方珍明　劉　妍

（湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院　長沙市　410131）

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中小水庫涵管除險(xiǎn)加固經(jīng)驗(yàn)及要點(diǎn)分析

方珍明劉妍

（湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院長沙市410131）

【摘要】文章介紹了我國中小型水庫及其常見輸水建筑物涵管的情況，分析涵管的現(xiàn)狀及其加固處理特點(diǎn)，總結(jié)了水庫除險(xiǎn)加固時(shí)常見的涵管處理方法，并提出涵管加固處理時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)方法要點(diǎn)問題。對(duì)于我國目前正在進(jìn)行的水庫除險(xiǎn)加固工作具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】中小水庫涵管除險(xiǎn)加固方法要點(diǎn)

經(jīng)過幾十年的發(fā)展建設(shè)，我國現(xiàn)有已建和在建水庫共98 002座，總庫容達(dá)到9 323.12億m3，其中：大型水庫756座，數(shù)量占比0.77%，中型水庫3 938座，數(shù)量占比4.02%，小型93 308座，數(shù)量占比95.21%［1］，可見我國所有水庫中以小型水庫數(shù)量為最多，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮著巨大的作用。然而我國中小型水庫大都修建于20世紀(jì)50～60年代，局限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件，壩型多采用土石壩，在此前提下，由于涵管施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低、技術(shù)要求不高，所以當(dāng)時(shí)土石壩輸水建筑物普遍采用壩下涵管，甚至有些水庫連泄水建筑物也采用涵管。

根據(jù)《全國病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固專項(xiàng)規(guī)劃》，全國有38 019座水庫為病險(xiǎn)水庫，其中中型水庫2 145座，小（Ⅰ）型水庫9 133座，?。á颍┬退畮?6 453座，在我國現(xiàn)有水庫中占有較大比例［2］。大量病險(xiǎn)水庫的存在，不但影響水庫效益的發(fā)揮，而且還嚴(yán)重威脅水庫下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)及實(shí)施的安全。病險(xiǎn)水庫已成為防洪體系中最為薄弱的環(huán)節(jié)和防洪安全的最大隱患，除險(xiǎn)加固已十分必要和迫切［3］。

中小型水庫除險(xiǎn)加固工程涉及的建筑物主要有：擋水建筑物、泄水建筑物、取水、輸水建筑物。對(duì)于擋水建筑物及泄水建筑物來說，水庫防洪能力的除險(xiǎn)加固往往擺在工作的首要位置，因此在當(dāng)前情況下，水庫因防洪能力不足而失事正呈大幅度減少的趨勢(shì)；而對(duì)于輸水建筑物涵管的除險(xiǎn)加固卻由于其自身位于地下，難以處理，加固施工難、質(zhì)量控制難，往往成為加固處理薄弱的地方，導(dǎo)致近年來出現(xiàn)多起因涵管破壞而導(dǎo)致水庫失事的例子，如2004年1月新疆米泉縣八一水庫潰決、2010年5月湖南省安仁縣剛進(jìn)行除險(xiǎn)加固的中秋田水庫涵管突然滲水坍塌導(dǎo)致水庫潰壩、2013年2月山西洪洞縣曲亭水庫“壩體塌陷”。因此提高對(duì)涵管除險(xiǎn)加固重要性的認(rèn)識(shí)，加固處理過程中選擇正確的方法，總結(jié)過去工作的經(jīng)驗(yàn)，從中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，確保加固后涵管及水庫的安全非常必要。

1　中小型水庫涵管現(xiàn)狀險(xiǎn)情分析

我國大多數(shù)中小型水庫都修建于20世紀(jì)50～60年代，受到當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的制約影響，工程在缺規(guī)范設(shè)計(jì)圖紙和專業(yè)施工隊(duì)伍的情況下，倉促開工，有的還是“邊設(shè)計(jì)、邊勘測(cè)、邊施工”的“三邊”工程，導(dǎo)致水庫壩下涵管先天不足。

