浅析金华市婺城区小型水库除险加固技术措施

张益清

【摘要】石坝的加固方法很多且都有其适用范围、局限性和优缺点。婺城区小型水库加固技术措施，是在仔细分析病险情况基础上，结合当地材料，选择技术上可靠、经济上合理又能满足施工要求的加固措施。特别是利用当地丘陵粘土较多的优势，采用套井冲抓回填粘土的防渗加固技术措施，该措施直观性强，施工方法简单，操作方便，工效高，防渗处理效果好。

【关键词】大坝；安全隐患；加固技术措施

1、婺城区病险水库除险加固工程概况

金华市婺城区位于浙江省中部，全区国土面积1387.88km2。总人口61.68万人，其中农村人口33.25万人；耕地48.03万亩。全区有中小型水库83座。其中中型水库5座、小型水库78座，水库总库容2.82亿立方米；婺城区管辖的水库66座，其中中型1座、小（1）型12座、小（2）型53座。上述水库担负着金华市区的饮水、防洪和41.14万亩耕地的灌溉任务。上述水库大部分建于上世纪五六十年代，坝型为土坝，受当时条件限制，设计标准低，施工质量差，并经过多年运行，大坝存在渗漏严重、迎水坡护坡损坏（冲刷）严重、坝内条石盖板涵管（瓦管）、防洪标准低、无观测设施、白蚁危害等安全隐患。为了消除病险水库的安全隐患，提高水库的安全度，发挥水库的综合功能，为经济建设服务，浙江省从2003年开始实施“千库保安”和“强塘”工程建设。为此，婺城区陆续开展小型水库大坝安全鉴定，至2012年底共鉴定病险水库54座，占81.5%，其中小（1）型9座、小（2）型45座，然后制定方案加固，至2012年底完成43座病险水库加固，完成投资17600万元。

2、婺城区小型水库主要安全隐患类型及产生的原因

2.1水库大坝防洪能力低。33座水库防御洪水能力不能满足规范要求。主要原因：1、当时集雨面积是用五万分之一地图来计算，现在万分之一地图精度高，集雨面积有出入；2、水文计算采用省水文局出版的水文图集，水文图集随着时间推移进行修订和完善，计算结果不一样；3、工程防洪标准提高了，而工程措施未跟上，4、将明渠式的溢洪道当作宽顶堰来计算，5、有几座水库未按设计完成，属“半拉子”工程，1座连溢洪道都未设，仅靠涵管来调节。

2.2大坝渗漏及坝基渗漏。51座水库的大坝或坝基有不同程度的渗漏。主要原因：1、当时水库建设时搞大规模群众运动，并限于当时的施工条件，质量难以控制；2、由于水库规模小，工程建设前未地质勘探，坝基情况不明，加之清基不彻底；3、选用土料质量较差，坝体碾压不实；4、施工时上下层结合面处理不当，有的水库多次扩建，新老接触面未处理好；5、贯穿大坝上下游的蚁道。

2.3坝体单薄、坝坡偏陡（破损、冲刷严重）、纵向裂缝、滑坡等安全隐患。54座水库存在坝体单薄、背水坡偏陡、迎水坡破损或冲刷严重、纵向裂缝、滑坡等不同的安全隐患。主要原因：1、2座“照谷社”水库大坝其下游坝坡坡比1∶0.2且从坝顶溢洪，多年运行后，造成下游坝坡外凸，大坝结构日趋不稳；2、建库时由于地形原因或未按设计完成，造成坝体单薄和背水坡偏陡；3、坝肩堆放重物及坝体渗漏等原因使大坝产生纵向裂缝，严重的产生滑坡。4、由于运行多年，风浪冲刷、老化失修等原因使45座水库迎水坡破损或冲刷严重。

2.4坝内涵管损坏、漏水。38座水库坝内涵管都有不同程度的损坏和漏水现象。主要原因：坝内涵管为条石涵管、瓦管，且基础为土体，经多年运行，产生不均匀沉降，使涵管产生裂缝，严重的断裂而产生漏水。

2.5泄洪设施破损或不安全。24座水库泄洪设施破损或不安全，不能确保水库安全泄洪。主要有如下现象：1、大坝侧挡墙、溢洪道底板、消能设施损坏严重；2、溢流堰顶用砼、砌石、草袋人为筑高、设置拦鱼栅（网）减少了行洪断面，使水库防御洪水标准降低；3溢洪道与坝体结合部位漏水。

3、病险水库除险加固技术措施

从2003年开始的病险水库除险加固工程是吸取过去头痛医头，脚痛医脚的教训，采取全面查清水库的安全现状，并根据每座水库的不同情况，提出几个不同方案进行比较，然后选择投资省、施工方便、效果好的最佳加固方案。至2012年底婺城区已完成43座病险水库除险加固，完成投资17600万元，取得比较好成效。现对已完成的43座病险水库除险加固工程采取的技术措施浅析如下：

