江苏省小型水库除险加固方案及主要措施浅析

摘要：从江苏省小型水库除险加固实践中，系统总结了加固方案及主要措施，特别是对小型水库大坝抗滑、抗渗稳定等方面进行了分析。

关键词：水库；除险加固；方案；措施

中图分类号：TV697.3 文献标识码：B 文章编号：1007-7839（2013）05-0028-02

我省共有小型水库860 座，其中，小（1）型267 座，小（2）型593 座，总库容9.85 亿m3，主要分布在南京、无锡、徐州、常州、连云港、淮安、扬州、镇江、宿迁等9 市39 个县（市、区）。多年来，这些小型水库在防洪保安、农业灌溉、水源调蓄、生态保护等方面发挥了重要作用，为促进全省国民经济又好又快发展、保障社会和谐稳定作出了巨大贡献，特别是为丘陵山区经济发展、农作物结构调整和人民生命财产安全提供了水资源供给和防洪安全保障。但我省小型水库大多建于上世纪50、60 年代，限于当时历史条件，工程标准低，存在先天不足，给水库安全运行留下了很多隐患，加之后期投入不足，工程老化失修严重。经安全鉴定，全省共有790座小型水库存在不同程度的工程隐患，部分水库已危及安全运行。为此，自2004 年以来，我省开展了一场历时8 年、总投资20 亿元的790 座小型水库除险加固工作。本文对加固方案及主要措施进行总结、分析。

1 工程加固原则及主要范围

依据工程安全复核、检查认定结果，工程实际运行中发现的问题，水库安全鉴定结论，从防洪安全角度出发，兼顾综合效益的发挥，遵循加固措施安全可靠、经济合理，既有针对性，又相对统一的原则，在加强管理的前提下，重点对水库坝体、溢洪道（闸）、涵洞等主要水工建筑物进行除险加固，确保防洪安全，同时健全必要的管理设施，为水库管理创造基本条件。

2 工程加固措施及主要内容

工程加固方案涉及的水文水利计算，抗滑、抗渗稳定复核等设计内容，在安全鉴定时已按相关规范要求进行了计算，加固设计实施方案主要以安全鉴定的结论为基础，针对具体存在问题，在多方案分析比较的基础上，提出相应加固措施。

坝体防洪安全首先是坝顶高程满足防洪要求，坝体抗滑、抗渗稳定满足规范要求，其次是迎、背水坡坡面防护设施和坝后护坝地范围满足工程运行要求，同时有必要的管理设施。

小型水库工程加固内容包括坝体、溢洪道（闸）、涵洞等主体建筑物加固和工程管理设施增设等。坝体加固内容主要有：坝顶加高、加宽，坝身防渗、抗滑处理，新建或整修迎水面护坡，新建或修复背水坡排水设施，坝脚护坝地范围填塘固基等。溢洪道（闸）加固内容有：拆建或拆除扩建溢洪道（闸），局部维修加固，更换闸门、启闭机等。涵洞加固包括拆除、拆建、局部加固几种类型。具体加固措施综述如下：

2.1 坝体

2.1.1坝顶

（1）坝顶加高。对于坝顶不封闭水库，主要采用加筑土方的方法使之实现防洪交圈。对坝顶高程不足的水库根据实际情况可采用两种加固措施：一是加大溢洪道断面，降低水库洪水位，二是加高坝顶，以满足防洪要求。考虑大部分水库坝顶均无防汛道路，当坝顶高程不足较小时，可结合修建坝顶防汛道路以满足防洪要求；当坝顶高程不足较大时，需对拓宽溢洪道降低洪水位与坝顶加高进行方案比较，在此基础上确定加固措施。主要加固措施有：坝顶加筑土方或增设挡浪墙、拓宽溢洪道、加高坝顶与拓宽溢洪道相结合等。其中，坝顶加筑土方与增设挡浪墙两方案还需视库周土源情况进行经济比较后确定。增设挡浪墙后，墙后坝顶不低于校核洪水位，挡浪墙高出坝顶不大于1.2 m。

（2）坝顶加宽。对于坝顶宽度不足的水库，主要采用坝顶“戴帽子”方法在上、下游侧复土加宽坝顶，加固后小（1）型水库坝顶宽不小于4 m，小（2）型水库坝顶宽不小于3 m。

2.1.2坝身

现状坝身主要存在问题是抗滑、抗渗稳定不满足规范要求，迎、背水坡防护不适应工程安全运行要求。

2.1.2.1 抗滑稳定加固

（1）抗滑稳定影响因素分析。坝体抗滑稳定性主要影响因素包括坝身高度，上下游水位及水位差，坝体填筑材料和坝基土的物理、力学性质，坝体所承受的荷载，坝体的断面等，坝体抗滑稳定不满足规范要求的水库，主要原因是坝体、坝基中有软弱土层，或坝坡较陡。

