小型病險水庫病害特點及除險加固技術

張定華，楊 倩

1.河南靈捷水利勘測設計研究有限公司，河南 南陽 473000

2.南陽市源正水利水電建筑工程有限公司，河南 南陽 473000

1 我國小型水庫現狀

依照水庫實際容量，可將水庫劃分為三個等級，即小型、中型及大型。我國以小型水庫為主，截止到2019年底，我國小型水庫達93390座，占總水庫的95.1%。小型水庫分布較為集中的地區為湖南，其次為江西、廣東。小型水庫大多建設于二十世紀六七十年代，受施工技術影響，且長期持續性運行，導致汛期出險、潰壩事故頻發。在我國發生潰壩事故的水庫中，小型水庫占96.3%。由于小型水庫建設標準低，后期管理運維不善，易危及下游群眾的生命財產安全，因而政府部門高度重視小型病險水庫的除險加固工作。

2020年11月30日，國務院新聞辦公室舉行病險水庫除險加固國務院政策例行吹風會。自1998年特大洪水以來，國家全面貫徹大規模水庫除險加固工作，有效提升了水庫安全狀況，21世紀以來年均潰壩率僅為0.0045%。同時，為了進一步提升水庫安全管理水平，一方面，全面落實水庫安全和除險加固工作，制訂了2020—2022年攻堅計劃；另一方面，針對未實施除險的病險水庫，全面貫徹限制運用措施，確保工程安全。另外，全面加強線上、線下培訓，實現責任人培訓全覆蓋，加強雨水監測、調度以及應急預案等環節工作，加強安全防洪度汛能力。

2 小型病險水庫的特點

2.1 防洪能力不足

根據調研數據，我國現有小型水庫中，有35%的水庫均不同程度存在病險，自身防洪能力無法滿足現階段蓄水、攔洪要求，主要表現在以下三個方面：（1）水庫建設初期，受多方面因素影響，設計人員所設計的防洪標準限值與現行準則要求匹配度較低。（2）壩頂高程高度不足，若洪水來襲高度超限，洪水通過其頂部流下，增加了潰壩等不良事故的發生風險。（3）缺乏完善的泄洪設施，水庫溢洪道的實際尺寸無法滿足泄洪要求。

2.2 滲流不安全

滲流不安全是小型病險水庫的常見特征，多見于壩體、壩基等部位，主要表現在以下四個方面：（1）壩體厚度不足，使用土料滲透系數過高，下游壩腳排水棱體失效，造成下游壩體浸潤線持續性升高，超過正常的標準限值，壩坡出現散浸現象。（2）壩體沉降變形，加劇了裂縫持續性發展，導致水流通過縫隙滲透，不利于水庫的安全運行。（3）由于小型水庫建設初期的施工技術滯后、地質勘察條件不足、未掌握全面的水文資料，施工采取的截流保護措施缺乏合理性，庫水從裂縫或結構層質量薄弱點滲出，常見的如壩基出現滲流，增加了不安全事故發生風險。（4）下游壩坡發生流土現象，壩腳部位出現管涌，一定程度上損傷了大壩結構，增加了水庫不安全運行風險。

2.3 結構不安全

（1）土石壩結構安全問題。小型水庫大壩因持續性運行，其結構出現了多方面安全隱患，一方面，大壩坡度較大，造成下游浸潤線過高，壩基淤泥層含水量較高，難以滿足現階段實際規范要求；另一方面，壩體內土質硬化，長期受地下水腐蝕影響，壩體整體結構發生變化，出現了不同程度的滑坡等病險。

（2）溢洪道結構安全問題。我國小型水庫溢洪道多為開敞式，由于當時水庫建設資金匱乏、專業人員不足，溢洪道保護以漿砌石為主，或者沒有采取保護措施。其病險特點現階段表現為以下幾個方面：①溢洪道未布設，難以滿足現階段泄洪要求；②水庫結構布設缺乏一定的合理性，難以實現自身使用功能；③長時間未清理進口淤泥，過流斷面較小，難以實現水庫正常泄洪；④渠道內部缺乏一定的保護措施，長期運維管理流于形式，內部雜草叢生，淤泥含水量較高，水流通暢度不足；⑤襯砌結構破壞，岸坡坍塌嚴重。

（3）輸水涵管結構安全問題。為滿足下游農業實際用水需求，我國小型水庫輸水涵管以壩下布設為主，但受多重因素影響，如管道質量不佳、基礎變形較為嚴重等，管壁出現破裂、滲水等問題。

