浅议小型病险水库涵洞封堵
邵阳市水利水电勘测设计院 王飚
1、前言
邵阳市共有1145座小型水库，其中小一型224座，小二型921座，大多修建于50-70年代，均属土坝，都是在边勘测、边设计、边施工中建成。由于建成运行多年，存在诸多险情或病险隐患。根据调查、统计发现，每年汛期，作为水库枢纽工程的重要组成部分的放水建筑物――坝下放水涵洞出现险情十分频繁，邵阳市所有病险水库都存在涵洞漏水、断裂等病害。
因当时的技术水平、材料和资金的限制，放水建筑物大多采用卧管和坝下涵洞组成，卧管斜卧于坝上游一端的山坡上，在卧管上每隔一定的距离和高度设置放水孔，孔径根据放水流量大小而定；坝下涵洞横置于坝体下部，洞身主要采用浆砌石拱或方涵，小部分需要发电的水库采用钢筋砼圆管涵。在设计、施工中都存在不同程度的质量问题，加之长期运用、管理维护不善，工程老化，常常发生漏水、断裂等病害，影响了工程效益的正常发挥，甚至严重威胁大坝的安全。笔者在多年病险水库除险加固设计中，根据输水涵洞的实际情况以及在多座病险水库除险加固施工过程中遇到的问题，在病险水库涵洞封堵设计积累了一定经验。
2、坝下涵洞险情及原因分析
2.1坝下涵洞出现的险情
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根据历年邵阳市小型水库安全评价分析和汛期水库出现的险情调查与统计，坝下涵洞出现的险情大多为洞（管）身断裂、漏水。
2.2险情原因分析
（1）洞（管）身基础不均匀沉陷
由于涵洞基础性质不同，一部分管段铺设在岩基上，而另一部分设在土基上，涵洞的基础又未加固处理或处理不当，因沉陷不均引起洞（管）身断裂。
（2）洞（管）身结构强度不够
因当时的技术水平、材料和资金的限制，涵洞选用材料不当，洞身衬砌单薄或施工质量不良，特别是顶板厚度尺寸偏小，强度不足。
（3）运行不当
水库高水位时，流量控制不严，闸门启闭不当，使洞内出现充满水流或明满交替的情况，使涵洞震动或无压涵洞有压运行，造成开裂现象。
（4）未设伸缩缝
洞身较长未设沉陷、伸缩缝，由于温度变化使洞身产生裂缝。
（5）设置截水环太少或未设置截水环
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由于渗径短，设置截水环太少或未设置截水环，使洞（管）壁外与土体间产生接触渗漏。
（6）填土不密实
由于施工时洞（管）壁外填土质量差，夯压不及，或未经夯实，使洞外壁填土和洞（管）壁结合不严密，形成纵向漏水通道。
（7）洞外壁未作涵衣
浆砌石涵洞，石质差而又未在洞外壁作涵衣或使用三合泥等低标号砂浆砌筑，并且砌缝砂浆不饱满，施工留有孔隙，盖板与侧墙搭接不好，造成穿过洞壁的横向漏水。
（8）水库大坝加高扩建，涵洞延长，新老断面不一致，内接头漏水。
3、对坝下涵洞病害采用的设计处理措施
笔者在多年病险水库除险加固设计以及在实施涵洞处理施工过程中遇到的问题，不断改进，对于不同类型的涵洞采取相应的设计处理措施。
（1）低坝涵洞处理
对于坝高低于12米的土坝，当坡缓、易放空、置换土料丰富时，可采用全断面开挖，拆除原涵洞，新建钢筋砼涵管；较理想的方案是封堵老涵洞，新建钢结构虹吸取水管。
（2）反压填充灌浆
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在涵洞内沿洞壁或漏水点布孔，在灌浆压力作用下，浆液沿漏水通道顶水流方向而上，至需要充填的地方，封堵漏水通道，当水库放空时，就变成了填充灌浆，效果十分明显。
（3）内套管加固法
在套管前，沿涵洞轴线布孔灌浆，将老管外壁与坝体之间的纵向漏水通道充填密实，然后在涵洞内套钢管、铸铁管或钢筋砼管，再在新老管之间进行填充灌浆处理。
（4）新开隧洞、封堵原涵洞
在离开大坝一定位置新开输水隧洞，待新开隧洞具备过水条件后封堵坝下老涵洞。采用这种办法，能从根本上消除坝下涵洞带来的种种安全隐患，但施工时间长，水库需要放空，废弃涵洞需封堵密实，投资较大。近年来，由于国家投资病险水库治理力度加大，大部分坝下病害涵洞治理采用此种方案。
4、废弃涵洞的封堵设计
废弃涵洞的存在，将严重危及大坝安全，在对废弃涵洞处理之前，必须对废弃涵洞进行全面勘察，在弄清有关情况的前提下，根据废弃涵洞尺寸大小、破坏程度、渗漏形式、工程造价以及施工的难易程度，设计切实可行的封堵措施。
4.1涵洞外壁与大坝土体间渗漏通道的封堵
对于断面尺寸大于0.6m×0.5m的涵洞，在涵洞内部封堵前，先进行反压充填灌浆，让浆液沿着涵洞周边渗漏通道逆水流方向而进，达到充填、封堵渗漏通道的目的。