（2）抗滑稳定加固措施。由于现有坝高不能降低，坝体、坝基土质条件难以改变，坝体抗滑稳定加固主要从加大坝体断面、放缓坝坡坡比，增加坝体抗滑力角度考虑，主要加固措施包括增设抗滑平台或抬高护坝地高程。对一些坝体抗滑稳定计算满足规范要求，但运行中出现过险情，坝高大于10 m，或坝高为10～15 m、坡比陡于1∶ 2，或坝高大于15m、坡比陡于1∶ 2.5 时，考虑在背水面增设一平台，平台高程一般位于坝高1/ 3～1/ 2 处，顶宽4 m，以满足机械施工要求。增设压重平台土体要有较好的透水性，尽可能采用砂壤土，增设平台土体与原坝面间需设置导渗、排水设施。

2.1.2.2 抗渗稳定加固

坝体渗漏原因主要有：坝身较高，坝身单薄，坡比较陡，渗径长度不足；坝体填筑质量差，密实性差，存在渗流通道；白蚁危害严重；坝体填筑时，与坝基及两侧山体接触处未清理或清理不彻底，未设截水槽等截水设施；坝身分期填筑时，接触面没有处理；两侧山体绕渗。除两侧山体绕渗对坝体安全影响较小外，其余几个因素都直接影响坝体安全。

（1）防渗处理方案比选。坝体防渗处理包括截渗和导渗两个方面。截渗形式有垂直防渗和水平防渗，对于均质土坝坝体而言，垂直防渗措施更为彻底、有效。一般垂直防渗措施有：垂直插塑、高压定喷、混凝土防渗墙、多头水泥搅拌桩、劈裂灌浆、振动沉膜、迎水面铺膜、粘土心墙等。粘土心墙主要用于新筑坝，一般加固工程不考虑该方法。高压定喷、混凝土防渗墙、振动沉膜造价较高，对小型水库而言，使用不经济。垂直插塑、多头水泥搅拌桩虽然造价较低，但考虑小型水库坝体中小块石、碎石含量高，最大直径在10 cm以上，且深度也有一定限制，一般也不作为水库坝体防渗处理的主要方案。劈裂灌浆在不少小型水库防渗处理中得到应用，有一定的实践经验。迎水坡铺膜虽然价格较高，但考虑即使不采用该方案，迎水面护坡也需进行翻砌，结合迎水坡护坡加固进行铺膜，其实际造价并不高。综上所述，小型水库的垂直防渗措施一般采取劈裂灌浆和迎水面铺膜两种方案，坝基透水性大、深度深时，也可采用在坝脚插塑、坝坡铺膜相结合的加固方法。水平防渗有迎水面设粘土铺盖和背水面设置压渗平台两种。迎水面粘土铺盖一般结合坝顶加高或迎水坡抗滑处理时采用，背水坡压渗平台结合设置压重平台时采用。导渗措施包括在背水坡坝脚设置导渗沟、坡面设贴坡排水体或坝脚设排水棱体。

（2）抗渗处理方案选用。一般情况下，如背水坡坡面仅有局部散浸、窨潮时，可结合坡面排水设施设置，在坝脚设置导渗沟。导渗沟断面有矩形或梯形，可在临坝体侧设置反滤体和排水孔，以降低坝体浸润线高程。背水坡平台在出逸点以下时，平台内侧亦需设置导渗沟；坡面局部渗水时，可对坝身进行劈裂灌浆以形成防渗帷幕，或充填灌浆以密实坝体，灌浆深度至坝基或相对不透水层，灌浆范围主要针对渗水段；坡面渗水严重经多次灌浆处理效果不明显时，可考虑分段设置贴坡排水体，以提高允许逸出比降，并对现有损坏失效的排水棱体或贴坡排水体进行整修加固；坝体孔洞多，土质差，渗透严重，多次灌浆效果不明显且出逸点较高，设置贴坡排水体工程量较大时，可结合翻建护坡，在护坡下铺设不透水土工膜，膜体顶部至校核洪水位，下至不透水层；如坝后需设置压重平台或抬高护坝地高程时，可结合形成压渗平台。

2.1.2.3 迎水坡防护

（1）防护方案比选。现状水库迎水坡护坡有抛石、干砌块石、浆砌块石、素混凝土和无护砌5 种形式，大部分护坡采用干砌块石结构，一般厚度不足30 cm，下部有少量砂石垫层，块石个体小，抗冲性能差。现状无护砌坝坡浪坎坍塌现象严重，为减小坡面风浪和雨水的冲刷，确保水库安全运行，需对迎水坡进行适当防护。适用于小型水库均质土坝的护坡型式一般有干砌块石护坡、浆砌块石护坡、混凝土护坡和原干砌石整修灌浆处理等。经复核计算，砌石护坡所需厚度20～24 cm，素混凝土护坡所需厚度6～8 cm。从施工角度考虑，干砌石施工方便，但混凝土质量更好，可防止块石护坡夹缝内杂草生长，有一定的防渗效果，。考虑不少水库现状迎水坡面有一定的砌石或混凝土护坡，故本次护坡加固方案原则按现状护坡结构形式进行确定，即：现状为砌石护坡的，仍采用砌石护坡进行加固，现状为混凝土护坡的，则以混凝土护坡为主要加固方案。同时，对于现状干砌块石护坡，尽可能进行灌浆加固处理。

