石台县黏土心墙坝除险加固技术与思考

石台县黏土心墙坝除险加固技术与思考

李家亮

石台县水利工程站  安徽省石台县  245100

摘要：据2000年底水利部统计数据，我国已建成小型水库81873座，其中29146座水库鉴定为三类坝，自此，国家逐步加大对小型水库除险加固资金投入，大部分水库险情得到根治[1]，山区水库为在两山夹一谷建坝而成，河陡坝高，部分心墙坝险情重，除险加固工程量大，耗资大，受资金投入不足因素影响，未能彻底除险，圬工涵未消除，仍属三类坝，为彻底除险，消除这类坝隐患，尽早恢复水库功能，本文以岳坑水库破坝翻涵重建启闭机控制箱涵除险成功经验，推广实施其他小型水库黏土心墙坝圬工涵处理。

关键词：山区水库圬工涵加固措施

1  前言

1.1   石台县水库概述

石台县位于皖南山区腹地，素有“九山半水半分田”之称，东与黄山区交界，南与黟县、祁门县相连，西与东至县接壤，国土面积1413km2，全县现有小型水库50座，总库容2728.35万m³，兴利库容1795.77万m³，控制流域面积221.06km²，肩负着全县5.71万亩耕地灌溉及重要的防洪任务。按照规模等级划分：小（1）型水库6座，小（2）型水库44座；按坝体材料划分：浆砌石重力拱坝7座，粘土心墙土坝43座；按照流域划分：秋浦河流域25座、黄湓河流域18座、清溪河流域7座。

石台县工程地质复杂多样[2]，水库坝肩与两侧山坡相接，库区内多呈盆谷地形，为山间冲、洪积地貌，多为上世纪六、七十年代所建，在当时特殊的历史背景下，修建大坝全靠附近村民们肩挑背驮，工程建设标准低，质量较差，投入运行后，多次出现险情，虽经多次加固处理，但受经费所限，险情未彻底消除。

1.2   历次除险加固情况

石台县从2007年开始实施小型病险水库除险加固工程，县水利局为加强全县小型病险水库除险加固管理，成立了石台县病险水库除险加固工程建设管理局（项目法人），具体负责全县小型水库除险加固实施工作，合理分工，明确职责，先后分四批完成43座病险水库除险加固，具体加固措施如下：

省补助项目批次（2007-2015年）。石台县岳坑等34座小（2）型水库列入本批次计划，补助标准50万元/座，大坝通用处理措施为心墙黏土井柱冲抓换填、底涵PE管套管灌浆[3]等。

国家重点批次（2007-2015年）。石台县大冲等15座病险水库列入本批次计划，包含太胜等6座水库续建，其中8座水库大坝加固措施为大坝防渗黏土井柱冲抓换填或高压旋喷加固、坝基帷幕灌浆、溢洪道风化衬砌处理、底涵封堵改用山体侧开挖爆破启闭机控制隧洞等。

灾后薄弱环节批次（2016-2020年）。南山等7座水库列入本批次计划，大坝防渗加固主要措施为高压旋喷，沙塍、南山、爱国、红光4座水库放水涵洞底涵PE管套管灌浆，底涵采用人工竖井开挖[4]防渗体连续性加固，岳坑、冷水圲、四清放水涵洞采取破坝拆除新建启闭机控制钢筋混凝土箱涵处理。

全县43座黏土心墙土坝虽然均至少经过一轮水库除险加固，但是仍有32座水库因资金补助标准低，受投资规模所限，坝体采用黏土井柱冲抓换填或土工膜防渗处理加固，放水圬工涵洞仅采取了PE管套管灌浆应急加固处理，未对坝基、坝肩采取加固措施，治标不治本，这些水库坝基、坝肩、底涵任然存在不同程度遗留问题，下面以岳坑水库为例，展开论述石台县小型黏土心墙坝水库加固措施。

2  岳坑水库概况

岳坑水库位于石台县东片七都镇河口村，坐落于清溪河支流毛坦河的上游，坝址以上控制流域面积3.2km²，最大坝高15.44m，总库容18.8万m³，兴利库容8万m³，是一座以灌溉、人畜饮用水为主的小（2）型水库，大坝为粘土心墙砂壳坝，岸边开敞式宽顶堰溢洪道，除险加固前放水涵洞为2009年采取的PE套管灌浆应急处理，坝后闸阀控制PE管涵，紧倚左坝肩，加固后为启闭机控制钢筋混凝土箱涵，枢纽工程等别为Ⅴ等，建筑物级别为5级，在完成本次除险加固前暨2020年之前，大坝先后发生四次较大规模跌窝险情。