中小型水庫涵管大多位于土石壩壩下，壩基向壩肩過渡處，涵管修建時(shí)，大多是開挖基槽、在基槽內(nèi)采用砂漿漿砌石或三合土漿砌石砌筑涵管（部分水庫涵管采用混凝土現(xiàn)澆）、其上填土壓實(shí)修建壩體的施工方法，施工時(shí)基礎(chǔ)開挖不到位；涵管斷面尺寸較小，且大多未設(shè)截滲環(huán)，形狀大多為矩形、小門洞形；漿砌石厚度為（20～30）cm，結(jié)構(gòu)單??；膠結(jié)材料質(zhì)量不高，耐久性差；經(jīng)歷了長時(shí)間的運(yùn)行，水流淘刷沖洗，涵管管身結(jié)構(gòu)老化，截滲環(huán)破裂，出現(xiàn)病害險(xiǎn)情，其中常見險(xiǎn)情有滲漏、裂縫（斷裂）、堵塞等。

（1）涵管滲漏。

涵管滲漏分接觸滲漏和管身滲漏兩種情況。接觸滲漏是由于涵管與土體是兩種不同的介質(zhì)，涵管外壁與壩體土接觸處存在結(jié)合面，水在滲透壓力作用下沿著結(jié)合面從上游向下游滲透而產(chǎn)生滲漏。當(dāng)管身周圍土體填筑質(zhì)量差，夯壓不實(shí)，截滲環(huán)等防滲措施未設(shè)置、施工或老化損毀等，導(dǎo)致水流滲徑短，發(fā)生沿涵管外管壁的接觸滲漏，此情況涵管周邊多出現(xiàn)漏水、空隙等。

管身滲漏是由于涵管存在裂縫（斷裂）、伸縮縫止水老化損壞、砌筑砂漿或管身混凝土施工振搗不實(shí)、施工存在冷縫、涵管接頭存在缺陷等病害，有壓水流沿著這些薄弱環(huán)節(jié)滲入或流入。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）涵管裂縫。

涵管裂縫或斷裂會(huì)產(chǎn)生漏水，引起涵管周圍土體出現(xiàn)滲透破壞，涵管斷裂的可能原因有：基礎(chǔ)處理不當(dāng)，基礎(chǔ)存在不均勻沉降，從而導(dǎo)致管身裂縫（斷裂）；土壩斷面為梯形，涵管所受到的荷載是不均勻的，如設(shè)計(jì)、施工設(shè)置沉陷縫時(shí)未予以考慮，可能引起管身裂縫（斷裂）；管身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，導(dǎo)致管身裂縫、斷裂，在小型水庫輸水涵管中常見；無壓涵管有壓運(yùn)行，涵管設(shè)計(jì)為無壓涵管，由于管理運(yùn)用不當(dāng)，有壓運(yùn)行，造成管身斷裂破壞；涵管未設(shè)置沉降、伸縮縫，或者結(jié)構(gòu)縫間距過大，溫度應(yīng)力導(dǎo)致涵管產(chǎn)生裂縫。

（3）涵管堵塞。

涵管堵塞主要發(fā)生在斷面小、強(qiáng)度低的小型水庫輸水涵管。設(shè)計(jì)只考慮滿足灌溉流量要求，并未考慮管理運(yùn)行上的方便，因此，斷面尺寸一般只有（0.2～0.4）m，常被塊石、樹枝、淤泥及其它雜物堵塞，也有涵管由于結(jié)構(gòu)承載能力低而被外力壓破堵塞。小斷面涵管堵塞后，清理非常困難。

2　涵管除險(xiǎn)加固特點(diǎn)

（1）構(gòu)造復(fù)雜。

涵管埋于壩下，大多數(shù)為漿砌石或混凝土結(jié)構(gòu)，涵管上部填土，有的涵管基礎(chǔ)也是填土，填土基礎(chǔ)不均勻沉降、上部填土難以保證質(zhì)量，容易導(dǎo)致涵管出現(xiàn)不均勻沉降而斷裂破壞、土體出現(xiàn)橫向裂縫等危及大壩安全的問題。

