临汾市中小型水库土坝常见病险问题及除险加固措施

临汾市中小型水库土坝常见病险问题及除险加固措施临汾市地处山西省南部，市内多年平均降雨量510.2mm，人均占有水资源3 80m3，是水资源严重短缺地区之一。

区内共有水库79座，大部分为均质土坝，其中中型水库7座，小(一)型水库26座，小(二)型水库46座。

水库总控制流域面积4539km2，总库容4.50亿m3。

这些水库主要为农业灌溉、工业用水及人民生活用水提供水源，同时防御洪水灾害，保障下游工农业生产及人民生命财产安全，近年来更是为水库养殖、水库旅游、河流生态提供重要支撑。

然而，由于种种原因，这些水库都不同程度存在病险问题，不能正常运用，发挥效益。

近年来，国家加大了水利投资的力度，临汾市的中型水库得到了不同程度的加固处理，小型水库还有28座病险水库亟待进行除险加固。

为了更好的作好以后病险水库的除险加固工程设计，本文就临汾市中小型水库土坝常见的病险问题及除险加固工程措施进行分析。

1 防洪标准问题水库大坝的防洪标准和工程等级划分是水库建设与管理的标准，也是除险加固标准。

除险加固工程设计(包括大坝安全鉴定)时，应依据原建设标准(或依据水库改建后最新审批的标准)。

当原标准不合理时，应按照《防洪标准》(GB502 01-94)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)，根据工程实际规模，下游的影响范围，对原标准做必要的认证，提出新标准。

临汾市的中小型水库大多建于大跃进年代或文革时期，由于当时特定的历史条件，存在严重的“三边”现象，原设计防洪标准低，经水库大坝安全鉴定，大多水库实际抗御洪水能力都不满足现行部颁防洪标准中的校核洪水标准。

设计洪水、校核洪水标准均按水库现状总库容、调节性能重新确认。

现状总库容接近规定上限的取上限标准，接近规定下限的取下限超标准，中间的取规定取值的下限，原则能低不高。

造成防洪能力不达标的原因主要是原设计标准偏低，个别水库特别是小型水库中不达标原因是水库缺少必要的泄洪设施或由于当时投资所限，泄洪设施未按原设计完建，或已完建不具备启用条件。

如小河口水库、浍河水库，均属设计标准偏低，浍河二库除设计标准偏低外，溢洪道没有完建，曲亭水库非常溢洪道不具备启用条件。

七一、高显等水库无泄洪设施。

解决此类病险问题的主要工程措施是增设泄洪设施(溢洪道或泄洪洞)，需要注意的是在提出提高防洪能力的工程措施时，应与水库增容和恢复库容同时考虑。

许多病险水库存在安全隐患，汛期只能降低水位运行，调蓄能力大减；有些水库淤积严重，直接影响其效益发挥；有些险库，只要采取一些投资，就可新增部分库容，如浍河水库在解决防洪不达标问题时，由于原设计标准偏低，若单纯从除险角度增加泄洪设施，需在原溢洪道(40m宽)基础上增加一个同等规模的溢洪道，如果下切现状溢洪道，现状溢洪道进口要下切8m深(这等于改河)。

实际上浍河水库通过大坝加高培厚4m，新增一条泄洪排沙洞后解决了防洪问题，使水库防洪标准达到千年一遇校核的防洪标准，而且新增库容2447万m3，还可对水库排沙减淤，因此在水库病险得到有效排除的前提下，增容和恢复库容排沙减淤是提高水库自身效益和社会效益解决地区水资源短缺的一条费省效宏的途径。

