四川省丘陵山區(qū)塘壩整治加固技術(shù)淺析

(四川省土地統(tǒng)征整理事務(wù)中心，成都，610041)

塘壩是四川省丘陵山區(qū)土地整治、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、小型農(nóng)田水利工程等農(nóng)田水利基本建設(shè)項(xiàng)目中的一項(xiàng)重要建設(shè)內(nèi)容，擔(dān)負(fù)著農(nóng)村人畜飲用水、田間灌溉、防洪等重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在四川省僅國(guó)土資源部門實(shí)施的土地整治項(xiàng)目中，每年投入塘壩整治加固的資金約800萬(wàn)，約占土地整治項(xiàng)目總投資的15%。丘陵山區(qū)塘壩分布廣、規(guī)模小、數(shù)量大，大多建于20世紀(jì)60-70年代，大部分塘壩修建標(biāo)準(zhǔn)較低，不同程度地存在淤積、滲漏、排水設(shè)施缺失或損毀，嚴(yán)重影響正常作用的發(fā)揮。目前，病險(xiǎn)塘壩整治加固技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)缺乏，可供參考的技術(shù)資料也較少。因此，總結(jié)分析丘陵山區(qū)塘壩整治加固技術(shù)，保證塘壩的安全性、實(shí)用性和耐久性，充分發(fā)揮塘壩效能十分必要。

1 塘壩常見(jiàn)病害類型及原因分析

1.1 壩體滲漏

壩體滲漏常見(jiàn)于壩體背水坡坡面與坡腳，輕微時(shí)出現(xiàn)潮濕現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)滲漏或管涌、流土等[1]。究其原因，壩體填筑材料多為就地取材，筑壩土料因砂性過(guò)大或者土料中含樹枝、雜草等，填筑后腐爛留下了空洞而施工時(shí)碾壓程度不夠；堤身單薄坡陡，導(dǎo)致滲徑過(guò)短；土壩施工質(zhì)量差、分層填筑銜接不良、壩體上游防滲設(shè)施遭破壞失效等原因引起壩體滲漏。

1.2 堤身單薄，壩體穩(wěn)定性差

受雨水沖刷、滑坡等因素影響，塘壩壩體坡比逐漸變陡，堤身變得單薄，壩體穩(wěn)定性差。部分塘壩因筑壩時(shí)未經(jīng)專業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)壩高、壩底、壩頂寬度、筑壩材料等主要參數(shù)事先沒(méi)有明確計(jì)劃，壩體填筑施工時(shí)僅憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。

1.3 泄洪設(shè)施缺失或損毀

一些塘壩的泄洪設(shè)施不配套，缺失溢洪道或溢洪道損毀，過(guò)流能力不足，一旦遭遇大暴雨，塘壩內(nèi)洪水不能及時(shí)有效排泄，極易造成洪水漫壩。

1.4 淤積嚴(yán)重，防洪能力不足

塘壩淤積物主要以泥沙為主，塘壩攔蓄集雨面積雨水，上游流域表土被雨洪沖刷侵蝕夾帶的沙土沉積，比較重的粗砂顆粒沉積于塘底，形成淤沙。

2 塘壩建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 工程等級(jí)

塘壩主要指蓄水容量在10萬(wàn)m3以下、壩高小于10m(含)的塘壩，根據(jù)蓄水容量的大小可分為小塘、大塘。小塘蓄水容量在1萬(wàn)m3以下；大塘蓄水容量在1萬(wàn)m3～10萬(wàn)m3之間。根據(jù)TD/T1012-2016《土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，塘壩為重要水源工程，等別為Ⅴ級(jí)，規(guī)模為小(2)型，建筑物級(jí)別為5級(jí)[2]。

2.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

按照蓄水樞紐工程建筑物確定塘壩防洪標(biāo)準(zhǔn)，丘陵山區(qū)塘壩設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30a～20a，混凝土壩、漿砌石壩校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200a～100a，土石壩、堆石壩校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300a～200a[2]。

3 塘壩整治加固技術(shù)要求

3.1 塘壩壩體整治加固技術(shù)

