黄文钧

（广州市花都区小型水库管理中心，广东 广州 510800）

0 引言

我国小型水库数量多，大多投入使用年限较长，缺乏有效运维管理，存在一定安全隐患。调查数据显示，1954年到2006年间，我国出现了3498起水库事故，其中小型水库占比达77%，给区域经济发展和人民生命财产安全造成严重影响。2012年以来，我国开始加大小型水库除险加固的力度，于2013年先后多次提到“加大财政对小型水库建设和除险加固支持力度”，以除险加固为关键点，做好小型水库的质量管控，从根本上提高我国小型水库的经济效益和安全性能。本文在介绍小型水库除险加固技术的基础上，以某小型水库为例，介绍相关技术方案的应用。

1 小型水库除险加固中的关键技术

1.1 帷幕灌浆技术

帷幕灌浆技术主要利用孔内循环或纯压两种方式将浆液灌入裂缝、孔隙中，形成连续的阻水帷幕，往往适用于坝基渗漏、绕坝渗漏及接触渗漏，在我国小型水库除险加固工作中应用非常普遍。

为保证帷幕灌浆防渗效果和改善坝体的稳定性，施工过程中应严格依照坝体病险情况合理开展帷幕灌浆，工艺流程主要包括：

（1）钻孔与测斜。一般采用小口径回转式地质钻机进行钻孔，操作时可根据开孔情况进行两点锚固，校正无问题后方可进行孔口管埋设。

（2）冲洗与压水。施工过程中主要通过高压水脉动实现，控制时间在30min 以上，直至压水试验结果达到1MPa后方具备灌浆条件。

（3）制浆。按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T 5148-2012）中的关键指标对泥浆进行配比，通过集中制浆法供浆。使用前可分别采用标准漏斗黏度计、激光粒度仪等检测，保证浓度及细度符合灌浆要求。

（4）灌浆。处理过程中应控制好灌浆压力和灌浆段长。在灌浆结束后应采用1∶2 的浓浆置换出孔内的稀浆，待压力表回零30min后再起管。该过程中应注意设置好全程自动记录，形成专项技术追踪。

1.2 劈裂灌浆技术

劈裂灌浆技术主要通过水力劈裂原理向空隙内注浆，利用径向压力加强灌浆效果，从而有效处理坝体裂缝渗漏。

劈裂灌浆施工过程中应根据坝体病险处理方案合理选用配套装置，做好施工参数和施工操作的设置，工艺流程主要包括：

（1）钻孔施工。该技术中往往一次成孔，可先按照坝体渗漏状况设置孔位，然后通过锤击钻垂直开孔，安放护壁管。小型水库中选用DN100的无缝钢管即可，悬吊置入孔内后封堵夯实。

（2）灌浆施工。该灌浆操作与帷幕灌浆基本一致，施工过程中按照少量多次原则，分别开展孔序灌注，逐步起管，直至全部灌浆完毕。

1.3 套井回填技术

套井回填技术是水库坝体加固的一种常见技术，可通过黏土回填形成有效防护，增强坝体的安全性和稳定性。

套井回填施工过程中应先使用钻机造孔，尽量控制孔口偏斜率在4%以内。确定钻孔完毕后，对内部进行清理，分层回填。上述工艺中应保证回填土黏性大、易夯实，含水率在25%左右。同时，回填操作时要逐层铺垫，每次施工厚度不超过25cm，铺设后使用夯锤重力压实，使渗透系数小于1×10-5cm/s。

1.4 土工膜技术

土工膜加固技术可利用土工膜进行垂直防渗，如围堰防渗、堤坝防渗、涵闸防渗等，实用效果显著。该工艺操作过程中主要利用水冲、链斗或往复式锯槽机在需要防渗的土体中垂直开出槽孔，并以泥浆护壁。然后，再将土工膜置于槽孔内，倒转轴卷，使土工膜展开，直至土工膜两侧褡裢在一起，利用填料回填，形成良好的防渗帷幕。

为保证土工膜防渗加固效果，在施工时应依照《土工合成材料应用技术规范》（GB/T 50290-2014）中的关键指标合理选用膜材料及回填料。回填时应逐层夯实，待土工膜出槽后与小型水库防渗系统连接，同时做好密封，从而保证整体防渗加固质量。

2 小型水库建筑物加固方案

本次研究过程中主要以某乡镇的小型病险水库为例，研究其建筑物加固思路及抢险加固的关键操作，以形成科学、高效的除险加固技术方案。

2.1 问题分析

某乡镇小型水库于1986年8月投入使用，总储水总量可达142m3，用于区域防洪抗旱。该水库由大坝、溢洪道及涵洞三部分组成，其中大坝全长超过75m，坝高为21.9m，坝宽为4m；溢洪道全长超过30m，开挖后直接入主河道，并未沉积处理；涵洞全长为31m，截面为1.2m×1.8m。受技术、环境和运维管理等因素影响，该小型水库在长久使用后大坝、溢洪道及涵洞均出现不同程度损坏，亟待对病险问题进行处理，相关病险隐患见表1。

表1 某乡镇小型水库存在的病险隐患

2.2 加固技术方案

2.2.1 设计思路

针对该水库病险情况的除险加固设计，从不同结构衔接、水土流失防护和防渗加固施工三部分出发，全面增强水库的安全效益和经济效益，使其更好地服务于区域生态。

（1）衔接要求。除险加固时结合大坝、溢洪道及涵洞的整体情况，做好不同结构防渗层的衔接，利用专业技术保障防渗加固层的整体防护效果。

（2）水土保持。要强调水土流失防护及增强区域生态效益，最大程度改善蓄洪灌溉中的水土保持效果。

（3）防渗加固。应利用好防渗技术和加固处理中的各项操作，对大坝、溢洪道及涵洞裂缝进行填充加固，通过帷幕灌浆、劈裂灌浆、套井回填及土工膜处理等在不同区域做好病险防控，从而提升其安全等级。