因此对水资源紧缺有增容或恢复库容潜力的病险库，即使在投资受到限制的情况下，也应一次规划，分期实施。

2 土坝稳定问题在水库大坝安全鉴定和水库除险加固工程设计时，都要对大坝抗滑稳定进行校核。

校核时不能采用大坝的原设计断面，原设计的土工参数。

应当采用现状实测断面，土工参数要采用大坝坝体质量检查时的钻孔取样分析资料。

现状大坝横断面与原设计断面比较有不同程度的变化，有些大坝作为交通要道被培厚加宽了，有些由于施工沉陷、管理等方面的原因，断面减少了。

在大坝稳定校核时一定要按照现行《碾压式土石坝设计规范》进行，要按规范要求的工况进行验算，计算工况要全。

当计算结果表明大坝不稳定时，则要对大坝进行除险加固。

在提出除险加固措施时要分析是什么原因造成的大坝坝坡不稳定，是大坝坝体断面尺寸不够？还是坝体土填筑质量有问题？或者坝内浸润线抬高造成的等等。

2.1大坝断面不够除险加固措施大坝断面不够除险加固的主要措施是培厚断面并根据水库是否增容情况决定大坝是否加高。

大坝的加高培厚，一般情况下在坝的下游坡加高培厚，主要原因是：①坝上游坡大部分作了护坡，护坡拆除工程量大，浪费严重；②坝前淤积，不易处理，使得加坝坝基不好处理，上游大坝坝基长期处在水下，土质松软，而且基土中夹杂大量腐殖物，大坝的稳定安全性无法保证；③大部分水库在除险加固过程中仍有供水任务；④排空库容比较困难。

但也有例外，个别水库进行过几次加高培厚，加高培厚时在坝上游留有足够宽的平台，再次加高培厚对大坝稳定没有影响时可在上游侧加高培厚。

大坝加高培厚时首先要清除坝下游坡的草皮护坡，坝排水沟、台阶、观测设施等，要保证清除后的坝坡上无草根、树根、腐殖物等，保证新旧坝体结合，新旧坝体结合处的最高处低于正常高蓄水位时，新旧坝体结合缝要用透水性较弱的粘土封盖，封盖要有足够的深度和宽度。

新加坝体与岸坡结合时，岸坡要开挖成比较缓的边坡，岸坡上要留足够的结合槽，保证新加坝体与岸坡的结合，并防止岸坡与坝体之间的接触渗漏。

2.2坝体填筑质量差除险加固措施由于坝体填筑质量差导致大坝稳定分析结果不稳定，主要是坝体填筑干密度指标不够，或填坝土料不符合设计要求，导致内摩擦角φ(度)、凝聚力c(T/m2)、渗透系数k(cm/s)等多种物理力学指标达不到设计要求。

坝体质量差，钻探取样时会出现掉钻，采样困难等现象。

坝体的病症有：大坝坝体沉降变形量过大，河槽和岸坡段出现多道纵横向裂缝，围绕某一中心的环向裂缝，大坝下游坡出现大面积的浸湿现象，渗水逸出点较高，高于下游的排水棱体，大坝出现滑坡等。

坝体填筑质量不一定会造成抗滑不稳定，但却可以造成某一局部或某一横断面，某一层面浸润线抬高，出现渗透变形破坏现象。

解决此类病险问题，主要要使原来较为疏松的土体在某个范围之内得到一定程度的压实。

目前国内最为有效最经济实用的加固措施就是对土坝坝体进行灌浆，即把配比好的粘土浆液用灌浆机产生一定的压力灌进大坝空隙、裂隙及孔穴，以达到防止渗水和固结的目的。

土坝坝体灌浆分为充填式和劈裂式两种。

充填式灌浆主要利用浆液自重将浆液注入坝体隐患处，以填塞洞穴和裂隙。

劈裂式灌浆是运用坝体坝应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗泥墙，填塞漏洞，裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力，同时通过浆、坝互压和湿陷，使坝体内部应力重新分布，提高坝体变形稳定性、整体性。

工程实例：小河口水库总库容3292万m3，坝型为均质土坝，最大坝高46.1 m，坝顶长740m，坝顶高程682.50m，兴利库容1195万m3，控制流域面积338km 2，该水库下游1986年1993年水库水位分别是672.0m和671.4m左右时，曾出现过两次大的浸湿现象，分别在大坝桩号0+097～0+130、0+320～0+385、0+576～0+646处，浸湿高程662.5～667.5，相应坝高26～31m之间，坝外坡反滤棱体高程640.5m。

灌浆设计在桩号0+080～0+150、0+300～0+405、0+550～0+660处，沿现状坝轴线分别布一排孔进行劈裂灌粘土浆，灌浆孔深18m(677.4～659.4m)，孔距为10m，分三序进行灌浆，最终孔距2.5m，钻孔116个，灌浆压力先小后大逐渐加大，总灌浆量5741m3，灌浆结束后三个月内坝坡浸湿现象加大，当时库水位并不高，分析为浆液固结排水所致，之后再无浸湿现象。

