山塘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)探討

陳永昌,徐善平,陳起紅

(1.余姚市蘭江街道辦事處,浙江 余姚 315400;2.余姚市陸埠鎮(zhèn)人民政府,浙江 余姚 315400;3.余姚市江河水利建筑設(shè)計(jì)有限公司,浙江 余姚 315400)

1 山塘存在的問(wèn)題

本文所指山塘是在山區(qū)、丘陵和平原地區(qū)建有擋水、泄水建筑物,正常蓄水位高于下游地面高程的蓄水工程,其庫(kù)容為10萬(wàn)m3以下。目前除險(xiǎn)加固工作正在大范圍開(kāi)展。通過(guò)調(diào)查、分析、計(jì)算,主要存在以下問(wèn)題:

1.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)低

由于山塘一般由當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娮园l(fā)而建,溢洪道寬度普遍較窄,溢流深度較淺,防洪標(biāo)準(zhǔn)普遍在5～50 a一遇。臺(tái)風(fēng)或暴雨期間,常有山塘壩頂溢流情況發(fā)生。

1.2 結(jié)構(gòu)不安全

山塘壩型復(fù)雜,主要有土石壩、重力壩、拱壩等。一般問(wèn)題嚴(yán)重的是土石壩,相當(dāng)多的土石壩存在壩坡較陡,漏水,溢洪道消能措施不完善,啟閉機(jī)開(kāi)啟不靈,銹蝕嚴(yán)重,在涵管位置經(jīng)常有塌孔現(xiàn)象發(fā)生的問(wèn)題。

1.3 管理不到位

山塘由村民管理,缺少技術(shù)人員。相當(dāng)多的山塘沒(méi)有上壩道路和管理房,缺少定期巡查制度等。

2 有關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題的探討

(1)首先要解決防洪問(wèn)題。防洪標(biāo)準(zhǔn)可按V等工程,10～20 a一遇設(shè)計(jì),50～200 a一遇校核。產(chǎn)流采用暴雨圖集,匯流采用浙江省推理公式計(jì)算,調(diào)洪演算用高切林公式。

(2)大壩防滲問(wèn)題。在設(shè)計(jì)中遵循上堵、中截、下排的原則。一般采用套井加灌漿方案效果較好。很多采用土工膜防滲,筆者認(rèn)為小型均質(zhì)或類均質(zhì)土壩,壩身具有良好的防滲性能,如黏土防滲比降允許值在3～6。一般山塘壩高較低,自身均能滿足,不需在上游另設(shè)土工膜防滲。從以前山塘、水庫(kù)加固施工情況看,一般壩體填筑質(zhì)量尚可,主要是壩體與壩基接觸帶、兩壩肩滲漏普遍存在。所以采用黏土斜墻或土工膜防滲不太可靠,主要是兩側(cè)封閉較難處理,對(duì)滲漏量小壩體設(shè)計(jì)不應(yīng)過(guò)度。滲流控制主要以防滲為主,后發(fā)展為防滲與排滲相結(jié)合,目前明確反濾層保護(hù)滲流出口是滲流控制的關(guān)鍵措施。滲漏量不大不會(huì)對(duì)壩體安全產(chǎn)生影響,通過(guò)合理反濾設(shè)計(jì),裂縫有自愈可能。例:山塘壩頂寬3 m,邊坡1∶2,假設(shè)壩內(nèi)有孔洞,直徑為1,2,5,10 cm,作用水頭6 m,計(jì)算情況見(jiàn)表1。

表1 不同洞徑流速流量表

從表1看出,當(dāng)孔洞小于2 cm時(shí),其流速、流量很小。由于山塘本身庫(kù)容小,相應(yīng)壩高也低,容易出問(wèn)題的是壩體與壩基接觸帶,土體與剛性建筑物接觸部位及壩體變形引起裂縫后的接觸沖刷,這些部位容易出問(wèn)題,故設(shè)計(jì)要到位。

