 kg/m 3。同时，为了防止白蚁对防渗墙可能造成的潜在危害，防渗墙混凝土中掺加了灭蚁药物。

4 結 论

东方山水库大坝渗漏险情发生后，通过科学、快速的应急抢险避免了大坝溃决。根据事后地质勘探以及施工过程中揭露的实际情况，查明并验证了坝体结构缺陷是导致本次险情的主要原因，也不排除白蚁筑巢和静压灌浆封孔质量缺陷加剧了渗漏通道的形成。通过对大坝渗漏通道进行追挖回填、对坝体进行防渗加固、对白蚁进行药物杀灭等综合治理，基本解决了东方山水库大坝的安全隐患。目前，除险加固治理已经完工验收，2020年6月曾达到最高水位216.20 m，目前库水位维持在215 m左右运行，未发现异常。

虽然东方山水库规模不大，但险情及处理方式较为典型，可为其他水库大坝的除险加固提供参考。

（1） 东方山水库属于“三边”工程，建设过程中勘察资料、设计条件、施工质量、运行管理等情况均缺少记录，给应急抢险及除险加固带来极大困难。中国小水库数量庞大，绝大多数为土石坝且修建较早，与东方山水库的情况极为相似。水库主管部门需要高度重视并加大资金投入，对类似大坝要尽早排查并根治，以防再次出现东方山水库大坝管道渗漏这样的突发险情。

（2） 东方山水库大坝险情能成功化险为夷，除了发现及时并采取合适的应急抢险技术方案外，抢险指挥决策及时、各方协同配合且支撑有力也是重要经验和保障。

（3） 东方山水库大坝应急抢险采用了“入口封堵、出口压渗、自排、抽排”相结合的应急抢险方案，58 h内化解坝体险情并避免了大坝溃决，对小型水库具有借鉴意义。同时，在应急抢险过程中对渗漏量、坝体变形进行实时监控十分必要  [8] ，监测结果可用于及时管控特殊情况、及时实施应急避险预案。由于该方案是在水面可见漩涡时实施“堵塞子”抢险，但对于库容较大或水头较大等具有强破坏力溃坝风险的情况、或现场专家对坝体变形监测数据辨识能力不足时，该方案的应用有其局限性。

参考文献：

[1]  张建云，杨正华，蒋金平.我国水库大坝病险及溃决规律分析[J].中国科学（技术科学），2017，47（12）：1313-1320.

[2] 谭界雄，位敏，徐轶，等.水库大坝渗漏病害规律探讨[J].大坝与安全，2019（4）：12-19.

[3] 李宏恩，马桂珍，王芳，等.2000～2018年中国水库溃坝规律分析与对策[J].水利水运工程学报，2021（5）：101-111.

[4] 杨启贵，谭界雄，卢建华，等.堆石坝加固[M].北京：中国水利水电出版社，2018.

[5] 杨启贵.病险水库安全诊断与除险加固新技术[J].人民长江，2015，46（19）：30-34.

[6] 谭界雄，高大水，周和清，等.水库大坝加固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

[7] 李识博，王常明，王钢城，等.粗粒土淤堵模式判别及最优淤堵粒径区间确定[J].水利学报，2013，44（10）：1217-1224.

[8] 杨启贵，高大水.我国病险水库加固技术现状及展望[J].人民长江，2011，42（12）：6-11.

（编辑：谢玲娴）

Emergency rescue and reinforcement for pipeline leakage of Dongfangshan Reservoir Dam

YANG Qigui 1，ZHOU Heqing  2，3 ，LIU Jialong  2，3，4

（ 1.CISPDR Corporation，Wuhan 430010，China; 2.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China; 3.National Dam Safety Engineering Technology Research Center，Wuhan 430010，China;4.Hubei Key Laboratory of Basin Water Security，Wuhan 430010，China ）

Abstract：

In August 2018，the Dongfangshan Reservoir in Huangshi City experienced a pipeline leakage with a maximum flow of 0.886 m 3/s.Combined with emergency rescue and reinforcement project for the pipeline leakage in the dam of Dongfangshan Reservoir，we analyzed the causes of leakage in the dam，introduced the emergency rescue measures of dam leakage and dam reinforcement measures，and summed up the experiences of emergency rescue and reinforcement.Practices showed that the emergency rescue methods such as discharge by water culvert pipe，emergency pumping by water pump，plugging of leakage pipeline with level batching and pressure suppressing at leakage outlet area of the dam toe could effectively avoid collapse of Dongfangshan Reservoir Dam.The methods such as digging and backfilling of leakage channel，anti-seepage and reinforcement of dam body and termite killing could be used to effectively reinforce the Dongfangshan Reservoir Dam.According to the subsequent geological exploration and the actual situation revealed during the construction process，the main reason of the pipeline leakage risk of the Dongfangshan Reservoir Dam was the structural defects of the dam body.However，the aggravating effect of termite nesting and static pressure grouting hole sealing quality defects on the formation of leakage channel cannot be ruled out.

Key words：

earth-rock dam;pipeline leakage;emergency rescue;dam reinforcement;Dongfangshan Reservoir