2.2.2 加固要点

（1）大坝抢险加固处理。上述过程中针对坝基、坝体和坝坡情况，分别采用帷幕灌浆、劈裂灌浆和护坡防护，如图1所示。

图1 某乡镇小型水库大坝抢险加固技术方案

坝基帷幕灌浆操作时轴线长96m，沿线孔槽间距设置为2m，通过自上而下的孔内循环方式注浆，总耗灰量可达到200kg/m。

坝体劈裂灌浆前先根据水库内水位情况、蓄洪能力及渗漏系数等，计算出其渗透流量在3.7万m3/a左右，病险情况较为严重。处理的过程中应采用水泥黏土浆灌注，按照少量多次原则全孔灌注，控制注浆压力在0.5MPa以内，反复灌浆5～7次，直至渗透系数在安全阈值内。而在坝体排水处理中应根据情况在两侧增设0.25m×0.3m的C15混凝土排水沟。

坝坡处理时主要利用砂石垫层防护和草皮防护实现。其中，上游坝坡为1∶2.73，可在上层设置干砌块石护坡，厚度为30mm，下层设置砂砾石垫层，厚度在20m；下游坝坡施工中应先进行杂草清理，然后重新砌筑堆石棱体，铺设草皮护坡。

（2）溢洪道抢险加固处理。该区域处理的过程中对闸室进行扩建，新溢洪道的关键参数如下：

①引渠段。仍采用原方案，进口区域保持不变，但与闸室连接区域分别增设边墙，控制其高度在2m左右，宽度为11.4m，且边墙圆弧半径调整为5.5m，中心角设置为90°。施工过程中浆砌石边墙底部应使用C15混凝土衬砌，厚度控制在30mm左右。

②闸室段。新增闸室全长为12m，宽度为11.4m，高度为5.0m，墙板厚度为1m。全段均采用C20 混凝土衬砌，上下段分别设置工作桥和底板。

③泄槽段。在原溢洪道基础上使用C15混凝土对该部分进行衬砌，同时设置齿槽抗滑。

④消能段。增加挑流消能段，控制尾部挑力角度在25°左右，反弧半径达到5m，在一定程度上缓解溢洪道消能压力。

（3）涵洞抢险加固处理。针对盘闸年久失修现状，在现场检查后更换新的零部件，对盘闸性能进行测试，确定达标后方可投入使用。而在涵洞开裂处理过程中，则主要利用土工膜防渗处理技术及高压灌浆技术分别防护。其中，大面积开裂处理过程中应先对基底进行清理，然后将裁减好的土工膜按照要求敷设到孔槽中，静压两边收面。铺设完成后，要选用细致回填料回填并压实，检查整体密封防护效果。细微裂缝处理过程中可通过高压灌浆技术，对涵洞内的裂缝分别灌注，其关键操作与坝体灌注一致，在此不再赘述。

除此之外，本次涵洞抢险加固处理过程中还针对梯斜卧管破损、渗漏等病险情况进行封堵或重建。同时，还要在涵洞卧管出口处适当设置消力池，增强末端消力效果，从而改善涵洞的稳定性能。

3 小型水库除险加固中的注意事项

小型水库除险加固技术种类较多，施工操作较为复杂，在处理的过程中必须做好前期准备、强化现场管理、开展运维管控，这样才能够从根本上改善小型水库的安全性能，使其更好地发挥蓄洪灌溉功用。

（1）前期准备。要对小型水库的病险情况进行现场调查，包括设计方案分析、使用情况咨询和现场观察检测等，从历史数据及实地检测结果两部分出发，全面把握其病险隐患，这样才能够保证除险加固的科学性、高效性和可靠性。而在设计除险加固技术方案时，应注意针对具体问题选择对应处理方案，对比帷幕灌浆技术、劈裂灌浆技术、套井回填技术和土工膜技术的适用性、可操作性、经济性等，切合实际、因地制宜，形成最佳处理方案和施工路径。

（2）现场管理。要针对小型水库除险加固施工要求做好质量管理，由专业监督管理人员开展现场管控，对重点工程、隐蔽工程等环节施工质量进行监测，保证其严格依照技术标准开展。同时，还要做好现场数据的自动记录，尤其是在小型水库除险加固灌注施工时，应对开孔情况、回填料配比、回填操作中的关键参数进行实时记录追踪，从而为后续质检和管理提供有效参考依据。

（3）运维管控。小型水库在使用后容易出现由积水、冲刷等导致的渗透、开裂、坍塌等问题。为此，必须要针对水库运行情况定期进行现场检查和防护。如在小型水库排水口、溢流段等均使用混凝土砌筑，在坝体表面分别设置不同类型护坡，梯级斜卧管出口处增设消力池及海漫等，利用防护装置和消力保护，增强小型水库的安全性、稳定性和可靠性，使其更好地参与到生态服务中。

4 结束语

我国小型水库大多投入使用年限较长，设计方案陈旧、防护能力薄弱，开裂、渗漏、坍塌等问题频发。针对上述问题开展抢险加固处理时，必须要先对小型水库现场进行检查，在分析技术资料和病险问题基础上合理设计加固方案，明确大坝、溢洪道、涵洞等防渗加固中的关键点。同时，还要对抢险加固技术进行合理筛选，在安全等级、质量标准、经济效益等需求上形成最佳施工方案，使小型水库抢险加固效益最大化，从根本上改善我国小型水库运维管理工作质量。