(3)大壩結(jié)構(gòu)問(wèn)題。一般采用經(jīng)驗(yàn)值,上下游一般采用緩于1∶2,個(gè)別條件限制可放寬至1∶1.75。對(duì)于壩高10 m以上的,建議進(jìn)行滑動(dòng)穩(wěn)定分析。上游坡一般設(shè)為干砌塊石或混凝土預(yù)制塊護(hù)坡,下設(shè)砂卵石或碎石墊層,下游坡適當(dāng)草皮綠化,以美化環(huán)境。加固設(shè)計(jì)原則上不對(duì)原壩體結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的改變,如原心墻壩的設(shè)計(jì)仍為心墻壩,斜墻壩仍為斜墻壩,均質(zhì)壩可改為心墻或斜墻壩。

(4)溢洪道問(wèn)題。主要是消能防沖,要加以重視。筆者在 “麥莎”臺(tái)風(fēng)后對(duì)山塘受損情況進(jìn)行調(diào)查分析,由于很多山塘溢洪道尾處與壩體下游很近,未設(shè)消能設(shè)施,溢洪道下游先沖刷而使大壩下游坍塌,引起壩體失事,故設(shè)計(jì)時(shí)一定要把洪水引出壩外,確保大壩安全,洪水超標(biāo)準(zhǔn)時(shí)溢洪道可修復(fù)。如有的山塘受地形限制,改為溢流土石壩,綜合變形、滲流、溫度、止水細(xì)部結(jié)構(gòu)、消能、振動(dòng)等因素進(jìn)行設(shè)計(jì),確保壩體安全。原則上溢洪道設(shè)在岸坡,盡量減少對(duì)壩體的影響。

(5)輸水涵管問(wèn)題。由于《浙江省山塘綜合整治技術(shù)導(dǎo)則》:要取消壩內(nèi)涵管。主要考慮土體與涵管變形,土體與涵管的接觸沖刷。很多已改為倒虹吸管,但在實(shí)際運(yùn)行時(shí),由于放水間隔時(shí)間長(zhǎng),導(dǎo)致真空破壞,放水中斷,給運(yùn)行帶來(lái)很大不便。故壩高5～6 m的可設(shè)置混凝土涵管,控制好變形做好涵管防滲設(shè)計(jì),周邊填土密實(shí),加1～2道筋環(huán),以確保安全。壩高7～10m可采用倒虹吸;壩高12 m以上的可根據(jù)實(shí)際情況采用涵管、倒虹吸或新開(kāi)隧洞等。涵管設(shè)計(jì)是下游段不設(shè)截滲環(huán),遵循上堵中截下排的原則,在壩軸線下沿外壁鋪設(shè)濾層,直通下游,以防沿壁接觸沖刷。

(6)山塘地質(zhì)勘探問(wèn)題。選擇性開(kāi)展山塘地質(zhì)勘探工作。山塘壩型復(fù)雜,對(duì)于斜墻壩、砂礫石地基,地質(zhì)鉆孔造成隱患,需加以重視。如果鉆孔封堵不密實(shí),使整個(gè)鉆孔處滲流水頭發(fā)生變化,抵抗?jié)B透破壞的能力降低,土料最易從地基裂縫中流失,使防滲體與地基結(jié)合帶出現(xiàn)孔洞,而從孔洞處引起滲透破壞。因此,盡量減少在防滲上游面鉆孔?？蛇m當(dāng)選擇典型大壩及水庫(kù)除險(xiǎn)加固資料,酌情使用。尤其現(xiàn)在壩體滲透系數(shù)一般采用現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn),致使壩體現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)土體所承受滲透比降遠(yuǎn)大于實(shí)際滲透比降,得出現(xiàn)場(chǎng)滲透系數(shù)明顯大于室內(nèi)試驗(yàn)的成果。在現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)期間土體是否產(chǎn)生滲透破壞,令人擔(dān)心。

(7)施工管理問(wèn)題。由于山塘數(shù)量多,除險(xiǎn)加固施工單位普遍技術(shù)力量薄弱,施工前搞清楚關(guān)鍵部位設(shè)計(jì)意圖,主要是涵管施工、防滲封閉、消能防沖等。由于山塘施工可能出現(xiàn)各種問(wèn)題,設(shè)計(jì)人員需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真分析,提出相應(yīng)的對(duì)策與措施。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)山塘存在的問(wèn)題及設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討,目的是解決防洪安全、結(jié)構(gòu)安全。雖然山塘規(guī)模較小,但數(shù)量眾多,容易出問(wèn)題,應(yīng)予以重視。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)山塘的具體情況,采用適當(dāng)措施,使除險(xiǎn)加固安全可靠。