塘壩整治形式依據(jù)實(shí)際情況合理確定，綜合考慮塘壩的地形和地基條件、塘壩實(shí)際高度、筑壩材料，以及當(dāng)?shù)氐乃摹庀?、施工等因素，確保技術(shù)上安全可靠、經(jīng)濟(jì)上合理可行。塘壩一般為土質(zhì)壩體，斷面形式通常設(shè)計(jì)為護(hù)坡式塘壩和擋土墻式塘壩兩種。壩體高度較低時(shí)，可采用均勻土質(zhì)壩；壩體高度較高時(shí)，可采用黏土斜墻壩。塘壩壩體整治主要是對(duì)擋水建筑物進(jìn)行整治加固，盡量減少硬化。塘壩原則上不加高大壩，當(dāng)壩頂實(shí)際高程稍低于設(shè)計(jì)高程時(shí)，可結(jié)合壩頂路面改造。塘壩頂高程應(yīng)高于塘內(nèi)正常最高蓄水位1.0m～1.5m[4]。

3.1.1 壩頂構(gòu)造及壩坡

塘壩壩頂現(xiàn)狀一般為泥結(jié)碎石路面，考慮到交通、防汛搶險(xiǎn)及日常運(yùn)行管理的需要，路面可考慮采用混凝土路面，厚度10cm～15cm，壩頂寬度不宜小于3.0m。壩體填筑土料一般就地取材，主要為粘土、壤土、砂壤土，要求具有一定的抗?jié)B性和強(qiáng)度，其滲透系數(shù)不應(yīng)大于1×10-4cm/s。塘壩壩頂一般應(yīng)設(shè)置警示樁，對(duì)壩高大于3m的，可在靠近上游壩頂設(shè)置安全防護(hù)欄，防護(hù)欄高度應(yīng)大于1.1m。壩頂坡度應(yīng)向兩側(cè)傾斜，一般為2%～3%，有利于排除雨水。對(duì)壩頂設(shè)置攔墻不透水時(shí)，可向一方傾斜。

當(dāng)塘壩實(shí)際迎水坡坡比與推薦設(shè)計(jì)坡比相接近時(shí)，可采用護(hù)坡式塘壩斷面形式。均質(zhì)壤土土質(zhì)塘壩斷面設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值見(jiàn)表1[4]，采用粘土筑壩時(shí)坡比應(yīng)適當(dāng)變陡、采用砂壤土?xí)r可適當(dāng)變緩。

表1 護(hù)坡式塘壩斷面設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值

擋土墻式塘壩是指迎水面采用擋土墻形式，壩段其余部分仍采用土質(zhì)形式的塘壩。當(dāng)土質(zhì)塘壩迎水坡?lián)p毀嚴(yán)重，采用原推薦設(shè)計(jì)坡比整治不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可考慮采用擋土墻式塘壩斷面形式。擋土墻式塘壩斷面設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值見(jiàn)表2。

表2 擋土墻式塘壩斷面設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值

擋土墻一般由漿砌石和混凝土砌筑，砌石砂漿不宜低于M7.5，混凝土強(qiáng)度不低于C15。擋土墻型式宜為重力式，采用漿砌石時(shí)頂寬不宜小于0.5m，用混凝土?xí)r頂寬大于0.4m。墻后回填土采用分層填筑，并逐層碾壓或夯實(shí)，分層厚度0.3m以內(nèi)，靠近擋土墻處應(yīng)采用人工輕微夯實(shí)處理。擋土墻的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)主要包括合理分段，設(shè)置沉陷縫和溫度縫，并應(yīng)設(shè)置止水?；炷翐跬翂A(chǔ)為巖基時(shí)宜每10m～15m分段，混凝土擋土墻建在軟基上時(shí)宜每15m～20m分段。擋土墻采用漿砌石材料時(shí)，分段長(zhǎng)度不宜大于10m。

3.1.2 壩體除險(xiǎn)加固技術(shù)

塘壩壩體加固措施主要有砌石護(hù)坡、混凝土塊(板)護(hù)坡、壩體加寬培厚、下游排水疏通，對(duì)地形較復(fù)雜的較高塘壩，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。