（2）护坡加固方案选用。对现状无护坡坝坡或现状护坡风化、损毁严重，无法加固的，可新建干砌块石或混凝土护坡。新建干砌块石护坡一般厚30 cm，下垫15 cm厚砂石垫层（总厚度）；混凝土护坡厚度一般为10～12 cm，下垫10 cm厚碎石垫层（下再垫黄沙）。一般小型水库最高水位历时较短，吹程短，新建、翻建护坡上限为兴利水位以上0.5 m，下限根据现有护坡情况、水库实际运行水位及施工条件等综合确定。迎水面硬质护坡以上至坝顶一般设草皮护坡。对已建干砌块石护坡，如现状坡面较平整，块体大，石质好，进行维修加固，主要措施有：局部补缺，修整，新建底、横、顶格埂；如现状坡面不平整，块石间隙较大，石质风化，块体小，进行整体加固，主要措施有：新建底、横、顶格埂，坡面整修、灌细石混凝土，增设排水管。

2.1.2.4 背水坡排水设施

为防止下游坝坡遭雨水集中冲刷形成雨淋沟，背水坡及护坝地均需设置纵横排水沟以汇集径流，并排出护坝地。排水沟采用明沟形式，以利清淤、排水，断面按10 年一遇1 h 暴雨所产生的径流不漫溢确定。横向排水沟净断面一般为25 cm×25 cm，间距50～100 m，采用预制混凝土或砌石结构；纵向排水沟结合导渗沟布置。原坝脚输水渠道采取移址或防渗处理。

2.1.3护坝地及填塘固基

为便于工程管理，在每座水库坝脚后设置护坝地，护坝地的宽度不小于1 倍坝高，且不小于10 m，高程根据稳定计算或坝脚地形综合确定，一般高出周围地面0.5 m左右，并填埋该范围内的沟塘。

2.2 溢洪道（闸）

现状溢洪道（闸）多以砌石结构为主，风化、破损严重，闸门一般为混凝土结构，碳化、露筋严重。

水库洪水出流方式包括无控制与有控制两种形式，无控制即开敞式溢洪道，有控制即在溢洪道控制段设闸控制，简称溢洪闸。根据安全鉴定，溢洪道（闸）除险加固措施考虑以下几种情况：

（1）溢洪道（闸）规模改变。水库现状坝顶高程与防洪标准相差较多，根据安全结论，需拓宽溢洪道。

（2）溢洪道（闸）规模不变。采取局部翻建，其余维修加固。此类溢洪道（闸）一般规模满足要求，但部分段破损严重，部分段尚可修复。

（3）溢洪道（闸）按原规模拆建。溢洪道（闸）规模满足泄洪要求，但结构破损严重，不能正常使用，需按原规模重建。

新建溢洪道（闸）主体部分采用钢筋混凝土结构，次要部位采用砌石结构，出流方式一般采用开敞式，需设置闸门控制时，采用钢结构或铸铁闸门，配卷扬式或螺杆式启闭机。

2.3 涵洞

根据安全鉴定，涵洞除险加固设计考虑以下几种情况：

（1）涵洞有严重安全隐患，如存在洞身断裂、漏水等严重影响水库安全运行的情况，需拆除重建。

（2）涵洞洞身为近年改建，需进行启闭设施更换、涵首改造或增建消力池等局部维修加固。

（3）涵洞仅封堵涵首位置，存在安全隐患，需彻底拆除。

拆建涵洞洞身断面包括管涵与箱涵两种结构，考虑施工与输水流量要求，管涵断面直径一般为60～100cm，钢筋混凝土预应力结构，箱涵断面为60 cm×80 cm，钢筋混凝土结构。涵洞进口段设八字型翼墙，后接钢筋混凝土闸门井，采用铸铁闸门控制，配螺杆式启闭机。涵洞出口设消力池，与原有渠道连接。

2.4 管理设施

增设必要的管理设施，主要包括：小（1）型水库新建120 m2、小（2）型水库新建80 m2管理房，增设配套水尺、量雨器等观测设施，增设自动预警遥测站1 座，新建坝顶和1000 m的上坝防汛道路。

3 结论

本文通过对小型水库加固方案及主要措施的总结、比选分析，得出不同类型、存在不同问题的小型水库加固方案及主要措施，以期为同类型工程除险加固提供借鉴。