水庫存在的病險原因及處理措施

王子明

（中國水利水電第一工程局有限公司，吉林 長春 130062）

1 水庫病險原因分析

現在對于中小型水庫普遍存在的病險及原因概括起來主要有以下幾類:

1.1 水庫庫壩區滲漏

壩體或壩基(含壩頭、山體)漏水,給予造成水庫庫壩區滲漏的約占總數的60%～70%,放水涵洞、涵管破碎、斷裂等水利配套工程老化引起漏水的,約占總數的30%。

1.1.1 壩址選擇不合理

在石灰巖地區,沒有利用庫區內壩址附近有隔水巖層的地方建壩,如某水庫,壩址距上游有隔水巖層的地方僅70m,但壩址卻選在灰色、白云巖和溶塌角礫巖上,巖溶發育,因而庫水向外滲漏。

1.1.2 壩基基礎處理不當

許多壩基特別是土石混合壩,清基不徹底即回填土料,且粘土鋪蓋防治層厚度太薄。如某水庫大壩(土石混合壩),壩面用粘土鋪蓋防滲,壩腳粘土鋪蓋防滲層僅有0.4～1.0m,其后即亂石堆放的壩體。蓄水后受十幾米水頭的壓力,粘土防滲層被水壓穿,庫水不斷沿堆石間隙流走。

1.1.3 壩肩處理不當

早期修建的中小型水庫大多沒有經過周密施工設計,搶時間,趕進度,忽視質量,甚至把左右兩壩肩的覆蓋土取來筑壩,因而兩壩肩覆土變薄,甚至沒有覆蓋層,全部巖石裸露。在水的長期侵蝕作用下,巖石沿節理裂隙溶蝕,久而久之就發育成滲水通道而滲漏,或剩下的薄層覆蓋土被水壓穿而出現漏水。

1.1.4 壩前末設防滲鋪蓋

對于土石壩和土壩,壩前防滲鋪蓋是不可缺少的防滲措施,然而在20世紀50年代末興建的許多小型土石壩和土壩均未設壩前防滲鋪蓋,也無其它防滲措施。

1.2 壩體裂縫

由于壩體出現裂縫的約占中小型水庫總數的20%～30%,溢洪道不安全及影響壩腳的約占總數的20%。壩體構筑質量低劣,裂縫叢生,壩體質量低劣且沒有溢洪道,如遇大洪水很有可能垮壩或因泄洪不暢發生洪水漫壩,危及運城市區的安全。

1.2.1 溫度因素影響

在北方地區,冬夏溫差較大,受熱脹冷縮作用,壩面護坡塊石經常處于不穩定狀態。尤其是冬季,冰面與壩體相接處,由于冰推動作用,使處于不穩定的護坡塊石運動加劇,形成隆起、堆積,冰面融化后,隆起堆積起來的護坡塊石又自由滑落下來,難以恢復原狀,長此以住,護坡遭到破壞。

1.2.2 施工質量問題

壩體斷面不安全,填筑質量差,壩肩與岸坡接茬不良,在施工中清基不徹底。土壩塊石護坡在施工過程中,常常由于塊石砌筑不緊密墊層不實,經長期自然沉落和冰脹、水沖等綜合作用,使護坡體局部坍陷、下滑,個別塊石從護坡體中擠出在外,造成整個壩坡凸凹不平,產生裂縫。

1.3 庫岸失穩

1.3.1 浪蝕作用

中小型水庫多位于山間峽谷,風速小,水庫彎道多,吹程較小,故風浪作用一般較小。一般出現塌岸的中型水庫多屬于平原水庫,一般頻繁出現的風浪坡高為40～60cm,有時可達100cm以上,浪蝕作用大。而中小型水庫風浪波高多在10～20cm,受浪蝕作用較小。

1.3.2 浸泡與重力作用

水庫蓄水后,庫岸長期在水的浸泡作用下,巖土產生了物理化學、孔隙靜水壓力和動水壓力等效應,并引發的中小型滑坡、崩塌和泥石流等,對水庫的安全運用和水土保持以及庫岸邊人民生命財產的安全都構成了較大的威脅。

1.4 水庫淤積

中小型水庫中部分水庫淤積嚴重。由于淤積嚴重,使一些水庫己無效益,防洪和興利矛盾十分突出。分析其主要原因:一是水庫上游水土流失嚴重;二是水庫本身缺少排沙底洞,累計淤積所致。據統計,70%～85%的水庫防洪標準偏低,主要原因是洪水分析成果不準,防洪標準偏低,泄洪能力不足。

1.5 水庫配套工程設施不完善

主要表現在閘門、啟閉設備運行困難,泄洪不暢、關閉不嚴,有的溢洪道、放水涵洞發生裂縫甚至塌陷毀壞。另外,護坡塊石被翻撬、搬動、堆積時有發生,管理單位又不能及時整修,致使破壞越來越重。

2 病險水庫的加固處理措施

2.1 防滲措施

2.1.1 柔性防滲

對大面積滲漏而無集中滲漏通道的庫壩區,且坡度在24°以下的大壩和壩肩,或有集中滲水通道又有面上滲流的庫壩區,只要對集中漏水通道先作處理 (如開挖回填混凝土塞或是自流灌水泥漿、水泥砂漿等封堵),均適宜用柔氈鋪蓋防滲,但使用柔氈鋪蓋防滲的關鍵是:接頭一定要搭接好,周邊固結措施要得當,且最好是用混凝土截水墻截到隔水巖層或不透水部位上,共同組成防滲體。

