中小水庫涵管除險加固經驗及要點分析

方珍明　劉　妍

（湖南水利水電職業技術學院　長沙市　410131）

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中小水庫涵管除險加固經驗及要點分析

方珍明劉妍

（湖南水利水電職業技術學院長沙市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，分析涵管的現狀及其加固處理特點，總結了水庫除險加固時常見的涵管處理方法，并提出涵管加固處理時應注意的幾個方法要點問題。對于我國目前正在進行的水庫除險加固工作具有借鑒意義。

【關鍵詞】中小水庫涵管除險加固方法要點

經過幾十年的發展建設，我國現有已建和在建水庫共98 002座，總庫容達到9 323.12億m3，其中：大型水庫756座，數量占比0.77%，中型水庫3 938座，數量占比4.02%，小型93 308座，數量占比95.21%［1］，可見我國所有水庫中以小型水庫數量為最多，在農業生產過程中發揮著巨大的作用。然而我國中小型水庫大都修建于20世紀50～60年代，局限于當時的經濟條件，壩型多采用土石壩，在此前提下，由于涵管施工簡便、造價低、技術要求不高，所以當時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《全國病險水庫除險加固專項規劃》，全國有38 019座水庫為病險水庫，其中中型水庫2 145座，?。á瘢┬退畮? 133座，?。á颍┬退畮?6 453座，在我國現有水庫中占有較大比例［2］。大量病險水庫的存在，不但影響水庫效益的發揮，而且還嚴重威脅水庫下游人民群眾生命財產及實施的安全。病險水庫已成為防洪體系中最為薄弱的環節和防洪安全的最大隱患，除險加固已十分必要和迫切［3］。

中小型水庫除險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。對于擋水建筑物及泄水建筑物來說，水庫防洪能力的除險加固往往擺在工作的首要位置，因此在當前情況下，水庫因防洪能力不足而失事正呈大幅度減少的趨勢；而對于輸水建筑物涵管的除險加固卻由于其自身位于地下，難以處理，加固施工難、質量控制難，往往成為加固處理薄弱的地方，導致近年來出現多起因涵管破壞而導致水庫失事的例子，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行除險加固的中秋田水庫涵管突然滲水坍塌導致水庫潰壩、2013年2月山西洪洞縣曲亭水庫“壩體塌陷”。因此提高對涵管除險加固重要性的認識，加固處理過程中選擇正確的方法，總結過去工作的經驗，從中汲取經驗教訓，確保加固后涵管及水庫的安全非常必要。

1　中小型水庫涵管現狀險情分析

我國大多數中小型水庫都修建于20世紀50～60年代，受到當時經濟技術條件的制約影響，工程在缺規范設計圖紙和專業施工隊伍的情況下，倉促開工，有的還是“邊設計、邊勘測、邊施工”的“三邊”工程，導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，大多是開挖基槽、在基槽內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澆）、其上填土壓實修建壩體的施工方法，施工時基礎開挖不到位；涵管斷面尺寸較小，且大多未設截滲環，形狀大多為矩形、小門洞形；漿砌石厚度為（20～30）cm，結構單??；膠結材料質量不高，耐久性差；經歷了長時間的運行，水流淘刷沖洗，涵管管身結構老化，截滲環破裂，出現病害險情，其中常見險情有滲漏、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，涵管外壁與壩體土接觸處存在結合面，水在滲透壓力作用下沿著結合面從上游向下游滲透而產生滲漏。當管身周圍土體填筑質量差，夯壓不實，截滲環等防滲措施未設置、施工或老化損毀等，導致水流滲徑短，發生沿涵管外管壁的接觸滲漏，此情況涵管周邊多出現漏水、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、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節滲入或流入。一般情況下，涵管內壁漏水處有結晶物析出或銹斑出現，嚴重時產生射流。

