小型水庫放水涵管常見的病險(xiǎn)問題及加固處理措施

范連志

(水利部水利建設(shè)管理總站 北京 100038)

張小會(huì)

(水利部綜合事業(yè)局 北京 100053)

1 概述

水庫作為我國(guó)防洪保安工程體系與水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，多年來在防洪、灌溉、供水、發(fā)電、改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了巨大的作用。截至2009年底，我國(guó)共有86353座水庫，數(shù)量居世界之首，其中小型水庫81847座，約占全國(guó)水庫總數(shù)的95%。這些小型水庫大部分建成于20世紀(jì)的50～70年代，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件、技術(shù)水平、建筑材料、管理體制等方面的限制，絕大多數(shù)小型水庫是土壩，且放水設(shè)施大多采用了涵管取水型式。由于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、工程質(zhì)量差，加上管理設(shè)施和手段落后等原因，大部分涵管已出現(xiàn)各種各樣的病險(xiǎn)問題，威脅大壩的安全運(yùn)行，影響水庫效益的正常發(fā)揮。

2 放水涵管常見的病險(xiǎn)問題

調(diào)查結(jié)果顯示:全國(guó)各地水庫放水涵管常見的病險(xiǎn)問題有斷裂、漏水、堵塞、氣蝕等，其中漏水和斷裂現(xiàn)象最為普遍。

2.1 涵管斷裂

涵管斷裂會(huì)破壞涵管結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生漏水，引起土壩滲透破壞。涵管斷裂的原因主要如下:

a.基礎(chǔ)處理不當(dāng)。當(dāng)涵管處在兩種或兩種以上沉陷量不同的基礎(chǔ)上時(shí)，由于涵管基礎(chǔ)未經(jīng)加固處理或處理不當(dāng)，一旦產(chǎn)生不均勻沉降，極易引起管身斷裂。還有不少涵管鋪設(shè)在未經(jīng)處理的軟基上，即便是比較均勻的軟基，也往往由于涵管上部壩體填筑高度不同，所受到的荷載相差較大，極易產(chǎn)生不均勻沉降，使管身產(chǎn)生裂縫，甚至斷裂。

b.本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠。很多涵管選用材料不當(dāng)，施工質(zhì)量較差，導(dǎo)致本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)不到要求。尤其是一些混凝土管由于采用的水泥質(zhì)量低劣、骨料級(jí)配不良、均勻性和密實(shí)性差等原因，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，管壁出現(xiàn)混凝土碳化等現(xiàn)象，使管身承載能力大大降低，從而出現(xiàn)裂縫，甚至斷裂，并導(dǎo)致滲漏。

c.無壓涵管有壓運(yùn)行。小型水庫涵管大多設(shè)計(jì)成無壓涵管，但由于管理運(yùn)用不當(dāng)，甚至汛期參與泄洪，加大放水量，使涵管滿水有壓運(yùn)行，造成管身斷裂。

d.未設(shè)置伸縮縫。有一些涵管管身較長(zhǎng)，但未設(shè)置沉陷、伸縮縫，溫度變化使其產(chǎn)生裂縫和斷裂。

2.2 涵管漏水

涵管除因斷裂引起漏水外，還經(jīng)常發(fā)生無斷裂漏水。涵管漏水主要分為沿管壁外的縱向漏水和穿管壁的橫向漏水。

a.縱向漏水。多是由于管壁周圍土體填筑質(zhì)量差，夯壓不實(shí)，使管外壁填土和管壁結(jié)合不嚴(yán)密，管壁與土壤等結(jié)合處存在一個(gè)層面，蓄水后，水在壓力作用下沿層面滲透產(chǎn)生的接觸滲漏，逐步形成滲漏通道。特別是通過心墻、斜墻等防滲體的部分，是縱向漏水易發(fā)的部位。另外，由于未設(shè)置截水環(huán)或截水環(huán)損壞，導(dǎo)致滲徑縮短，使管外壁和土體間易產(chǎn)生接觸滲漏。

b.橫向漏水。多是由于涵管存在斷裂、伸縮縫填料老化、接頭處理不當(dāng)、存在冷縫等問題，高壓水流沿著這些薄弱環(huán)節(jié)滲水。一般情況下，涵管內(nèi)壁漏水處有結(jié)晶物析出或銹斑出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生射流。

2.3 涵管堵塞

涵管堵塞主要發(fā)生在斷面小、強(qiáng)度低的放水涵管。由于斷面較小，時(shí)常被塊石、樹杈、淤泥及其他雜物堵塞，也常因木、瓦、素混凝土等結(jié)構(gòu)承載能力低而被外力壓破堵塞。管理不好的常年被堵死，不能放水。這種涵管堵死后，清理非常困難。