當(dāng)塘壩岸坡有局部失穩(wěn)、崩塌狀況時(shí)，一般可采用削坡減載和生態(tài)護(hù)坡等措施進(jìn)行處理，必要時(shí)，可考慮漿砌石或混凝土塊(板)、混凝土擋土墻護(hù)岸處理[1]。壩體寬度不能滿足穩(wěn)定性時(shí)，需進(jìn)行加寬培厚。當(dāng)塘壩上游壩坡穩(wěn)定性差或下游地形條件不允許時(shí)，可對(duì)上游壩坡進(jìn)行培厚加固，培厚土體應(yīng)與壩體防滲處理相結(jié)合；當(dāng)塘壩下游壩坡穩(wěn)定性差或下游地形條件允許時(shí)，可選擇在塘壩下游壩坡進(jìn)行培厚加固，培厚土體應(yīng)采用透水性較好的材料。填筑的不同壩體材料之間應(yīng)滿足層間關(guān)系，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置合理的反濾層和過(guò)渡層。

當(dāng)下游壩坡排水失效時(shí)，下游壩面應(yīng)重新設(shè)置壩體排水設(shè)施。一般選擇貼坡排水，排水體厚度(含反濾厚度)不小于0.6m，排水體高度取(1/3～1/4)H壩高。下游壩面排水應(yīng)設(shè)置縱向排水溝和橫向截水溝，排水溝宜采用混凝土澆筑，斷面尺寸應(yīng)不小于0.25m×0.25m。

3.1.3 壩體防滲處理技術(shù)

為解決壩體滲漏問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際情況可采取黏土夯實(shí)防滲、鋪設(shè)混凝土板或結(jié)合防滲土工膜進(jìn)行防滲。當(dāng)壩址附近有充足的黏土?xí)r，可選擇在塘壩上游鋪設(shè)黏土斜墻防滲[1]。斜墻頂部高程應(yīng)在校核洪水位以上，斜墻斷面形狀上薄下厚，頂部厚度一般不應(yīng)小于0.8m，底部厚度不小于壩前水頭的1/4～1/6，并且不小于2.0m，斜墻黏土的滲透系數(shù)不大于10-5cm/s[3]。在黏土斜墻與岸坡或其他混凝土建筑物接頭處，宜將斜墻厚度加大以保證結(jié)合良好。斜墻與壩體之間應(yīng)設(shè)置反濾層，靠近斜墻下方用透水性小的細(xì)土，離斜墻愈遠(yuǎn)土料顆粒愈大，并用透水性強(qiáng)的土料做背水坡[4]。

壩體培厚回填的筑壩材料應(yīng)逐層進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)后的填筑料應(yīng)符合要求，且密實(shí)均勻，含水率宜在最優(yōu)含水率附近。對(duì)于承擔(dān)重要功能的塘壩，粘性土料壓實(shí)度在95%以上，砂礫土料的填筑干密度1.7g/cm3以上。對(duì)于一般塘壩，粘性土料壓實(shí)度應(yīng)不小于92%；砂礫土料的填筑干密度一般不小于1.6g/cm3。上游若單純采用混凝土板護(hù)坡時(shí)，采用C20混凝土，素混凝土板厚0.08m～0.10m，鋼筋混凝土板厚0.10m～0.15m，板的形狀為方形、矩形或正六邊形[1]。采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)砌時(shí)，需設(shè)置伸縮縫，一般采用瀝青砂漿填筑，縱縫間距一般為3m～5m，橫縫間距一般為4m～8m。上游若采用正六邊形預(yù)制混凝土板結(jié)合土工膜護(hù)坡時(shí)，預(yù)制板采用C20，厚度為8cm，邊長(zhǎng)300mm，拼接縫寬20mm，采用M10水泥砂漿勾平縫。預(yù)制混凝土板下鋪設(shè)一層厚度為5cm的干拌砂保護(hù)層，干拌砂下鋪設(shè)土工膜，土工膜下為5cm厚的過(guò)篩細(xì)土作為過(guò)渡層，細(xì)土下為塘壩壩體。鋪設(shè)土工膜根據(jù)實(shí)際優(yōu)先選擇兩布一膜型復(fù)合土工膜，膜料材質(zhì)為PE或PVC[1]，膜厚0.25mm～0.4mm，兩側(cè)無(wú)紡布各為200g/m2～300g/m2。土工膜與地基的連接必須安全可靠。上游護(hù)坡高度一般為護(hù)坡至校核洪水位，校核洪水位以上宜用草皮護(hù)坡，體現(xiàn)生態(tài)環(huán)境理念。下游護(hù)坡可采用草皮、混凝土板護(hù)坡等。根據(jù)實(shí)際情況，在壩體合適位置設(shè)置上、下游梯步，便于行走和取水方便。