3 大坝渗漏问题3.1渗漏问题成因大坝渗漏问题是影响水库工程效益发挥和大坝安全的重要因素之一。

有的水库大坝结构上是稳定的，也不会产生渗透破坏，但渗漏比较严重，使得水库蓄不住水，达不到蓄水目的，如我市的沸泉二库、杨家庄水库。

有些水库渗漏量虽不大，损失水量对水库供水影响不大，但由于渗漏而产生的渗透破坏及使坝体浸润线抬高造成坝坡不稳定问题使得水库不敢蓄水，不敢抬高水位运行，同样降低了工程效益，如我市的七一水库、浍河水库等。

在处理渗漏问题除险加固工程方案选择时，要认真分析渗漏的原因，分清是坝体渗漏、接触渗漏、坝基渗漏还是绕坝渗漏，并摸清具体部位，只有在查清了渗漏产生的原因，才能提出经济合理、效果明显的处理方案。

造成渗漏的成因如下：3.1.1坝体渗漏①坝体填筑土料未经试验或试验资料不准确，或施工中擅自改变料场，材料不符合要求。

②施工质量控制不严，坝料混杂，碾压不密实，雨旱季节施工无防护措施，层与层之间密实度不足，填土过厚，接合不良，有冻土、大块土、漏碾压土，工段接头，新旧坝结合面，裂缝等现象。

3.1.2坝基及绕坝渗漏①坝基水文地质条件不良、不明，未经勘察或勘察资料不足。

②坝体与坝基、坝肩岸坡接合处深度过浅，渗径不足。

③水库坝肩、两岸台地、单薄岭的水文地质条件考虑不周。

3.1.3穿坝建筑物接触渗漏①穿坝建筑物未设截水环。

②穿坝建筑物纵向不均匀沉降引起横向裂缝，碾压不当造成穿坝建筑物破坏，建筑物周围土层压实不足。

③穿坝建筑物设计标准低，年久失修等。

3.2渗漏处理的措施大坝渗漏处理的原则是“上堵下排”。

“上堵”的措施有垂直防渗和水平防渗，垂直防渗加固的方法很多，经验成熟且运用较多的方法有：垂直铺土工膜；混凝土防渗墙，包括射水造墙，抓斗薄壁防渗墙，振动沉模防渗板墙等；水泥浆防渗墙，包括高压喷射灌浆、振动切槽高喷，深层搅拌桩等。

水平防渗有粘土(土工膜)铺盖和水下抛土等。

“下排”的措施有：下游坝脚设导渗沟，修复排水棱体等。

临汾市的中小型水库除险加固方案大多采用了垂直防渗措施，原因是水平防渗同上游培厚大坝一样施工难度大，质量难以保证；“下排”方案如设排水棱体(或修复)解决的是坝体渗漏，坝基渗漏问题中的渗流不稳定问题，而不能减少渗漏量，解决坝坡抗滑不稳定问题，且排水棱体运行一段时间后易产生排水不畅现象，也就是不能彻底解决渗流不稳定问题；而垂直防渗墙不仅可以减少通过坝体及坝基、坝肩的渗漏量，降低渗透坡降，还可以降低浸润线，减少土料溶蚀，增加下流坝坡的稳定性，综合除险效果比较好。

垂直防渗方案运用较多的是劈裂灌浆、塑性混凝土防渗墙和高喷防渗墙。

3.2.1劈裂灌浆劈裂灌浆技术在大坝除险加固中，具有投资少，见效快，设备和技术简单，操作方便等优点。

主要解决坝体填筑质量问题和渗漏、抗滑稳定，根据其作用机理，坝基、坝肩难以劈裂，故坝基、坝肩渗漏问题不能用劈裂灌浆方式解决。

3.2.2塑性混凝土防渗墙塑性混凝土防渗墙方案是采用WY-300型超薄型液压抓斗式成槽机造槽，塑性砼成墙，从施工条件看，塑性混凝土采用薄形抓斗机开槽，要求有较宽阔的施工平地，要求泥浆护壁，开槽多深成墙多深，开槽时遇到粉细砂层；护壁困难，随时可能塌坍给施工带来诸多不便，且开槽深度控制在20m左右，不能太深，从成墙质量和防渗效果来看，抓斗成槽薄壁塑性混凝土防渗墙整体性最好，墙体连接密实，质量有保证，检测方便，防渗效果好。