中小型水库穿坝涵管的除险加固设计探讨

摘要：中小型水库由于受到建设时期经济技术的制约，大多存在着涵管渗漏问题，本文结合多年经验，对造成渗漏的原因以及除险加固措施加以分析，希望对相似工程有参考意义。

关键词：穿坝涵管 渗漏处理 除险加固 设计要点

Abstract: due to the small and medium reservoir construction period of economic technology constraints, there are mostly he slipped end-over-end leakage problems, this paper with many years experience on causes of the leakage reasons and problems to analyze the reinforcement measures, and hopes to have similar engineering value for reference.

Keywords: wear dam leakage processing problems he slipped end-over-end reinforcement design key points

中图分类号：TV698.2+3 文献标识码：A文章编号：

一 输水涵管运行现状

我国在20世纪50～70年代修建的大坝坝型多采用碾压土石坝，输水建筑物大多采用穿坝涵管。受当时经济技术条件的制约和影响，往往造成工程施工质量差，致使大多数穿坝涵管存在各种安全隐患。

导致涵管渗漏的主要原因有如下几种：涵管基础地质条件差，由此产生不均匀沉陷导致涵管损坏；坝体施工质量差，施工时坝内涵管与大坝防渗体结合不严密，造成沿涵管外壁的接触渗漏或坝体变形导致涵管损坏；涵管砌筑质量差引起破裂漏水；进水口闸门或防渗结构损坏而失去密封性引起渗漏等。

由于涵管深埋在坝下，涵管存在的问题及其严重程度难以查明，而且一旦发展则对大坝威胁极大，处理起来难度也很大。穿坝涵管除险加固设计首先要查明穿坝涵管存在的问题：管壁外侧是否存在接触渗漏问题，涵管是否有裂缝、断裂等结构性问题，管内漏水是进口闸门漏水还是涵管本身漏水等情况，针对不同的问题，设计应提出相应的处理措施。通常的处理方法分为两种：①对结构没有问题的老涵管，加固和防渗处理多采用进口开挖后重新回填黏土夯实防渗、修补涵管内外侧壁与涵管内衬钢管或塑料管、涵管外侧灌浆增设截水环等方法。② 对于结构破坏严重或坝中断裂错位的小管径涵管，则须封堵或挖除老涵管。重新修建输水建筑物，一般采用挖除并新建涵管、新建虹吸管、采用顶管法或有条件时新建隧洞等处理方法。

二 防止涵管接触渗漏设计要点

有些水库穿坝涵管没有出现大的结构性问题，主要原因是进口闸门及启闭设施运行多年后锈蚀老化。这样的涵管处理应主要采用维修加固的方式。对于渗漏情况并不严重的涵管可以不作防渗处理，而是将涵管出口处开挖后做好反滤，保证大坝渗透稳定。进口闸门及启闭设施一般需要尽快更新处理。接触渗漏比较严重的时候，需在上游侧或坝顶位置采取截渗措施。

2.1 充填灌浆处理

由于原涵管两侧回填土不密实或不均匀沉降等原因，造成水库蓄水后在涵管外周边易形成渗漏通道，在长期集中渗流情况下，涵管接触面会由于渗流形成空洞。面对此种情形，可采用充填灌浆处理涵管外周边的空隙。

充填灌浆适用于处理性质和范围都已确定的局部隐患，进行充填灌浆设计首先要确定涵管的所处位置和空洞或裂隙的范围，根据涵管缺陷情况确定孔位布置、灌浆压力、浆液材料及浓度等设计指标。孔位间排距一般取 1～1.5m，孔深至涵底以下1m，灌浆压力不大于0.05 MPa，以免劈裂坝体形成新的缺陷。为确保灌浆效果，要求每孔复灌3次以上，每次复灌间歇时间不少于5d。灌浆材料可采用灌黏土水泥浆。

2.2 倒挂井增设截水环

对于沿管壁接触渗漏问题比较严重的，可在管壁外侧增设截水环进行截渗处理。由于涵管深埋坝下，明挖处理费工费时且风险较大，截水环可采用倒挂井的施工方法开挖。倒挂井是在坝顶浇筑混凝土锁梁，然后在梁下修建混凝土倒挂井，逐层向下开挖、立模、浇筑混凝土倒挂井壁，挖至涵管基岩后清除风化岩石、凿毛清洗干净，浇筑防渗墙截水环截渗。倒挂井有如下优点：采用人工开挖，技术简单，不需要大型设备和专业施工力量，施工方便，不受水库洪水影响，可减少土石方开挖量，降低工程成本，缩短建设周期。

倒挂井设计的要点首先是根据地质情况确定井深及井圈的大小和组数，然后确定锁口梁的结构及尺寸，锁口梁可以保证井口稳定，并且井圈的重量也主要由锁口梁承担，故锁口纵横梁应按简支梁设计并配筋。截水环施工完毕后井内应回填黏土并且夯实到坝顶，并且不能够浇注混凝土，因为混凝土干缩以及和坝体间会产生不均匀沉降，形成横向裂缝，影响防渗效果。