3.1提高水库大坝防洪标准的技术措施1、对坝顶较宽，坝坡较缓，坝顶长度较短，附近有筑坝充足的土料，采用加高大坝的措施。2、对坝顶长度长，泄洪设施破损严重，且易于拓宽的，采用拓宽溢洪道的措施。3、对集雨面积大，产生的洪峰与洪量都较大的水庫，采用加高大坝与拓宽溢洪道相结合的措施。4、对大坝防渗体高程基本达到校核洪水位的，采用拓宽溢洪道或设防浪墙的措施。

3.2大坝防渗及坝基防渗措施。对41座病险水库大坝和坝基防渗主要采取套井冲抓回填、低弹模混凝土防渗墙、帷幕灌浆等技术措施。

3.2.1套井冲抓回填粘土，形成柱式防渗墙。婺城区区黄土丘陵多，土质好，坝型为土坝，大坝浸润线出逸点高，据以往几种的防渗处理效果，套井冲抓回填粘土形成的防渗墙渗透系数都可达到1×10-5cm/s以下，压实度96%以上，且施工方法简单，操作方便，工效高，回填料就地取材，投资少。因此41座水库坝体防渗都采用套井冲抓回填粘土的技术措施。套井冲抓回填粘土布孔沿坝轴线或坝轴线上游0.5至1米处单排或双排（孔深20米以上布双排），布孔兼顾防渗体底部齿槽的位置。单排布孔的孔距0.75米（大坝低于10米的，孔距采用0.8米）、孔径1.1米，有效搭接厚度0.7米；双排布孔孔距0.75米、孔径1.1米、排距0.8米，两排之间错开，有效搭接厚度1.5米；套井深度到隐患以下1～2米或到基岩。用冲抓钻造孔回填粘土（回填土料：渗透系数k<1×10-5cm/s，水溶盐含量不大于3%，有机质含量不大于2%。），经夯实后，形成一道连续的粘土防渗墙。此技术的特点是套孔回填粘土经压实后干重度增大，渗透系数减少，防渗效果好，并可下孔检查，直观性强，保证质量。同时套孔四周坝体干重度增加，坝体获得加固。质量控制的几个事项：1、回填粘土时，松土的层厚30～50 cm，井底较湿时，可底部1～2m填土掺入15～20%的水泥，孔底的浮土、碎石应清理掉；2、料场的土料先进行试验，满足设计要求的，方可使用，含水量控制Wop±2%附近，有利于击实；3、夯锤击数与落锤高度根据现场试验确定；4、钻孔的孔偏斜率小于0.4%，两个井搭接的有效厚度小于设计的90～95%，应补打套井。

套井冲抓回填粘土的防渗处理措施施工中存在的问题和处理方法：

一、存在的问题：1、对浸润线以下施工较困难；2、套井冲抓过程中出现孔下部较多的渗水时，无法施工；3、坝体与山体接合处由于山体坡度（孔底不平），套井冲抓机械不能抓干净；4、原坝体碾压不实或土体含砂量多等原因造成塌孔。

二、处理方法：1、放空库水，降低浸润线。2、设法排出孔内水。3、人工下去清除冲抓机械不能抓干净的土，4、一是采用护筒固臂完成套井冲抓回填粘土；二是采用反复多次套井冲抓回填粘土来完成；三是先回填塌孔后在易塌孔上下游先套井冲抓回填粘土副孔，孔深以不塌孔或少塌孔来控制，易塌孔的上下游加强后，再重新对易塌孔套井冲抓回填粘土，重复多次来完成套井回填粘土。

3.2.2低弹模混凝土防渗墙。砼防渗墙是先在孔内注满泥浆，以防孔壁塌崩，同时挖掘地层，然后用砼或钢筋砼置换泥浆，筑成墙体。在水工建设中普遍应用，是透水体防渗处理的一种有效措施，主要用于对防渗要求较高的坝基、坝体的渗漏处理。婺城区青塘水库总库容530万m3，大坝高10.6m，主坝长560m，坝基250m长存在0.5～6.1m厚的砂砾石层，水库下游有浙赣铁路、330国道等重要的交通设施，婺城新城区2.06万人，为此，对青塘水库的安全有更高的要求。青塘水库主坝坝基存在较厚的砂砾石层，套井冲抓回填粘土难于深入，无法达到防渗效果，故采用低弹模砼防渗墙进行防渗。低弹模砼防渗墙轴线布置在大坝轴线上，深入弱风化岩2m，砼防渗墙的厚度为80cm，设计渗透系数k<1×10-7cm/s，弹性模量为5000～6000Mpa。施工完成后，经四年多的时间蓄水考验，经观测表明防渗墙的防渗效果显著的。低弹模砼防渗墙施工的主要特点：1、在坝体中挖槽时，用泥浆固壁防渗防塌，保持孔壁稳定，这是泥浆的主要作用，此外还有悬浮岩屑、冷却钻头作用。对泥浆的制作有一定的要求。2、建造槽孔应保证砼防渗墙的深度和厚度符合设计要求。槽孔孔壁应保持平整垂直，孔位允许正负3cm。3、砼防渗墙有一定的强度、防渗性和较低的弹性模量，有较大的流动性和良好的和易性。浇筑时必须连续进行，不允许中断，还必须有特定的浇筑速度。