3.2 溢洪道整治加固技術(shù)

塘壩溢洪道一般采用開敞式，其進(jìn)水口根據(jù)需要采用八字形或弧形，八字形進(jìn)口有對(duì)稱或基本對(duì)稱兩種，特點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單，弧形進(jìn)口特點(diǎn)是水流條件更好。溢洪道堰頂寬度可按寬頂堰公式計(jì)算：

Qm=ξmB(2g)1/2H3/2

式中：Qm——設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；

B——溢洪口寬度，m；

H——溢洪口堰上水深，m；

ξ——收縮系數(shù)，取0.9；

m——流量系數(shù)，取0.32～0.385；

g——重力加速度，取9.81m/s2；

n——糙率系數(shù)。

根據(jù)塘壩自身特點(diǎn)，溢洪口一般為高0.5m～1.5m(包括超高0.2m)，寬1m～3m，一般采取寬頂堰形式，堰長(zhǎng)一般為1m～3m，陡坡段長(zhǎng)度按地形布置，一般為5m～8m。消力池出口應(yīng)與原河溝連接，池長(zhǎng)取塘壩高的1～1.5倍，池深0.4m。溢洪道建筑材料優(yōu)先選用漿砌塊石，漿砌塊石襯砌厚度不小于30cm。在缺乏石材地區(qū)，可采用混凝土襯砌，混凝土襯砌厚度不小于20cm，混凝土標(biāo)號(hào)一般為C20～C25。溢洪道基礎(chǔ)為堅(jiān)硬巖體時(shí)，可不做襯砌保護(hù)。

3.3 壩下涵管整治加固技術(shù)

壩下涵管整治應(yīng)視具體情況決定，對(duì)工程結(jié)構(gòu)已遭破壞，影響正常功能發(fā)揮的壩下涵管應(yīng)拆除重建；對(duì)結(jié)構(gòu)未遭破壞或局部損毀不影響正常使用功能的壩下涵管，可局部維修加固。壩下涵管一般情況由進(jìn)口、管身及出口三段組成。在土地整治項(xiàng)目中，進(jìn)口段常見(jiàn)為分級(jí)臥管式進(jìn)水口。進(jìn)水孔布置在階梯上，上φ25下φ20，采用厚10cm的混凝土圓蓋蓋上，圓蓋呈上大下小的鍥形，并設(shè)鋼筋掛鉤，排水時(shí)便于提起。相連兩孔垂直距離一般可按0.3m左右、平行距離一般按0.35m左右設(shè)計(jì)。管身斷面形式可設(shè)計(jì)為圓形、矩形和城門洞型，一般采用預(yù)制鋼筋混凝土管或漿砌石結(jié)構(gòu)。出口段應(yīng)加強(qiáng)與下游溝渠充分連接，當(dāng)出口流速較大時(shí)，應(yīng)設(shè)消力池以減少流速，確保水流平順均勻流入下游。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)家、省各級(jí)層面高度重視農(nóng)田水利基本建設(shè)，尤其在我省土地整治項(xiàng)目中，每年投入近千萬(wàn)資金用于塘壩除險(xiǎn)整治。做好病險(xiǎn)塘壩整治加固，保證塘壩運(yùn)行安全可靠，改善農(nóng)田灌排條件，對(duì)提高糧食綜合生產(chǎn)能力，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

〔1〕鐘再群，李桂元.小型農(nóng)田水利工程建設(shè)規(guī)范化與生態(tài)化[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2014.

〔2〕TD/T1012-2016，土地整治項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

〔3〕鄭 勇，余 雷，王萱子.江西省塘壩除險(xiǎn)整治設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].水利建設(shè)與管理，2014(5)：24-26.

〔4〕國(guó)土資源部土地整理中心.土地整理工程設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)人事出版社，2005.