2.3 高压喷射灌浆截水处理

对沿管壁接触不良而引起的渗漏问题，也可采用高压喷射灌浆进行截水处理。高压喷射灌浆是采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高防渗能力或承载能力的施工技术。通过高压喷射浆液可对涵管周围及底板以下土层进行防渗加固处理，防止沿涵管与坝体土接触面的接触渗漏、冲刷破坏涵管周围土体。

高压喷射灌浆分为旋喷、摆喷和定喷3种形式，截水处理一般采用定喷或摆喷两种形式，定喷固结体呈壁状，摆喷形成厚度较大的扇状固结体，可承担较大的渗透比降。高压喷射灌浆设计的要点是灌浆孔距的确定。加固设计应根据坝体土体性质和灌浆试验成果确定灌浆孔距，一般定喷、摆喷孔距为1.2～1.5 m，旋喷为0.8～ 1.2m。

高压喷射灌浆的优点是：不需要对土层进行开挖，可通过坝体、涵洞等建筑物对数十米以下砂砾层、隐患进行处理，可在水上对水下的隐患进行加固处理，相对成槽法造墙工艺，高压喷射灌浆无须护壁浆液和混凝土制作浇筑系统，因此其对施工场所的要求不高。高压喷射灌浆的缺点也比较明显，首先是高压喷射灌浆对地层材料较为敏感，最适用的是粉砂土和淤泥质土，但是当黏性土的黏粒含量较高时，灌浆效果较差，容易出现施工质量问题，不能形成连续板墙或形成的泥结石墙体厚薄差异较大。另外高压喷射灌浆施工技术难度相对较大，地方上一般没有好的施工队伍，且涵管防渗工程量很小，难以找到施工经验丰富的施工单位，施工质量更加难以保证。

三 防止内水外渗设计要点

涵管内部若有混凝土剥落、裂缝等缺陷，就有可能发生内水外渗，对于管径较大可以进人的涵管，可采取丙乳或其他聚合物水泥砂浆抹面或嵌缝处理，但是对于不能进人的涵管就需要采用套管法加固原涵管。

套管法是在原涵管内安装一根直径小于原涵管且能满足过流要求的管道的加固方法。套管安装就位后需要将两端封堵，原涵管与套管之间的空隙填充水泥砂浆或预埋骨料灌浆，同时在涵管的进口段开挖后重新回填黏土夯实，做好防渗的工程措施，黏土中可掺入15%左右的水泥以提高防渗性能。在涵管出口段应填筑导渗的反滤料将渗水导出。直径较大的套管可采用钢管，但是原涵管布置不是直线或有轻微变形的情况也可采用PE或PP－R等塑料管，以克服钢管不可弯曲的缺点。

涵管内套管需注意新管与老涵管之间的充填灌浆浆液须充满管壁间的空隙，为避免浆液干缩形成裂缝，浆液中应适当添加微膨胀剂。

套管法施工具有如下优点：技术简单，不需要大量开挖土方，施工期短，度汛风险小，工程投资少。

四 原涵管拆除与新建设计要点

挖除原涵管新建新涵管的方案是较为彻底的处理方案，但是应当注意的是新建涵管的基础需是基岩，在涵管前半部分基岩条件较好的位置设置截水环截渗，然后回填黏土恢复原坝体。

原涵管拆除与新建设计有如下不足：由于开挖断面场地狭小，没有碾压条件，填筑质量就难以保证，当坝高较高时，开挖后坝体的回填部分与原坝体之间会出现不均匀沉降问题；此外由于涵管高程较低，导流就是一大难题，度汛风险很大。

五 原涵管封堵与顶管法新建输水涵管或者隧洞。

将原涵管封堵，在别处采用顶管法新建输水涵管或者新建输水隧洞的方案是水库涵管除险加固比较好的处理方案，其优点如下：①不需坡坝，对原坝体基本不产生干扰，对周围建筑物不产生破坏；②隧洞开挖及顶管施工技术成熟，采用机械化施工，工艺简单，施工方便，基本不受雨季制约，施工速度快，安全；③施工期间可采用原涵管进行导流，待施工完成后再进行原涵管封堵。

因此，在水库涵管出险加固中，采用封堵原涵管，采用顶管法新建输水涵管或新建输水隧洞的方案是较为合理可行的方案。

六 结束语

大多数穿坝涵管存在渗漏或其他问题，严重影响到大坝的正常运行。很多设计方案是简单地将老涵管拆除后在原址重建，结果施工完成后在短时间的使用之后就又出现了新的问题。对穿坝涵管的问题应该区别对待，对确实存在严重问题的要彻底处理，而对一些存在渗漏问题的涵管则应尽可能有针对性地简化处理，以免形成新的工程缺陷。实际工程中由于穿坝涵管具有控制泄流、放空水库、施工期内导流等综合利用的功能，且造价低廉，施工方便，在充分重视设计施工的前提下，坝下涵管仍是不错的选择。

【参考文献】：

[1]《病险水库土石坝加固设计30例》 顾辉，陈卫国 ，中国水利水电出版社；

[2]《水库除险加固风险决策》严祖文，彭雪辉，张延亿 ，中国水利水电出版社；

[3]《水库除险加固项目管理》傅忠友，吴雪雄,中国水利水电出版社；