小型土坝除险加固中若干问题的探讨（陈斌 杜晨程 董浩 吕天伟 陈晓东）
发布时间:2016年12月02日 来源:
摘要:小型水库、山塘多采用土坝作为挡水建筑物，其分布具有点多、量大、面广等特点．由于多数小型水库与山塘的先天建设条件欠佳，后期管护又不够有力，土坝防洪能力不足、坝体渗漏、涵管破裂等病害隐患较多．又受加固或整治条件限制，大中型水库常用的一些加固技术、加固方法在小型土坝中并不完全适用．本文针对前述常见的一些问题，从设计、施工、管护等方面进行了总结，分析了问题产生的原因，提出了加强与改善管理的一些措施和建议，包括加固方案的选择、建后管护的要求，以及需要进一步开展的有针对性的技术研究等．
关键词:小型土坝;加固;防渗;输水设施;管护
中图分类号: TV697．32 文献标志码: A 文章编号: 1008-536X(2013)03-0005-05
Discussion for Several Problems in Small Earth Dam's Ｒeinforcement
CHEN Bin1，DU Chen-cheng1，DONG Hao2，LV Tian-wei2
Abstract: Directing at the frequently faced questions during the small reservoirs' reinforcement and renovation，some experiences and lessons have been summarized from the aspects of design，building and manage and protect and so on．Several measures and advices for strengthening and improving management，including selection of strengthen scheme，demand for manage and protect after building，and technical research to be launched have been put forward．
Key words: small earth dam;strengthen;anti-seepage;water-carrying services;manage and protect
0 引言
水利是农业的面脉．我国小型水库、山塘数量众多，由于历史的原因，大量小型山塘水库的建设、管理并不十分到位，问题较多，典型的包括: (1)防洪标准不足．相当数量的水库山塘经过防洪复核，其防洪能力不能满足规范要求，少数的甚至存在溢洪道被侵占、取消的现象，如某水库的溢洪道就被改建成村间道路，其路顶高程甚至高于坝顶高程，导致事实上没有泄洪设施，见图1;(2)防渗体系较为薄弱．多数小型水库采用土坝作为挡水建筑物，而大量的土坝都建于上世纪六七十年代，设计资料缺失甚至没有资料，坝体结构不明确，排水体简陋甚至没有，导致渗漏、滑坡事故时有发生;(3)输水设施不能符合安全要求．不少土坝采用素混凝土管、石砌涵洞甚至陶土管、篾笼管等作为输水设施，不良涵管若发生开裂、绕管(洞)渗漏等，极易造成大坝事故．图2(a)是浙江省水库病害类型的统计1)，1万m2～10万m2山塘输水设施类型统计见图2(b)2)．
近年来，国家大力支持水利基础设施建设，通过大坝除险加固、山塘综合整治，已完成一大批水库大坝的加固工作，但目前任务仍然较重．有的工程，虽经加固，但由于各种原因，加固不彻底，仍存在安全隐患．2012 年8 月10 日浙江省岱山县沈家坑水库发生溃坝事故，导致11 人死亡，20 多人受伤，造成了较为恶劣的社会影响，表明水库的安全问题仍然是当前水利部门面临的一项至关重要的课题．笔者总结了除险加固工程中遇到的一些常见问题，与同仁探讨．
1 因地适宜，选择合理的加固方案