2.1.2 剛性防滲

即混凝土防滲,適宜覆土較薄、坡度在25°～45°之間的巖石基面的岸坡滲漏區,其關鍵是根據所受水頭選好混凝土標號、鋪蓋的厚度和確定水灰比。施工時,應打掉巖基面的尖角,清除面上的泥垢、油污等雜質和強風化的破碎巖石,用水洗凈后(最好使用高壓水沖洗)墊上2～3cm厚的水泥砂漿,然后澆筑混凝土。混凝土澆筑要振搗密實,養護2ld。對大面積的混凝土防滲鋪蓋要作分塊處理,每塊尺寸以4m×5m為宜,塊間分縫處作好止水處理。

2.1.3 水泥砂漿砌石勾縫防滲

該方法適宜庫岸坡度較陡(坡度在45°以上)、基面為巖面且覆土不厚的庫岸坡和水頭較低的壩體迎水坡面防滲。防滲砌體厚度根據水頭選定。砌筑要求平整、穩定、密實,座漿及豎縫砂漿填塞要飽滿密實,豎縫填塞砂漿后應插搗至表面泛漿為止,勾縫前必須將縫槽沖洗干凈,不得殘留灰渣和積水,勾縫完成后養護21d。

2.1.4 防滲帳幕灌漿

這種措施適用于壩基和壩肩的深部漏水防滲。其技術主要是確定孔深、孔距、布孔方式、布孔排數和選好漿液的配合比,確定灌漿壓力。

2.1.5 混凝土截水墻

對未設壩前防滲鋪蓋的壩體及左右岸坡,由于清除現有淤泥工程量大,投資大,而有的因庫水不能放干而無法清除,故只有設置混凝土截水墻或其它防滲帳幕。混凝土截水墻應截到不透水巖層上,或截到不透水部位,與其它防滲體連為整體。

2.1.6 粘土鋪蓋止漏

該方法適用于粘土料場豐富的水庫。對于已建成土壩的壩基滲漏,特別是當不透水層比較深的情況下,一般做垂直防滲墻(或截水槽)比較困難,則采用粘土鋪蓋。粘土鋪蓋長度一般不小于3～5倍壩前水深,鋪蓋厚度一般在上游段不小于0.5m,與壩體相接處不小于1～2m。

2.2 壩體裂縫的處理措施

針對建筑物出現裂縫問題,對采取劈裂灌漿進行加固。

2.2.1 翻松夯壓,灌土封口

對于細小的龜裂縫、縱向裂縫,將裂縫處土料翻松,重新夯壓密實,以防止雨水侵入。對于縫寬不大于1～2cm,深度不超過1m的裂縫,用干而細的砂壤土從縫口灌入,用板條或竹板等填塞搗實,然后在縫口用粘性土封堵壓實。

2.2.2 開挖回填

對于縫寬大于2cm,深度超過1m的裂縫,則采用開挖回填的方法即將發生裂縫部位的土料全部挖出,再置新回填夯實。縱向裂縫的開挖回填,開挖槽的長度和深度都應超過裂縫的長度和深度0.3～0.5m,如裂縫較寬較深,為便于施工和保證安全,槽底寬度一般采取0.5～1.0m,槽壁可挖成階梯形斷面。回填時再逐級削去臺階,使其保持梯形斷面,用與原壩體同類土料分層夯實,每層厚度以0.1～0.2m為宜。對于貫穿上下游的橫向裂縫,為了防止在溝槽側面新老土結合處形成集中滲流,還應開挖結合槽,與裂縫相交成十字。結合槽間距 5～6m,槽寬 1～2m。

2.3 提高防洪標準

嚴格按照現行防洪標準進行設計,必要時根據具體情況采取加高大壩或在壩頂增設防浪墻,以滿足防洪要求。根據水庫的壩型、壩類、滋洪道所處地形位置以及土石料的開采難易情況,采取的措施有:

2.3.1 加高壩體

該方法既能增加有效庫容,又可提高防洪標準。對于加壩方量不太大,庫區有豐富的土石科可取,運輸方便的水庫均按設計斷面加高壩體,提高防洪標準。

2.3.2 擴大泄洪能力

對于缺乏土石料的庫區,或壩體斷面不易加高的水庫,則采取拓寬滋洪道或增設非常溫洪道及復式溢洪道,以增大泄洪能力,提高防洪標準。

2.4 防止庫岸失穩的措施

為確保大壩的運行安全,在加固中應對大壩增設必要觀測設施。建立以水庫為中心的通訊網確保汛期水庫管理所與主管部門的通訊暢通。對于淤積特別嚴重的水庫,除對水庫采用消淤措施外、特別注意對庫區上游流域面積內進行植樹種草、防風固沙的水土保持治理,從源頭上減少庫淤積來源。

2.5 工程管理措施

充分調查、全面收集水庫的技術資料,為水庫的安全管理積累資料,同時為水庫加固提供可靠依據。根據水庫的病害狀況,壩型、地形及土石料的分布情況,采取針對性的技術措施,按照“先險后病、先急后援、先大后小”的原則,因地制宜地制定出水庫的加固措施及年度實施計劃。確定技術可靠、施工可行、經濟合理、效益突出的除險加固方案,編制設計計劃,報請上級主管部門批準。嚴格把住質量關,采用經濟與行政手段,強化施工管理,根據施工進度,分期撥款,堅持嚴格的驗收制度,確保完成病險庫加固任務。

3 結論

近幾年,由于經濟技術發展快速，為了滿足工、農業不斷發展的需水要求,對各地區的部分水利設施進行了加固處理,本文在分析水庫病險原因的基礎上對常用的幾種處理措施進行了總結。

[1]陶麗琴.切實搞好病險水庫除險加固.中國水利報.2004-06-08