水库除险加固内容施工顺序不当带来的危害及案例剖析

王京宇，张晓蕾，蔡 奇

(水利部建设管理与质量安全中心，北京 100038)

《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出：加快病险水库除险加固，维护重要水利基础设施安全。2021年12月31日，国务院批复同意《“十四五”水库除险加固实施方案》，要求到“十四五”末，全部完成现有及新增的约1.94万座病险水库除险加固，除险加固工作任务繁重。

2021年，针对全国大规模实施水库除险加固的情况，水利部开展了针对水库除险加固项目的稽察，涉及85个水库除险加固工程。监督检查发现，与水库除险加固项目进展缓慢、项目建设管理存在薄弱环节、地方资金落实不到位、水库安全度汛存在风险隐患等已经引起行业主管部门注意的问题相比，水库大坝除险加固中存在的施工顺序不当问题，尚未引起关注。

当前，研究人员多以风险管理为框架，基于模糊聚类、灰色聚类等模型，在除险加固投资额一定的情况，对多座水库的加固先后次序进行排序，而对同一个水库除险加固专业施工顺序的研究较少。

和原建筑物(构件)相比，除险加固多为局部点或面上补强，工程量相对会少一些，施工时通常具备多个工作面，客观上具备多项加固内容同时进行的先决条件，加上汛期影响，参建各方主观上均存在赶工期、抢进度的现象。因此，参建各方往往忽视了加固内容的先后实施顺序。在存在此类问题的除险加固工程中，从混凝土坝、土石坝2类常见坝型和闸室结构中各选取1个典型案例，通过座谈、走访和资料分析开展调查研究，剖析问题产生的原因主要有以下几个方面。首先，设计单位未意识到施工顺序颠倒可能带来的后果，在设计文件中未规定施工顺序要求，设计交底时也未交待清楚施工顺序。这些情况在中小型项目尤为突出，有些设计人员不清楚施工顺序选择时应坚持的原则。其次，水库除险加固的项目法人和监理单位管理经验和技术能力不足，往往无法发现施工顺序错误问题。有的进度管理不到位，受前期工作、施工准备等因素影响，开工时间存在一定程度的滞后，导致汛前忙于赶工，未顾及各专业加固的先后顺序。最后，施工单位考虑施工方便，采取最省事、省工、省料的施工顺序，未意识到施工顺序对加固质量的重要性，有的不按设计要求的施工顺序施工，有的对新技术不熟悉。

对同一个工程，为解决同一个建筑物的一项或多项病害，通常会采取多项加固内容，由于除险加固时被加固建筑物(构件)已经承受荷载、处于二次受力状态，这些加固内容的先后施工顺序对加固效果的影响显现的尤为突出重要。与设计图纸存在错漏项、原材料进场检验内容或项目不全、单元(工序)验收资料不规范、监理工作不到位等常见问题相比，施工顺序不当带来的危害将更为严重、更为突出，也更容易形成新的安全隐患。

3.1 碾压混凝土坝渗漏加固处理案例

3.1.1 工程简况及加固措施

某水利枢纽工程大坝为整体式、不分缝碾压混凝土重力坝，施工期在大坝右坝段和左坝段各出现1处上下游贯穿性裂缝，裂缝从坝顶裂至坝底基岩面，裂缝宽度多为1～3mm如图1所示。后期，对裂缝进行钻灌、防渗和化灌、接触灌浆多次处理，但效果不佳，本次除险加固前裂缝处透水率达到中等透水，大坝渗漏引起的下游面渗水湿坡范围较大。2条贯穿性裂缝将大坝分成3个坝段，大坝实际运行为非整体式受力，安全鉴定单位按单宽对挡水坝段进行稳定和应力分析，坝踵、上游坝面拉应力不满足规范要求。

图1 加固前贯穿性裂缝和下游左坝段外观

针对坝踵、上游坝面拉应力不满足规范要求问题，在下游坡面采用常态混凝土培厚，混凝土量约占原工程混凝土量的1/10左右。针对2条贯穿性裂缝问题，采用“内部灌浆+表面防渗修补”综合处理方案。受城乡供水因素制约，加固施工时无法放空水库，水面以上裂缝施工时，通过吊篮下至工作面施工，水面以下裂缝施工采用潜水方式作业。设计单位未明确提出裂缝修补和混凝土培厚施工的先后顺序，设计总工期18个月，混凝土培厚施工从第二年5月至12月，裂缝修补在此期间穿插进行。