加固方案主要是坝体、泄洪设施、防渗设施和输水设施的选择，其中主要部分是防渗体和输水设施的选择和设计．小型水库除险加固中常用的防渗加固方案有新建(改建)粘土斜墙、土工膜防渗、套井回填和灌浆等，坝后采用贴坡排水或棱体排水．从已经完成的工程情况来看，由于工程规模普遍较小，施工质量控制能力较弱，新增粘土斜墙和灌浆的质量不易保证，套井回填在多数情况下均能适用且效果较好，已得到广泛采用．但建议新设防渗体的位置与原防渗体保持一致，以免造成渗入新旧防渗体间的水体难以排出，造成事故1)．不同防渗加固方案的对比见表1．
在输水设施的加固改造方面，由于选择余地有限，常采用坝下涵管或虹吸取水方式．相对隧洞取水，两种方式的安全性和可靠性均有所欠缺．一般情况下，如坝高较低，可采用开挖坝体后重设涵管输水，但需注意涵管应置于坚实的基础中(如基岩)，并确保管周防渗效果．某县曾发生过因涵管埋置不妥而导致的垮坝事故，见图3，因除险加固中设计与施工不周，导致管周土体受渗漏水冲蚀，造成垮坝．
如坝高较高，则埋涵管的开挖量过大，只能采用虹吸管，需考虑虹吸管的虹吸高度一般不超过7m，如不能达到则仍需下挖部分坝体．虹吸装置如果安装、保养不善，漏水漏气的概率相对较高，可靠性较低．
部分水库还采用老涵管内套新涵管等方式，其安全性尚需得到验证．几种输水设施的优缺点的比较见表2．
2 实行水库安全一票否决制管理
水库除险加固是一时的，而建后管理是长久的．根据近年来山塘水库除险加固的经验教训，加强建后管理至关重要．管理不善，即使经过加固，没过几年就又重新成为病库险坝，在前期水库除险加固中，曾经出现过这样的例子．
加强水库建后管理包含两层含义，一是从正常的运行维护方面考虑，常规养护如除草、零星修理是必不可少的，这当然需要一定资金的投入．如何实现小型山塘水库运行维护资金的可靠、足额筹集，以及资金、人员的合理配备，需要从政府层面通盘考虑，目前已有一些措施，如政府补助、聘请村级水利员等，但还不够、还有待加强和完善．另一层面，笔者认为，小型水库的安全管理具有突出的重要性，不少水库离下游村庄不远，可称之为“屋顶水库”，有的房屋甚至一打开后门，就是大坝坝脚．加强水库的安全管理，关系人民群众的生命财产安全，需要十分重视．由于小型山塘、水库的所有权多数属于村集体所有，而村级集体经济组织水利设施管理能力尚不强，常出现有碍水库安全运行的案例．如某工程在加固后，村里为依托水库发展旅游，将下游排水棱体挖除，改建为浆砌石挡墙，节余出的土地用于修建停车场．如此处置，不仅导致大坝事实上没有排水体，而且在坝脚反而多出了一个阻水体，水库高水位时，挡墙底部水柱喷出，成为防汛危险点，见图4．前述将溢洪道改建为村道的情况，与此类似．还有的大坝，发生了滑坡被认为问题不大，久而久之就形成为一个长满草的大凹坑．因此，笔者认为，一方面，需加强村级水利管理员的知识培训，另一方面，可考虑将水库的安全管理与日常管理分离，安全责任由乡镇或县(市)一级水利管理部门(人员)负责，实行安全管理一票否决制．
此外，加强水库安全知识的普及，是水利部门需要长期坚持的一项工作．目前农村从事小型农田水利设施管理的人员，一般具实践经验较强，但专业性不足．有的水库管理员发现水库漏水，认为“漏清水不怕、漏浑水要出事”．这当然有合理的一面，但即使漏清水，也不能轻视，清水漏到一定程度有可能转化为浑水．某坝曾长期漏水，初期漏水量不断增大，管理人员非常重视，经若干天监测后，漏水量自动减少了，管理人员认为情况好转，警惕性降低，结果发生了垮坝事故．因此，出现异常情况，及时上报并深入分析原因，始终保持高度警惕性，是十分重要的．
在水库运行期，迎水面渗漏入口的探查、修补均有一定困难．在这种情况下，及时修建排水体显得尤其必要．渗漏量较大时，可按防汛抢险的措施修建排水体，待汛期过后进行水库加固．
3 加强有针对性的水利科技研究
目前国内外有关水库除险加固方面的研究，从总体上看已相当充分，但多数针对15 m以上的大中型坝．对于小坝、底坝，虽然结构相对简单，但由于受到地形条件、投资额度的限制，有其特殊之处，如: 大中型水库常用的隧洞输水，在小型山塘水库中常由于地形不佳、投资过高而难以采用．又如: 由于大量的土坝结构不详，有的甚至不了解其究竟为斜墙坝、均质坝或是心墙坝，因此在除险加固中常难以选择防渗体形式［1］．笔者认为，开展小型山塘水库有针对性的水利科技研究，有重要的实际意义，主要包括以下几个方面:
3．1 特小流域洪水计算方法研究
从历史的和世界的范围来看，洪水漫顶导致的大坝溃决事故占到总数的38%，就土石坝而言甚至达到50%［2］．因此，准确的洪水计算和合理的防洪标准选择在水库安全中具有重要地位．小型水库和山塘的集雨面积一般较小，多数在5 km2 以下，与一般所称的小流域(集雨面积小于5 km2 )有所不同，可称之为特小流域．其具有面上暴雨的均匀性、产流汇流同时性、汇流的快速性、地面径流的主导性以及汇流的非线性等特点，如直接采用推理公式法或地区经验公式法，计算结果可能与实际情况出入较大，开展有针对性的特小流域洪水计算方法研究，提高计算的准确性和有效性，具有重要价值［3］．
3．2 探讨物探技术在小型土坝结构判别、隐患探测中的可行性
物探技术如探地雷达、电阻电导率法、同位素示踪等，具有成本低、对坝体损伤小甚至无损伤等优点，近年来在大坝安全检测与隐患探测中得到应用［4］．但由于受到仪器本身的限制，在中、高坝的探测中，效果并不十分理想，如探地雷达用于10 m深度以上的隐患探测时，分辨率就显不足．由于多数小型水库、山塘的坝高低于15 m甚至10 m，因此隐患探测的效果有可能较佳，甚至有可能在模拟试验的基础上，判别出坝体结构．
3．3 合理可行的输水设施加固方案研究
如第2 节所述，输水设施的设计施工在小型水库、山塘的除险加固中是一个难点．隧洞输水受到地形、投资上的限制，涵管输水则安全性相对较低，而虹吸输水的可靠性又不高．因此，探讨新的、更安全可靠且经济的输水方式，具有重要的实用价值．非开挖钻孔技术和老管套新管等措施的可行性、可靠性值得研究完善［5］．部分地区自20 世纪90 年代以来采用在原涵管内套预制混凝土管或钢管，两管间填充骨料灌水泥砂浆或单一灌水泥砂浆，待干缩后再进行回填压力灌浆的做法，效果较好［6］，但仍需更多的理论与试验论证．图5 采用的则是另一种方法，采用非开挖定向钻孔技术，在坝肩岩基中钻孔，据反映效果较好，唯造价稍高．
3．4 一些常用成熟工法的体系化、规范化
在小型水库、山塘的除险加固中，广大工程技术人员和群众发挥智慧，发展了不少具有实际应用价值的技术，典型的如套井回填技术，已成功地在大量工程中得到应用，但目前尚无权威的技术规范．建议及时总结经验，制定相应的规范规程，利于相关技术的进一步推广应用，发挥技术经济效益．
4 结语
小型水库及山塘的除险加固和安全管理，是一项长期的任务，量大面广，且管理条件普遍不佳．如何加强管理、确保水库安全稳定发挥效益，是水利部门当前和今后一段时间面临的重要课题．本文对近年来的经验进行了总结，提出了一些看法，期对提高、改善工程管理水平有所助益．
参考文献:
［1］陈斌，陈晓东，董浩，等．小型土坝防渗加固处理问题探讨［J］．中国水利，2011(8):31-32．
［2］ Vogel A．Ｒesearch for risk evaluation of dam failures caused by overtopping．Preceedings of the 3nd International Conference on Dam Safety Evaluation，Panaji(Goa)，India，2001: 22-23．
［3］吴婉玲，谢华伟，陈晓东．特小流域暴雨洪水计算研究概述［J］．浙江水利水电专科学校学报，2010(3):30-33．
［4］范中原，孙云志，魏岩峻，等．水利水电工程地质勘测方法与技术应用综述［J］．人民长江，2005(3):5-6．
［5］ Dipl．-Ing．Leopold Scheuble，Karlsruhe．Trenchless technologies in pipeline construction ［J］．3Ｒ International Journal for Piping，Engineering，Practice．Special Edition，2004(13):2-17．
［6］周宏．金华市土坝输水涵管病害原因分析及处理措施研究［J］．吉林水利，2009(5):6-7，9．
作者简介: 陈斌(1974-)，男，浙江磐安人，教授，博士．主要从事水工结构及材料与施工技术研究．