大部分涵管結(jié)構(gòu)尺寸小，大多數(shù)中小水庫涵管結(jié)構(gòu)尺寸均不超過50 cm，難以進(jìn)入內(nèi)部勘查，因此涵管內(nèi)部出現(xiàn)的斷裂、漏水、裂縫等情況準(zhǔn)確探明，只能依據(jù)涵管出口的漏水等情況來推測(cè)。

（2）危害性大。

涵管存在隱患其危害對(duì)于大壩是致命的，其后果可能是垮塌甚至垮壩，往往導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，如前文述及的八一水庫、中秋田水庫、曲亭水庫等，都是由于涵管存在的隱患或加固處理不當(dāng)而最終導(dǎo)致了嚴(yán)重的后果。

（3）加固工程施工復(fù)雜。

其一：由于涵管尺寸一般都較小，且埋于壩下，導(dǎo)致涵管加固施工作業(yè)面小，施工人員、機(jī)械很難進(jìn)入涵管內(nèi)部施工，給加固工作帶來隱患；其二：涵管周圍均為壩體填土，加固施工時(shí)容易對(duì)壩體土造成擾動(dòng)，影響原壩體土的穩(wěn)定，有的涵管加固方法需要對(duì)壩體土進(jìn)行開挖回填，如此則對(duì)施工提出了更加嚴(yán)格的要求，稍有不慎，極易出現(xiàn)滲透破壞；其三：涵管受到其它除險(xiǎn)加固工作的影響，如壩體防滲、壩坡培厚等，其中尤以壩體防滲工作中沖抓回填、高噴灌漿及防滲墻這些加固施工對(duì)涵管的影響最大，這些加固施工往往需要在涵管位置進(jìn)行鉆孔，如不采取相應(yīng)措施，極易將涵管鉆穿，最終導(dǎo)致滲透破壞。

3　涵管除險(xiǎn)加固處理方法

經(jīng)過多年經(jīng)驗(yàn)積累，目前涵管除險(xiǎn)加固處理已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，常見的方法可以大致分為以下幾類：

（1）加固處理法。

對(duì)于少數(shù)涵管截面尺寸較大，易于施工人員進(jìn)入涵管內(nèi)部施工，且涵管狀況較好的可以采用加固處理，加固處理的具體方法又有幾種：灌漿加固；內(nèi)襯鋼管（金屬波紋管）灌漿加固；內(nèi)襯鋼筋混凝土加固。

（2）重建或部分重建涵管法。

可以分為兩類方法：全部挖開重建；進(jìn)出口挖開重建，中間段灌漿加固。

（3）另建輸水建筑物、封堵原涵管法。

可以分為三類方法：新建虹吸管；新建隧洞；定向鉆孔新建涵管。

4　涵管除險(xiǎn)加固經(jīng)驗(yàn)及方法要點(diǎn)分析

目前，我國小型水庫除險(xiǎn)加固工作正在進(jìn)行，大中型水庫除險(xiǎn)加固已近尾聲，完成加固的水庫已經(jīng)開始投入運(yùn)行，發(fā)揮效益，但是也有一些水庫在加固蓄水后出現(xiàn)新的險(xiǎn)情，其中以涵管出現(xiàn)問題居多，如山西省曲亭水庫、湖南省安仁縣中秋田水庫等，因此，總結(jié)過去水庫涵管加固過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，分析涵管加固的方法要點(diǎn)可以使今后的工作更加完善。

（1）重建涵管應(yīng)特別重視防止管身滲漏及接觸滲漏。

管身材料宜選用混凝土現(xiàn)澆或混凝土預(yù)應(yīng)力承插管，承插管接頭及混凝土現(xiàn)澆涵管分縫要做好止水，防止管身滲漏。

設(shè)置適當(dāng)數(shù)量截滲環(huán)，可有效防止涵管接觸滲漏，根據(jù)“上防下排”的原則，截滲環(huán)一般應(yīng)設(shè)置在涵管進(jìn)口段，上下游水頭差較大時(shí)可多設(shè)置幾道，為有效延長滲徑、便于施工，截滲環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸不宜過小，其外輪廓一般以超出涵管結(jié)構(gòu)（0.6～1.0）m為宜，施工時(shí)，靠近截滲環(huán)部分填土應(yīng)人工填壓夯實(shí)，對(duì)這些關(guān)鍵位置的土體填筑應(yīng)特別注重質(zhì)量控制。