3.1.2 施工顺序和加固效果

加固施工具体时间为：混凝土浇筑施工开始于2020年3月，同年12月基本完成；
裂缝修补于同年汛后11月开始实施，裂缝修补时混凝土施工接近完成。现场检查发现，除险加固后培厚坝体下游坝坡中下部仍存在浸湿面，浇筑分层结合面存在渗水和析出物，如图2所示。

图2 加固后大坝下游左坝段外观

3.1.3 案例剖析

从廊道内裂缝处渗水情况和渗流监测数据看，本次裂缝修补效果远好于之前的数次修补效果，培厚坝体下游坝坡浸湿面渗水主要来自于“坝体碾压混凝土存在层面裂缝、胶结密实性差”的病害。由于混凝土培厚施工时尚未进行裂缝修补，大量渗水导致浇筑分层结合面形成渗水通道，虽然混凝土浇筑时未采取有效的引排措施也是原因之一，但若先进行裂缝修补、再进行混凝土培厚施工，将会大幅降低培厚坝体的裂缝数量，施工顺序也更为合理。从进度安排看，将裂缝修补时间从第二年汛后提前至第一年汛后也是可行的。

3.1.4 案例启示

一是设计单位应重视不同加固内容之间的施工顺序，有效利用坝体培厚的基础开挖时间开展裂缝修补。二是除险加固设计应坚持尽量卸荷原则，坚持在空库运行状态下加固，如难以实现放空加固条件时，应首先进行防渗加固。三是当采用需要专业队伍实施的技术时，应尽早选取专业队伍，做实做细施工准备。

3.2 土石坝封堵、新建坝下埋管案例

3.2.1 工程简况及加固措施

某水库建于20世纪50年代，大坝为黏土心墙坝，最大坝高19m，地勘揭示坝体土体标贯、压实度等均较小，坝体填筑质量差。放水高涵管位于大坝左侧，为直径30cm瓦管；
放水低涵管位于大坝中部，为直径30cm瓦管。高、低放水涵管在进口闸门关闭情况下，出口仍有漏水现象，说明经过多年运行后均存在一定的安全隐患，如图3所示。该工程所属地区地震基本烈度为Ⅶ度，规范要求不应设坝下埋管。

图3 加固前大坝坝顶杂草丛生

针对坝体存在的病害，除险加固设计对坝体进行单管高压旋喷防渗加固处理，废弃并封堵原有高低涵管，并在左岸山体新建1条直径355mm输水管，涵管封堵施工顺序为先进行管内回填灌浆，再进行坝体高压旋喷防渗墙施工，如图4所示。2020年工程开工后，因左岸山体地质原因需延长工期、增加投资，经原审批单位批复，将新建输水管位置由左岸山体变更到原有高低涵管之间，施工工艺为定向钻拉管，设计文件未明确定向钻拉管施工和坝体高压旋喷防渗墙施工的先后顺序。

图4 加固后大坝外观

3.2.2 实际施工顺序

涵管封堵施工顺序为先进行坝体高压旋喷防渗墙施工、再进行管内回填灌浆，施工顺序不符合设计要求；
新建输水管的施工顺序为先进行定向钻拉管施工、再进行坝体高压旋喷防渗墙施工。

3.2.3 案例剖析

坝下埋管与大坝防渗体的接触部位是防渗的薄弱环节，容易形成安全隐患，本工程加固前在进口闸门关闭情况下，高、低放水涵管出口仍有漏水现象，为消除隐患才进行改建。在此不讨论设计变更的合理性，单从涵管封堵、新建施工和坝体高压旋喷防渗墙施工的先后顺序不当来看，本次加固已形成新的安全隐患。涵管封堵施工时，先进行坝体高压旋喷防渗墙施工、再进行管内回填灌浆，会影响防渗墙附近管内回填灌浆质量；
新建输水管时，先进行定向钻拉管施工、再进行坝体高压旋喷防渗墙施工，会影响输水管附近高压旋喷防渗墙的施工质量。施工顺序不利于坝体防渗，易发生接触渗漏。