2.4 氣蝕

氣蝕形成的原因主要是由沖擊應(yīng)力造成的表面疲勞破壞。多是由于涵管進(jìn)口形狀不當(dāng)、無壓變有壓等原因，導(dǎo)致水流流態(tài)不順及多變，水流在與管內(nèi)壁接觸處的壓力低于它的蒸汽壓力時(shí)形成氣泡，或溶解在水流中的氣體析出形成氣泡，當(dāng)氣泡受壓力變化潰滅時(shí)產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫，管內(nèi)壁長(zhǎng)期反復(fù)經(jīng)受這種沖擊力，材料發(fā)生疲勞脫落，使表面出現(xiàn)小凹坑，進(jìn)而發(fā)展成海綿狀破壞。氣蝕嚴(yán)重時(shí)，甚至可形成大片的凹坑。

3 主要除險(xiǎn)加固措施

放水涵管病險(xiǎn)如不及時(shí)治理，將引發(fā)險(xiǎn)情，造成安全事故。治理涵管病險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)涵管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、斷面大小、出險(xiǎn)部位及原因等綜合考慮。涵管常見病害的處理多用貼補(bǔ)、內(nèi)襯、灌漿、加固地基及封堵原管另設(shè)新管等方法。

3.1 斷面較小涵管的處理措施

對(duì)于斷面較小的涵管，可從放水口開始沿管軸線向下游開挖至病險(xiǎn)相應(yīng)部位，再視病險(xiǎn)情況分別采取外包加固、部分拆除、廢除新建的辦法進(jìn)行處理。如由于涵管縫裂漏水使壩體產(chǎn)生滲透破壞(如跌窩)的漿砌石、混凝土結(jié)構(gòu)涵管，其病險(xiǎn)處結(jié)構(gòu)一般未遭破壞，可采用外包混凝土等措施加固處理。如病險(xiǎn)處涵管結(jié)構(gòu)已遭破壞，則可拆除該部位老管，澆筑鋼筋混凝土新管。蓄水運(yùn)行后，如繼續(xù)產(chǎn)生漏渾水、跌窩等病險(xiǎn)，說明老管已無法使用，則可拆除重建。但是對(duì)于那些強(qiáng)度低的木、瓦、素混凝土、鋼絲網(wǎng)薄殼等結(jié)構(gòu)涵管，一般只能廢除新建。

3.2 斷面較大涵管的處理措施

對(duì)于斷面大、人能進(jìn)去施工的涵管，一般可采取打孔灌漿、化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)、內(nèi)襯加固等措施進(jìn)行處理。涵管漏水，一般采取沿漏水點(diǎn)鉆孔灌入水泥漿封堵的辦法就可以解決問題。對(duì)于少數(shù)斷面允許縮小的涵管，可先對(duì)涵管進(jìn)行全斷面混凝土內(nèi)襯加固后，再采取頂水灌漿止漏等辦法。也可采用鋼板內(nèi)襯加固處理。對(duì)于因裂縫、伸縮縫引起的漏水，可采用化學(xué)貼補(bǔ)即環(huán)氧砂漿或丙乳砂漿貼橡皮、玻璃絲布等補(bǔ)強(qiáng)止漏或重置伸縮縫止水料的辦法處理。

3.3 氣蝕涵管的處理措施

對(duì)于涵管氣蝕，可采用環(huán)氧樹脂基液和環(huán)氧樹脂砂漿補(bǔ)平，也可采用丙乳砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

3.4 淤塞涵管的處理措施

對(duì)于斷面非常小、無法進(jìn)人施工的堵塞涵管，根據(jù)堵塞體在涵管內(nèi)位置的不同，可采取在涵管出口和潛水員在涵管進(jìn)口捅擊堵塞體等辦法處理。否則，只能廢除新建。

3.5 廢棄涵管的處理措施

對(duì)于無法進(jìn)行加固或加固不徹底的涵管，一般采用封堵原管、另設(shè)新管的方法。新建涵管應(yīng)盡量避開大壩，建在堅(jiān)實(shí)可靠的山巖或地基上，如果確需在大壩下穿過，應(yīng)處理好與大壩壩身的接觸面。新涵管建成后，應(yīng)對(duì)老涵管進(jìn)行處理，一般采用封堵的措施。封堵涵管的方法主要有混凝土堵塞法、逆向灌漿法、平行灌漿法、十字灌漿法等。封堵長(zhǎng)度通常以接近涵管長(zhǎng)度的1/3為宜。

4 結(jié)語

放水涵管作為小型水庫的重要組成部分，其安全問題不容忽視，必須加強(qiáng)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并認(rèn)真進(jìn)行加固處理。尤其是在當(dāng)前我國(guó)實(shí)施大規(guī)模小型水庫除險(xiǎn)加固之際，更應(yīng)該抓住機(jī)遇，消除險(xiǎn)患，保證水庫的安全運(yùn)行，充分發(fā)揮水庫的效益。