（2）重建涵管應(yīng)防止不均勻沉降變形及開裂。

重建涵管時(shí)，涵管應(yīng)修建在基巖上，無條件修建在基巖上的，應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行加固處理，設(shè)置混凝土墊層。涵管每間隔（6～10）m設(shè)置一道沉降縫，以抵抗地基不均勻沉降，縫中設(shè)置止水，防止漏水，涵管縱向配筋抵抗開裂。

（3）重建開挖應(yīng)注意新老土之間的結(jié)合面、避免開裂。

在以往工作中，很多壩體開挖邊坡呈斜坡狀或者臺(tái)階高度過大，這正是導(dǎo)致新老土結(jié)合面開裂的隱患所在，因此開挖邊坡不能開挖成斜坡狀，應(yīng)開挖成臺(tái)階狀、臺(tái)階高度不能過大，要與壓實(shí)土?xí)r每層鋪土厚度相等，一般控制30 cm左右，臺(tái)階寬度與高度的比值按壩坡控制，見附圖。

附圖　分層開挖回填示意圖

臺(tái)階狀開挖回填可以有效增強(qiáng)新老土之間的結(jié)合，防止新老土結(jié)合面開裂。新填土的壓實(shí)度要求盡量較原壩體土壓實(shí)度高1%～2%為宜，以減小新填土和老土的沉降差。

（4）封堵涵管應(yīng)注意的問題。

如封堵涵管，對(duì)于斜墻壩在涵管進(jìn)口段結(jié)合壩體防滲措施設(shè)置混凝土堵頭封堵水流、出口段設(shè)置混凝土堵頭，中間段采用高流態(tài)混凝土或砂漿封堵；對(duì)于心墻壩在心墻（加固后的心墻）處垂直開挖，截?cái)嗪?，然后用混凝土封堵，截?cái)嗨?，進(jìn)出口段分別設(shè)置混凝土堵頭，中間段仍采用混凝土或砂漿封堵。

（5）涵管和壩體防滲的銜接要緊密不漏水。

壩體防滲在壩軸線位置進(jìn)行時(shí)，如沖抓回填、高噴灌漿、防滲墻等，應(yīng)確保沖抓回填、高噴灌漿、防滲墻與涵管接觸處的抗?jié)B性達(dá)到要求。采用沖抓回填防滲時(shí)，涵管周邊1m范圍內(nèi)的土采用人工開挖，人工壓實(shí)，確保邊角部位都能壓實(shí)到位，避免漏壓；采用高噴灌漿時(shí)，涵管周邊0.5m范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)降低灌漿壓力，延長灌漿的時(shí)間，以確保涵管周邊土體抗?jié)B性達(dá)到要求；采用混凝土防滲墻時(shí)，涵管周邊0.5m范圍內(nèi)開挖時(shí)防止破壞涵管，同時(shí)應(yīng)將周邊土徹底挖除，確保混凝土和涵管材料的緊密粘結(jié)。

壩體防滲在上游坡進(jìn)行時(shí)，如土工膜防滲、粘土斜墻防滲，應(yīng)確保涵管與土工膜、斜墻粘土的結(jié)合處抗?jié)B性達(dá)到要求。涵管與土工膜結(jié)合時(shí)，可采用膨脹螺栓和鋼板壓條將土工膜錨固在涵管上，連接部位涂刷乳化瀝青，同時(shí)土工膜在涵管四周應(yīng)預(yù)留一定的伸縮變形長度，防止涵管沉降變形而拉裂土工膜；涵管與斜墻粘土結(jié)合時(shí)，應(yīng)特別注意該處粘土的壓實(shí)，壓實(shí)采用小型機(jī)械或人工壓實(shí)，防止邊角部位漏壓。

（6）重建涵管進(jìn)出口段時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

這種方法一般用于大壩高度較大，全段開挖重建和其他方法均不適合的情況，該方法加固風(fēng)險(xiǎn)較大：一是大開挖導(dǎo)致的新老土結(jié)合處易形成滲漏的問題；二是新老涵管的結(jié)合處易滲漏問題。大開挖時(shí)土方開挖成臺(tái)階狀，回填壓實(shí)度宜高于原壩體壓實(shí)度，以利于新老土之間的結(jié)合。