3.2.3帷幕灌浆。婺城区病险水库除险加固工程中有3座水库为砂砾石基础渗漏，13座水库岩基透水率大，都不能满足土石坝的要求，经方案比较3座砂砾石基础和13座水库岩基防渗采用帷幕灌浆的技术措施。这16座水库的帷幕灌浆轴线在套井冲抓回填粘土的中心线上，单排布置、孔距2至3.0m（根据坝高和渗漏严重性而定），帷幕深度伸入不透水层5m，分3序孔灌，灌浆压力根据先导孔试验确定，灌浆材料为425#水泥，灌浆浆液从稀到浓。帷幕灌浆从粘土防渗墙（最底部1米粘土防渗墙必须掺入1∶5的水泥[体积比]）的下面开始灌，与坝体防渗体形成连接，灌浆结束后，根据检查孔压水试验成果和蓄水运行考验，防渗效果良好。

3.3坝体单薄、坝坡偏陡（破损、冲刷严重）、等加固措施。对坝体单薄、背水坡偏陡的大坝加宽和放缓坝坡；对纵向裂缝、滑坡采取开挖回填；对迎水坡护坡破损严重或冲刷严重的，拆除护坡或修理坝坡后进行块石或砼预知块护坡。背水坡脚新设反滤设施后上部采用草皮护坡，使大坝更美丽。

3.4坝内涵管改造措施。31座水库进行坝内涵管改造，采用了翻挖重建、封堵坝内涵管新开隧洞或新建虹吸管。1、翻挖重建输水涵管。对坝高不超过10米的坝内破损的条石涵管、瓦管，且涵管基础可以挖到岩基的，采用挖除原涵管后，进一步在基岩里挖出一条槽，将钢管或预应力砼管埋入后再浇30厘米厚的砼，使涵管与坝体分离；或在岩基上新建一条钢管或预应力混凝土管，并对钢管或预应力砼管再外包20至30厘米C25砼。这种方法处理的彻底，经运行观察，效果好。2、封堵坝内涵管新开隧洞或新建虹吸管。大坝比较高的，开挖工程量大，对有条件开挖隧洞的水库，新开一处输水隧洞后，封堵坝内涵管；对10米左右高的大坝，没有条件开挖隧洞的，采用封堵坝内涵管，新建虹吸管作为输水涵管。封堵坝内涵管采用套井冲抓回填粘土与灌浆封堵相结合处理：即上下游原涵管采用灌水泥砂浆封堵，大坝纵轴线位置的坝下涵管，结合大坝套井冲抓回填粘土的防渗处理措施（截断坝下原涵管后回填粘土），并该套井冲抓回填粘土形成的桩柱式防渗墙上下游，各增加两排套井冲抓回填粘土的防渗处理。

3.5泄洪設施加固措施。对泄洪设施损坏严重且防洪标准低的水库，泄洪设施拓宽加固和大坝加高、加固相结合的方案。2座小（1）型水库溢洪道改造加固与大坝加固相结合，新建重力坝的下游有现成的泄水渠，若从原溢洪道改造，泄水渠工程量大，故二座水库的副坝采取拆除后重建成重力坝，并将溢洪道结合到重力坝中，即加固了大坝又加固了溢洪道，投资更省。有15座水库采用泄洪设施拓宽加固和大坝加高结合的措施。要特别注意堰体和坝体侧的挡土墙与坝体防渗墙的连接，一定要形成一个完整的防渗封闭。对溢流堰顶用砼、砌石、草袋人为筑高或设置拦鱼栅（网）等水库，要坚决拆除，并依法加强管理。

4、总结

土石坝的加固方法很多且都有其适用范围、局限性和优缺点，因此，对水库大坝存在的病险情况都应仔细分析，必要时用钻探进一步查明原因，然后根据病险情况，对几种加固方案进行比较，选择技术上可靠、经济上合理又能满足施工要求的方案，同时注意节约能源和环境保护。婺城区土坝加固技术措施，是在仔细分析土坝险情情况后，经多个方案比较后选用的加固方案，特别是利用当地丘陵地区粘土较多的优势，采取套井冲抓回填粘土的防渗措施，该措施直观性强，施工方法简单，操作方便，工效高，防渗处理效果好，投资少。

参考文献

[1]张启岳主编.土石坝加固技术.北京：中国水利水电出版社.

[2]广西壮族自治区百色地区水利局.混凝土防渗墙技术在险坝加固中的应用.水利水电技术，1978（1）.

[3]中华人民共和国行业标准.SL62-94.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范.北京：中国水利水电出版社.

[4]赵珏，曾栖芳.流光岭水库土坝冲抓套井防渗墙的试验与分析.农田水利与小水电，1986（6）.