（2）涵管裂縫。

涵管裂縫或斷裂會產生漏水，引起涵管周圍土體出現滲透破壞，涵管斷裂的可能原因有：基礎處理不當，基礎存在不均勻沉降，從而導致管身裂縫（斷裂）；土壩斷面為梯形，涵管所受到的荷載是不均勻的，如設計、施工設置沉陷縫時未予以考慮，可能引起管身裂縫（斷裂）；管身結構強度不足，導致管身裂縫、斷裂，在小型水庫輸水涵管中常見；無壓涵管有壓運行，涵管設計為無壓涵管，由于管理運用不當，有壓運行，造成管身斷裂破壞；涵管未設置沉降、伸縮縫，或者結構縫間距過大，溫度應力導致涵管產生裂縫。

（3）涵管堵塞。

涵管堵塞主要發生在斷面小、強度低的小型水庫輸水涵管。設計只考慮滿足灌溉流量要求，并未考慮管理運行上的方便，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，也有涵管由于結構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　涵管除險加固特點

（1）構造復雜。

涵管埋于壩下，大多數為漿砌石或混凝土結構，涵管上部填土，有的涵管基礎也是填土，填土基礎不均勻沉降、上部填土難以保證質量，容易導致涵管出現不均勻沉降而斷裂破壞、土體出現橫向裂縫等危及大壩安全的問題。

大部分涵管結構尺寸小，大多數中小水庫涵管結構尺寸均不超過50 cm，難以進入內部勘查，因此涵管內部出現的斷裂、漏水、裂縫等情況準確探明，只能依據涵管出口的漏水等情況來推測。

（2）危害性大。

涵管存在隱患其危害對于大壩是致命的，其后果可能是垮塌甚至垮壩，往往導致巨大的經濟損失和人員傷亡，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而最終導致了嚴重的后果。

（3）加固工程施工復雜。

其一：由于涵管尺寸一般都較小，且埋于壩下，導致涵管加固施工作業面小，施工人員、機械很難進入涵管內部施工，給加固工作帶來隱患；其二：涵管周圍均為壩體填土，加固施工時容易對壩體土造成擾動，影響原壩體土的穩定，有的涵管加固方法需要對壩體土進行開挖回填，如此則對施工提出了更加嚴格的要求，稍有不慎，極易出現滲透破壞；其三：涵管受到其它除險加固工作的影響，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涵管的影響最大，這些加固施工往往需要在涵管位置進行鉆孔，如不采取相應措施，極易將涵管鉆穿，最終導致滲透破壞。

3　涵管除險加固處理方法

經過多年經驗積累，目前涵管除險加固處理已經積累了一定的經驗，常見的方法可以大致分為以下幾類：

（1）加固處理法。

對于少數涵管截面尺寸較大，易于施工人員進入涵管內部施工，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；內襯鋼管（金屬波紋管）灌漿加固；內襯鋼筋混凝土加固。

（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　涵管除險加固經驗及方法要點分析

目前，我國小型水庫除險加固工作正在進行，大中型水庫除險加固已近尾聲，完成加固的水庫已經開始投入運行，發揮效益，但是也有一些水庫在加固蓄水后出現新的險情，其中以涵管出現問題居多，如山西省曲亭水庫、湖南省安仁縣中秋田水庫等，因此，總結過去水庫涵管加固過程中的經驗和教訓，分析涵管加固的方法要點可以使今后的工作更加完善。

（1）重建涵管應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澆或混凝土預應力承插管，承插管接頭及混凝土現澆涵管分縫要做好止水，防止管身滲漏。

設置適當數量截滲環，可有效防止涵管接觸滲漏，根據“上防下排”的原則，截滲環一般應設置在涵管進口段，上下游水頭差較大時可多設置幾道，為有效延長滲徑、便于施工，截滲環結構尺寸不宜過小，其外輪廓一般以超出涵管結構（0.6～1.0）m為宜，施工時，靠近截滲環部分填土應人工填壓夯實，對這些關鍵位置的土體填筑應特別注重質量控制。

（2）重建涵管應防止不均勻沉降變形及開裂。

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

（3）重建開挖應注意新老土之間的結合面、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階高度過大，這正是導致新老土結合面開裂的隱患所在，因此開挖邊坡不能開挖成斜坡狀，應開挖成臺階狀、臺階高度不能過大，要與壓實土時每層鋪土厚度相等，一般控制30 cm左右，臺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