新老涵管的結(jié)合處一般通過在老涵管新老混凝土結(jié)合面上開鑿鍵槽，使新澆混凝土通過鍵槽與原涵管咬合，達(dá)到防滲目的。

（7）避免壩體防滲加固工作對(duì)涵管的破壞。

由于水庫除險(xiǎn)涵管往往受到壩體防滲加固的干擾，如壩體防滲采用沖抓回填、高噴灌漿、防滲墻等方法時(shí)，其鉆挖孔、回填壓實(shí)、成槽及壓力灌漿均可能對(duì)涵管造成破壞，因此加固施工時(shí)需要防止這些因素對(duì)涵管的破壞。

在進(jìn)行壩體防滲加固施工之前，應(yīng)先準(zhǔn)確定位出壩下涵管的位置，以便在加固時(shí)避開涵管，避免對(duì)涵管的破壞。采用高噴灌漿施工時(shí)，應(yīng)特別重視控制鉆孔深度，涵管頂部應(yīng)留有不少與0.3m的土體覆蓋，在涵管周邊0.5m范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)降低灌漿壓力，防止將涵管被鉆穿或被高噴壓力擊穿；采用沖抓回填施工時(shí)，涵管頂部1m范圍內(nèi)的土采用人工開挖、2m范圍內(nèi)的土采用人工夯實(shí)，防止沖抓鉆機(jī)及夯錘的作用破壞涵管。

（8）防止加固涵管被滲透壓力擊穿破壞。

這種破壞多出現(xiàn)在重建涵管的進(jìn)出口段、加固中間段這種涵管處理方法中，進(jìn)口重建時(shí)將進(jìn)口一段壩體土挖開，改建了進(jìn)口一段涵管后，回填土方未按要求壓實(shí)，開挖時(shí)未按臺(tái)階狀開挖，導(dǎo)致該部分土體透水性過大或產(chǎn)生較大的沉降裂縫，蓄水后，未重建的涵管段或新老涵管段連接處無法抵抗過大的滲透壓力而被擊穿，壓力水進(jìn)入涵管，導(dǎo)致涵管里通過有壓流而破壞，曲亭水庫正是這種情況；因此采用這種方法加固時(shí)，應(yīng)確保接頭處有較大埋深、較長滲徑；開挖進(jìn)出口時(shí)應(yīng)開挖成臺(tái)階狀，新老土結(jié)合處壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)提高，盡量高于原壩體壓實(shí)度；對(duì)涵管質(zhì)量較差的，應(yīng)全段重建或采用其他方法，避免采用進(jìn)出口加固處理的方法。

（9）合理組織施工。

由于涵管相對(duì)來說高程遠(yuǎn)低于溢洪道堰頂高程，因此在涵管加固時(shí)必須十分重視工期因素、密切關(guān)注降雨情況，合理安排工期，力爭(zhēng)在枯水期完成涵管的加固工作。

5　結(jié)　語

涵管的險(xiǎn)情危及大壩安全，涵管的加固是水庫除險(xiǎn)加固非常關(guān)鍵的一環(huán)，在涵管加固處理時(shí)必須十分重視謹(jǐn)慎處理、做到不留后患，因此在加固過程中應(yīng)防止管身滲漏及接觸滲漏、防止不均勻沉降變形及開裂、做好新老土之間的結(jié)合、涵管和壩體防滲的銜接要緊密、避免壩體防滲加固工作對(duì)涵管的破壞、防止涵管被滲透壓力擊穿破壞、合理組織施工，確保加固后水庫的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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［3］鈕新強(qiáng).水庫病害特點(diǎn)及除險(xiǎn)加固技術(shù)［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（1）：153-157.

作者簡(jiǎn)介：方珍明（1981-），男，中級(jí)職稱，主要從事水利水電工程教學(xué)、設(shè)計(jì)等工作。

收稿日期：（2016-01-22）