3.2.4 案例启示

一是施工单位应意识到施工顺序对加固质量的重要性，不能仅考虑施工方便，采取省事、省工、省料的施工顺序。二是作为水库除险加固的项目法人和监理单位，应提升管理经验和技术能力，抓住除险加固工程的关键点，加强涵管封堵施工顺序的检查，对重大设计变更应充分论证。三是除险加固设计需坚持防渗优先原则，当防渗加固施工与其他专业存在交叉时，尤其是防渗体加固与穿坝建筑物交叉施工，应选择最有利于防渗加固效果的施工顺序。

3.3 混凝土溢流坝段闸墩裂缝加固处理案例

3.3.1 工程简况和加固措施

某工程主坝为混凝土宽缝重力坝，溢流坝段采用2孔开敞式溢流坝型。大坝现场安全检查发现，溢流坝段左右边墩存在多条裂缝，部分是竣工验收时已经存在，部分是运行后新出现裂缝，其中左侧边墩牛腿处裂缝较为严重、已沿竖向贯穿闸墩上部，缝宽超过规范允许值；
安全监测资料显示，部分裂缝宽度有增大迹象。安全鉴定结论为：结构耐久性和安全性存在隐患。根据溢流坝段闸墩裂缝情况，设计单位采取“锚索+化学灌浆+粘钢”综合加固方案，设计要求施工顺序依次为预应力锚索张拉、裂缝化学灌浆、粘钢加固，如图5—6所示。

图5 闸墩外观(加固后)

图6 闸墩粘钢加固

3.3.2 实际加固顺序

稽察时，闸墩加固施工已经全部完成，抽查施工单位施工日志、单元工程验收资料和锚索施工张拉记录，并经参建各方核实，加固关键节点的实施时间为：4月4日前完成粘钢，4月15日至16日完成主坝闸墩锚索张拉，4月26日至5月2日完成裂缝灌浆。实际施工顺序依次为粘钢加固、裂缝化学灌浆、预应力锚索张拉，粘钢加固、预应力锚索张拉的顺序颠倒，不符合闸墩加固工艺设计要求。

3.3.3 案例剖析

这是一起典型的主要构件施工顺序颠倒案例，带来的后果是降低了闸墩的综合加固效果。据统计3个闸墩共粘钢20余t，提高了闸墩刚度，但先进行粘钢加固施工，将降低预应力锚索的加固效果。在粘钢加固后进行预应力锚索张拉施工，且时间间隔较短，钢带尚未完全和闸墩形成整体，将给钢带增加复杂的附加应力，降低了粘钢的加固效果。

3.3.4 案例启示

一要注重新技术的协调管理。粘钢加固于本世纪初开始在房屋建筑工程领域逐步实施应用，在水利工程领域相对较少，因此参建各方不熟悉粘钢加固的工艺和目的，施工单位将该项加固内容分包给专业队伍实施后，应有效协调粘钢和锚索2专业队伍的交叉施工。二要合理安排工期，注重汛期影响。在本案例中，汛期防洪度汛要求溢流坝段的加固施工必须在汛前完成，受前期工作、施工准备等因素影响，开工时间存在一定程度的滞后，导致汛前忙于赶工，未顾及各专业加固的先后顺序。三是当采用多种方法综合解决同一病害时，坚持首先实施加固效果最明显的加固内容。

施工顺序不当会降低水库除险加固效果，可能给工程留下永久安全隐患。建议从以下三个方面着手解决：一是设计单位应对不同的专业施工顺序进行计算分析，择优选取并在设计文件中明确规定，设计交底时给予着重强调；
二是施工单位应严格按照设计文件施工，当设计无明确要求时应及时反馈；
三是监督检查时重点关注此类问题。

由于结构受力计算分析能力欠缺，对不同加固施工顺序对结构的影响仅仅进行了定性分析，未进行定量分析是本研究的不足，建议感兴趣的同行开展进一步研究。

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