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

（4）封堵涵管應注意的問題。

如封堵涵管，對于斜墻壩在涵管進口段結合壩體防滲措施設置混凝土堵頭封堵水流、出口段設置混凝土堵頭，中間段采用高流態混凝土或砂漿封堵；對于心墻壩在心墻（加固后的心墻）處垂直開挖，截斷涵管，然后用混凝土封堵，截斷水流，進出口段分別設置混凝土堵頭，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行時，如沖抓回填、高噴灌漿、防滲墻等，應確保沖抓回填、高噴灌漿、防滲墻與涵管接觸處的抗滲性達到要求。采用沖抓回填防滲時，涵管周邊1m范圍內的土采用人工開挖，人工壓實，確保邊角部位都能壓實到位，避免漏壓；采用高噴灌漿時，涵管周邊0.5m范圍內應適當降低灌漿壓力，延長灌漿的時間，以確保涵管周邊土體抗滲性達到要求；采用混凝土防滲墻時，涵管周邊0.5m范圍內開挖時防止破壞涵管，同時應將周邊土徹底挖除，確?；炷梁秃懿牧系木o密粘結。

壩體防滲在上游坡進行時，如土工膜防滲、粘土斜墻防滲，應確保涵管與土工膜、斜墻粘土的結合處抗滲性達到要求。涵管與土工膜結合時，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，同時土工膜在涵管四周應預留一定的伸縮變形長度，防止涵管沉降變形而拉裂土工膜；涵管與斜墻粘土結合時，應特別注意該處粘土的壓實，壓實采用小型機械或人工壓實，防止邊角部位漏壓。

（6）重建涵管進出口段時應注意的事項。

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，該方法加固風險較大：一是大開挖導致的新老土結合處易形成滲漏的問題；二是新老涵管的結合處易滲漏問題。大開挖時土方開挖成臺階狀，回填壓實度宜高于原壩體壓實度，以利于新老土之間的結合。

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

（7）避免壩體防滲加固工作對涵管的破壞。

由于水庫除險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，其鉆挖孔、回填壓實、成槽及壓力灌漿均可能對涵管造成破壞，因此加固施工時需要防止這些因素對涵管的破壞。

在進行壩體防滲加固施工之前，應先準確定位出壩下涵管的位置，以便在加固時避開涵管，避免對涵管的破壞。采用高噴灌漿施工時，應特別重視控制鉆孔深度，涵管頂部應留有不少與0.3m的土體覆蓋，在涵管周邊0.5m范圍內應適當降低灌漿壓力，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，涵管頂部1m范圍內的土采用人工開挖、2m范圍內的土采用人工夯實，防止沖抓鉆機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。

這種破壞多出現在重建涵管的進出口段、加固中間段這種涵管處理方法中，進口重建時將進口一段壩體土挖開，改建了進口一段涵管后，回填土方未按要求壓實，開挖時未按臺階狀開挖，導致該部分土體透水性過大或產生較大的沉降裂縫，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，壓力水進入涵管，導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，應確保接頭處有較大埋深、較長滲徑；開挖進出口時應開挖成臺階狀，新老土結合處壓實標準應適當提高，盡量高于原壩體壓實度；對涵管質量較差的，應全段重建或采用其他方法，避免采用進出口加固處理的方法。

（9）合理組織施工。

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

5　結　語

涵管的險情危及大壩安全，涵管的加固是水庫除險加固非常關鍵的一環，在涵管加固處理時必須十分重視謹慎處理、做到不留后患，因此在加固過程中應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行。

參考文獻

［1］水利部.國家統計局.第一次全國水利普查公報［R］.2013.

［2］水利部.全國病險水庫除險加固專項規劃［R］.2007.

［3］鈕新強.水庫病害特點及除險加固技術［J］.巖土工程學報，2010，32（1）：153-157.

作者簡介：方珍明（1981-），男，中級職稱，主要從事水利水電工程教學、設計等工作。

收稿日期：（2016-01-22）