浅析小水电工程土质结构破损成因及修复技术

王龙祥，石 磊，陈 蕾

(南通市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 南通 226006)

0 前 言

对于农村小水电工程而言，在一些地理位置偏僻、缺乏石材的地区，受环境条件或者其他施工原因的限制，常采用土渠、土坝等土质结构代替浆砌石坝、渠道。但在小水电站正常的运行过程中，这些结构常会出一些病害或结构破损，影响农村小水电工程的效率。为此，本文拟先对土质结构的破损类型以及成因进行分析，之后提出相应的修复措施，为小水电降损增效工作的开展提供指导。

1 土质结构破损类型及成因

1.1 土坝常见的破损类型及其成因

土坝一般是用土、砂、砾石、风化石碴等材料修筑的挡水建筑物。它对地基要求很低，可就地取材，无需水泥、钢材等材料；人工填筑、机械化施工等施工方法均可；运行周期很长，管理简便，对其加高、加固也较容易。因此，一些农村小水电工程的挡水建筑物采用土坝。与其他类型的坝体类似，在土坝运行过程中，它同样会出现开裂、渗漏等问题，其成因主要包括：①由于铺土厚实、碾压不均匀、分层填筑的层面未能压实等筑坝质量差，其中尤为需要注意的是，土坝内部防渗斜墙、心墙的分层填筑的层面结合不密实极易导致坝体渗透失稳；②当坝体坡度较陡、断面单薄、土料本身透水性大，造成的散浸；③坝体与心墙、斜墙之间的反滤层质量较差，未按反滤原理铺设、一些土石混合坝未设反滤过渡段形成的管涌坍塌，破坏斜墙与心墙；④坝后排水体高度较低，或者下游高水位会使得洪水淤泥倒灌堵塞反滤层，而浸润线逸出点提高，造成下游坡面的大面积散浸；⑤穿坝涵洞(管)的外壁与坝料结合处填充不密实，涵洞缺少截流环，造成坝前水沿管壁渗出，还有一些涵管断裂造成坝体渗流破坏导致坝面坍塌等问题；⑥白蚁、獾、鼠、蛇等动物在坝身打洞、筑巢，坝体土料原含有树根、杂草腐烂形成坝体内部空隙，会造成坝身渗漏；⑦坝体不均匀沉陷形成坝身横向裂缝、心墙的水平裂缝也会造成坝体集中渗漏。

1.2 土渠的破损类型及其成因

土渠的破损类型一般包括：渠底的变形破坏、坍塌型破坏等。其中变形破坏是由于渠道开挖的土壤具有膨胀性、多裂隙性和超固结性等性质造成的。坍塌型破坏如图1所示，不存在明显的滑面，且边界不规则，其主要原因为土体强度随含水量升高而下降，当渠道完全浸泡于水中时，土体强度可丧失殆尽。

图1 某土渠坍滑型破坏

2 结构破损修复技术

2.1 土坝的破损修复技术

由于农村小水电工程常由于施工条件和经济成本等因素的限制，其土石坝渗漏修复一般采用经济且易于掌握的斜墙法进行。斜墙一般采用黏土、黏壤土作防渗材料，在原坝上游面分层填筑，人工夯压成斜墙，截堵渗流、防止坝体渗漏。值得注意的是，在土坝斜墙施工时，需将库水放空露出坝踵，斜墙从坝基开始修筑以保证施工的质量与稳定性。另外，还需拆除坝前基础、上游坝坡的护坡，清除坝体表层含水量过大的部分软土或草皮，临时抢险填塞的物料和稀泥、塌陷部位应全部挖出，一般开挖范围不小于洞口或塌陷范围最大外径的6～12倍。若上游坝体发生大面积塌坑，还应清理漏水坑口。均质坝则应挖到密实度符合要求的部位，再进行回填夯实，并要与原坝体有良好的接合。

2.2 土渠的破损修复技术

大型土渠采用的土工膜防渗修复技术，造价高、施工工艺复杂，不适用于小水电土渠的破损修复。为了满足小水电工程修复工艺简单、经济实用的原则，对土渠坍塌型破坏常采用土料换填进行处理。其换填材料一般采用回填强度较大的砂、石或灰土等材料。当土料换填后，土渠坡脚强度得到有效提高，且可限制浅表土体的反复胀缩作用，防止外部水渗入土体裂隙，能有效防止坍滑型破坏的发生。另外，换填材料可就地取材，施工方便快捷，也不会对土渠四周造成环境污染，既完成修复加固，又保护周边生态环境。

3 结 语

土坝、土渠等土质结构在农村水电站正常运行时存在着各式的破损形式，其产生原因也各不相同，有针对性地完成这些结构破损修复，可快速、有效保障这类小水电工程的结构降损与增效，希望上述成果能得到行业内有关人员的选用。

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