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首先施工人员直接进入涵洞内，在裂缝和漏水点处用风钻或钢钎人工凿孔，孔深以不凿穿洞壁或涵衣为限，然后进行纯水泥浆灌注。裂缝和漏水点灌注完成后，再在洞壁两侧凿孔，每侧凿双排孔，上下错开呈梅花形，孔深以凿穿洞壁为限，孔距3-5米，在孔内埋管，灌注纯水泥浆。灌浆压力采用0.1-0.2Mpa，分段选定灌浆压力，规定压力下，灌浆孔注入率不大于1 L/min，延续10 min，即可结束灌浆。
在裂缝或砌缝处出现冒浆现象，不要急于封堵，待冒出稠浆后再降低灌浆压力，用杉木楔包裹碎布、棉花封堵。水泥浆液浓度由稀至浓逐级变换，常用1、0.8、0.5三个比级。灌浆时尽量降低库水位，减少涵洞内漏水量，降低水头压力，漏水点要埋设导水管，遇到大股渗水，要将其分散成多股，从不同位置导出。
土坝涵洞周围土体结构、密实性与围岩、天然土体有所不同，灌浆时应密孔低压，多复灌，防止“内压外泄”，导致浆液及压能流失，填充、封堵渗漏通道距离短，运行多年以后，形成新的渗漏通道。
4.2涵洞内部封堵
封堵位置为涵洞的进口段，均质土坝封堵长度以涵洞长度的1/3为宜，心墙坝封堵长度以涵洞进口延伸至心墙后5米为宜。采用水泥粘土砂浆填充封堵。在封堵段内沿涵洞顶部安装多根灌浆管、排气排水管，封堵段两端设浆砌石堵头，砂浆抹面防渗，对断面大、片石、鹅卵石取材运输方便的涵洞，可在洞内预填片石、鹅卵石，以减少灌浆工作量，节省投资。
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3根灌浆管、1根排水排气管预填块石2根排水排气管水泥粘土砂浆逐渐填充示意涵洞长度的1/3浆砌石堵头（0.5-1米宽)浆砌石堵头（0.5-1米宽)涵洞内部封堵纵剖面图
（1）水泥粘土砂浆的特性及配合比
水泥粘土砂浆是由水泥、粘土和砂三种材料组成的混合砂浆，水泥起粘结强度的作用，粘土起浆液的稳定作用，砂起填充作用，与水泥砂浆、砼相比，具有较好的稳定性、抗渗性、保水性、流动性、粘聚性。
水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥标号为425号以上；粘土要求粘粒含量大于30%，不含腐植土，易于湿化成泥浆；砂选用坚硬、洁净、有机质含量不大于3%的中砂。
配合比要求水与干料的重量比应低于1.0，粘土水泥重量比不大于0.75，对于大体积回填灌浆，粘土水泥重量比可适当提高到1.0，施工中应做配合比试验，常用的水泥、粘土、砂、水的配合比为1:0.5：1.5:3 、1:0.75:1.0:2.75 。
水泥粘土砂浆采用机械拌制，要求搅拌均匀、无结块。
（2）灌浆采用多缸活塞式灌浆泵，灌浆压力为0.1-0.3Mpa，当吸浆量少于1 L/min，持续10 min，即可结束灌浆。
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（3）由于涵洞封堵体存在一定的凝固缩空，因此在第一次灌浆结束后12小时，应进行补充灌浆。一般的涵洞都有一定的纵坡，水泥粘土砂浆的填充是一个从下往上逐步填充满的过程，最后的缩空位置位于涵洞的进口位置，因此在进口堵头的顶部预埋2根较短的灌浆管、排水排气管，以便反复补充灌浆，一般以补充灌浆3次为宜。
5、结语
采用纯水泥反压填充灌浆封堵涵洞外壁与土坝体之间的渗漏通道，与采用粘土砂浆填充灌浆封堵涵洞内部输水通道两者相结合，能很好地封堵坝下废弃涵洞，消除大坝的安全隐患，具有很强的适用性。
（1）水泥粘土砂浆是一种较稳定的混合材料，灌注过程中不易出现离析现象，结石强度满足要求，抗渗性较好。
（2）可直接通过灌浆管将水泥粘土砂浆送至每一个工作面，解决了采用砼封堵时挖竖井难、砼入仓难、封堵长度有限、砼材料需要短途转运、施工场地有限等不足。
（3）造价低廉，通过核算，水泥粘土砂浆填充体的单价在600-700元/立方米，比采用混凝土填充还节省了一道填充灌浆工序。
（4）施工技术容易掌握，设备简单，投资省，不破坏上游坝坡，施工时间短，安全可靠。
在邵阳市多座中小型病险水库除险加固处理中，如邵东县的宝田水库（中型水库）、邵东县炉前水库、小水冲水库、银杏树水库、神前洞水库、双清区的长林冲水库、隆回县的
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土桥水库、坳头水库、洞口县的新塘水库、祖塔水库等30多座病险水库的废弃涵洞封堵采用以上技术，均取得了良好的效果，邵阳市水利局向全市推广该涵洞封堵技术。
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