3  水库大坝主要问题及分析

3.1   存在主要问题

岳坑水库大坝遭遇2020年“7.3”特大暴雨后，大坝第四次发生重大险情，位于底涵进口上方迎水坡，正常蓄水位以上50㎝处发生直径1.5m、深2m跌窝井，经现场勘查发现：背水坡坝脚渗流严重，不时还伴有浑水出现，且渗流量随库水位变化而正向变化，待库容腾空后渗流依然存在；放水涵洞出口漏水量较大，且水量随库水位变化而正向变化。

3.2   问题根源剖析

据岳坑水库大坝工程地质资料：坝体防渗体渗流较稳定，坝基透水性较弱，放水涵洞上部为人工填土层，涵洞底部大部分为强风化灰岩。

根据大坝发生险情后现场勘察结果，结合大坝工程地质分析：①大坝防渗体形成渗流通道破坏，随流土破坏不断发展，导致迎水坡跌窝井发生，且愈发严重；②坝基与大坝防渗体连续性遭到破坏，导致坝脚出现与库水位正向相关渗流；③坝肩可能存在较大溶洞通道，山体水由此渗入坝体，最后从坝脚渗出，故腾空库水位后，坝脚

乃有渗流现象；④底涵PE套管灌浆不密实，管与原浆砌石方涵间存在漏水通道，由于坝后闸阀控制式底涵，在运行时形成长期频繁交替水锤，涵体与坝体防渗体交汇处连续破坏，底涵出口发生漏水现象。

4  加固措施分析

岳坑水库本次除险加固对圬工涵处理采取破坝拆除重建侧摇式手动启闭机控制钢筋混凝土箱涵，大坝开挖后，翻挖底涵时发现如下问题：

①左坝肩石灰岩山体，溶洞发育显著、岩体断层发育带，部分斑块已经发育成中风化破碎带（斜长12米、均宽5米），处于心墙以下15m的坝肩与坝基结合部位发现一个直径约30㎝溶洞，深目不可测，一股清水源源不断往外流；

②底涵中间穿心墙一段约60m长环PE管周围灌浆密实度不足50%，涵体与坝体结合部位土体含水量明显高于周边；

③心墙防渗体与坝基结合黏土含水量较其他部位偏高，最大坝高处坝基有明显的流水痕迹。

勘察大坝开挖后的坝基及坝肩，印证了险情发生后，对坝基、坝肩和底涵存在问题的推断，以问题为导向，围绕心墙以上遵循“堵”，心墙以下遵循“导”原则，提出如下处理措施：

心墙以上坝肩不利地质处理：①裂缝及溶洞，先对缝、洞口原杂填土人工清理，然后对缝、洞内人工镶嵌块石，再采取C20砼灌缝封堵，有效封堵深度不少于50cm；②破碎带及裂隙，先对破碎带石屑及松动石进行人工清理，坝体结合部位随回填土同步整体现浇C20砼处理，有效厚砼度20cm；③箱涵与左坝肩，岩石基础裂隙先清理干净，再采取现浇C20砼嵌缝处理，有效砼厚度20cm。

心墙以下溶洞等地质处理：溶洞及裂缝设置反滤体，然后回填透水性强的弱风化石，利于山体水及时排除坝体，降低对坝体的影响。

坝基与坝体处理：考虑到坝基本身强度与渗流满足规范要求，仅需处理好坝体防渗体与坝基结合薄弱部位，坝体回填完成后，通过采用全坝段帷幕灌浆加固坝基可以解决问题。

以上处理措施优点在于处理费用最省，不足在于坝肩山体绕渗没有处理，坝脚仍然存在漏水现象。经跟踪观察岳坑水库蓄水运行工况，坝脚原漏水虽然还存在渗水现象，但出水量远低于加固前，水量稳定清澈且与库水位没有关系，结合水库测压管监测数据分析，加固后坝脚渗水则为山体水通过心墙以下溶洞经反滤体绕渗形成，不会危及大坝自身安全，历经多次高水位考验，实践证明，措施处理得当、效果良好。

5  结论

普查全县50座小型水库，还有32座水库存在不同程度的遗留问题，这些水库随着超负荷运行，暴露出与岳坑水库极其相似的涵洞出口漏水、坝脚渗水等问题，部分水库大坝已经发生滑坡、跌窝等险情。通过总结岳坑水库大坝成功除险经验，为解决其余32座黏土心墙坝提供了很好的借鉴措施，建议尽快组织大坝安全鉴定，勘定病险程度，按照“轻重缓急”原则，逐批逐个销号，尽早恢复发挥工程效益，为下游保护对象保驾护航，巩固石台县脱贫攻坚成果。

［参考文献］

[1]夏智先.水库大坝安全评价及病险土石坝治理对策研究[D].华南理工大学土木

与交通学院，2010.

[2]夏智先，石台县地质环境分析理研究[D].合肥工业大学资环学院，2008.

[3]韦祖权，PE管在小型水库涵洞除险加固中的应用[N]，珠江现代建设，2009（1）：

14-16.

[4]云建民，竖井开挖施工工艺[N]，内蒙古水利，2014：115-116.