（4）抗震性能不佳，金屬結構老化問題。由于部分小型水庫在設計初期并未全面考量后續運行中地震帶來的影響，沒有采取有效的保護措施，一旦發生地震，壩基結構穩定性較差，會導致拱壩潰毀事故。與大中型水庫相比，許多小型水庫金屬結構規模較小，維護人員及資金不足，布設閘門水庫，長時間未實施修繕，受雨雪侵蝕導致金屬發生氧化，結構銹蝕程度較為嚴重，閘門開啟、關閉時間延緩，最終其正常使用功能失效。

3 小型病險水庫除險加固技術

3.1 防洪安全加固

通過有效措施提升水庫泄洪能力，增強水庫攔截洪水能力，是水庫防洪安全加固的核心措施原則。針對我國現有小型水庫病害特點，應進行全方位分析，實施針對性的加固措施，主要體現在以下三個方面：（1）根據當地地理環境、水文、天氣情況，適當增加大壩高程。當壩頂與計算高程差距較小時，需要結合壩頂路面完成改造，可在其上游適當布設相應的防護混凝土墻；當壩頂高程欠高較小時，在確保壩體安全的基礎上，適當增加壩頂帽高度，應嚴格控制其加高高度為2～3m；當壩頂實際高程與計算高程差距較大時，需要增加壩坡厚度。（2）水庫防洪能力提升。根據水庫實際應用途徑，利用專項措施，如加固溢洪道、增加過流斷面等，提升水庫溢洪道防洪能力。（3）聯合培厚加高與增強防洪能力。培厚加高應根據水庫實際情況，決定其具體布設于上游還是下游。若大壩上游抗滑穩定性難以滿足實際要求，下游缺乏一定條件，可選擇加高上游培厚；若大壩下游壩坡抗滑穩定性不足，下游地形條件允許，可適當加高下游培厚。

3.2 滲流安全加固

滲流是小型水庫常見的病險之一，多見于壩體和壩基部位，為切實突破此類瓶頸，通常聯合上下游共同采取措施，以上游封堵、下游排放為原則。上游封堵主要指沿壩體軸線做好防滲措施，增強壩體防滲能力；下游排放主要依照下游實際情況，合理布設相應的排水管道，以免土質一同與水流排放。實際加固措施主要如下：（1）沿水庫壩體軸線，采取灌漿措施建設相應防滲墻，并在墻體下部進行帷幕灌漿；（2）上游壩坡填筑黏土斜墻；（3）改造排水設施，或在下游增設相應的反濾。

3.3 結構安全加固

（1）土石壩結構安全加固。增強水庫壩坡、壩體結構安全性可通過以下加固方式實現：①壩體出現裂縫、沉陷等病險時，可通過黏土灌漿處理；②壩體坡度抗滑性能不佳，難以滿足現行要求時，可適當采取干砌石固腳措施；③小型水庫缺乏管理措施、上下游護坡出現損害以及部分水庫未布設相應的保護措施時，為強化壩體使用可靠性，需要對其采取加固措施，上游可選用混凝土護坡，下游可選擇塊石護坡，具體改造形式應根據項目實際情況決定；④部分小型水庫壩頂為泥結石路面，其寬度不足，為實現后續運行管理，需要適當增加其寬度，以滿足交通要求為準，以混凝土路面為主，其厚度保持在10～15cm，避免其壩體水流滲流。堤壩內坡澆筑修復見圖1。

圖1 堤壩內坡澆筑修復

（2）溢洪道結構安全加固。為了提升溢洪道結構安全性，可通過以下鞏固措施實現：①溢洪道過流能力難以滿足實際運行要求時，需要增加其寬度；②通過全方面實際勘察，應對過流面外露溢洪道進行保護，并及時清除其存積的淤泥，襯砌可選取現澆混凝土形式；③優化調整溢洪道的結構布設，減少布設彎道，以免溢洪道處于地質條件不佳區域。

（3）輸水涵管結構安全加固。傳統小型水庫中使用的涵管結構各不相同，漿砌石管、鋼筋混凝土預制管等形式具有較大差異性，且埋設方式不一，因而針對此類安全性難以保證的涵管進行結構安全加固時，如果壩體高度不高，建議采用重建方式改造加固。

（4）抗震安全加固。若土石壩底部存在砂土層，在地震作用下極易被損傷，難以保障其穩固性，為消除此類安全隱患，應將其砂體予以置換，通過人工加密、拋石壓重以及布設排水減壓井等方式，完成水庫加固。

4 結束語

采取針對性措施完成小型水庫各方面的加固及改造，不僅可以降低工程施工的安全隱患，保證水庫安全度汛，發揮水庫實際價值，還可以完善工程相關資料，改善項目管理條件，為小型水庫的健康持續發展奠定基礎。