淺析PE管在壩體涵管中的應(yīng)用

彭群平

(江西省新余市分宜縣水土保持執(zhí)法監(jiān)督站，新余 336600)

1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)壩體涵管加固方式有壩體開挖修復(fù)或新建涵管, 原涵管內(nèi)襯PE管充填灌漿和頂管法重建涵管等幾種方案，各方案適用條件和優(yōu)劣見表1。

表1 各方案適用條件及優(yōu)劣勢(shì)

2 研究區(qū)概況

分宜縣屬低山丘陵區(qū)，水庫(kù)、山塘在地勢(shì)高的山坳處筑壩蓄水，小(2)型以上水庫(kù)108座，其中中型水庫(kù)3座，小(1)型水庫(kù)13座，小(2)型水庫(kù)92座。規(guī)劃內(nèi)1-10萬m3山塘722座。壩體高10m以下662座，10m-15m127座，15m-30m39座，30m以上2座。具體數(shù)據(jù)詳見表2。該縣水庫(kù)、山塘涵管出口與農(nóng)田大多有10多米高差，加上壩內(nèi)蓄水水頭，大多有20多米高差，利用自然水頭建設(shè)噴灌、滴灌等高效節(jié)水灌溉工程具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

表2 分宜縣水庫(kù)、山塘壩高統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表2 分宜縣水庫(kù)、山塘壩高統(tǒng)計(jì)表

該縣水庫(kù)山塘大多修建于20世紀(jì)60-70年代，以均質(zhì)土壩為主，屬邊勘察、邊設(shè)計(jì)、邊施工的典型“三邊”工程，限于當(dāng)時(shí)施工機(jī)械種類和數(shù)量少、材料奇缺的條件，涵管斷面尺寸只有0.2-0.3m，筑壩土料均在壩址附近選取，人力肩挑手提運(yùn)輸材料，人工打夯壓實(shí)土料，施工質(zhì)量沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。加上管理不善和維修不及時(shí)等原因，運(yùn)行一段時(shí)間后，壩體和涵管滲水或漏水普遍，防汛壓力很大，灌溉效益逐漸衰減，群眾要求除險(xiǎn)加固的呼聲很高。

3 存在的問題

1)壩體滲漏水較為普遍。限于當(dāng)時(shí)施工條件和水平，壩基清基不徹底，導(dǎo)致壩體外腳出現(xiàn)散浸或漏水；土料質(zhì)量不合格，碾壓不實(shí)，導(dǎo)致壩體滲漏或漏水，處理不及時(shí)的，甚至出現(xiàn)塌洞或管涌。

2)涵管堵塞、漏水占比很大。限于修建時(shí)材料緊張，材料多為條石、黏土磚和素混凝土砌筑，僅考慮灌溉需求，未考慮運(yùn)行管理需要，管徑定為0.2-0.3m，涵管發(fā)生堵塞、坍塌、變形、斷裂和空蝕，不能放水和管壁漏水現(xiàn)象普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，水庫(kù)山塘大壩涵管存在堵塞的占47%，完全失去或影響輸水能力；壩下涵管有滲漏的占27%。

3)溢洪道泄洪能力不足。溢洪道斷面過窄，泄流能力不足，未襯護(hù)，存在坍塌、滑坡等安全隱患。

文章僅對(duì)涵管改造方案進(jìn)行論述。

4 PE管應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

4.1 設(shè)計(jì)方案及施工要點(diǎn)

由前文可知涵管堵塞占比47%，出險(xiǎn)機(jī)率非常高，為減少沉降裂縫、施工裂縫和空蝕等出險(xiǎn)機(jī)率，增大混凝土強(qiáng)度至C25，增加應(yīng)力鋼筋，每9m設(shè)置1條沉降縫，設(shè)銅片止水和瀝青杉板填縫，涵管內(nèi)壁增設(shè)PE管內(nèi)襯，施工圖如圖1-圖4所示。

圖1 涵管橫剖面圖

圖2 涵管止水布置圖

圖3 涵管配筋圖

圖4 沉降縫詳圖

工程施工流程：澆筑C15混凝土墊層→布設(shè)PE管→架立鋼筋→設(shè)置止水銅片和瀝青杉板→支護(hù)模板→澆筑C25混凝土→養(yǎng)護(hù)

主要施工要點(diǎn)：①選用PE100級(jí)0.6MPa以上PE管，采用熱熔連接，全管連接完成后做閉水試驗(yàn)，確保氣密性。②嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比拌制混凝土，入倉(cāng)振搗密實(shí)，養(yǎng)護(hù)到位。③選用達(dá)標(biāo)的止水銅片，接口焊接符合規(guī)范要求，安裝位置準(zhǔn)確，瀝青杉板質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，安裝位置準(zhǔn)確，振搗密實(shí)。④涵管頂高程0.8m以下對(duì)稱回填土，小型機(jī)械打夯或壓實(shí)，壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2 技術(shù)對(duì)比

PE管作涵管內(nèi)襯，比PVC-U或其它材料作內(nèi)襯費(fèi)用要高一些，但性價(jià)比更高。主要優(yōu)勢(shì)如下：

1)安裝快捷，成型好。PE管密度0.94T/m3，比鋼材和混凝土輕便很多，易于搬運(yùn)，管長(zhǎng)可根據(jù)施工、運(yùn)輸條件確定。PE管采用熔融對(duì)接方式，接口圓形形態(tài)保持好，周邊澆筑混凝土后，不變形。

2)排水順暢，費(fèi)用省。PE管安裝好后，即可承擔(dān)施工臨時(shí)排水任務(wù)，保證施工區(qū)域干地施工。水庫(kù)死庫(kù)容較大，涵管進(jìn)水口高程較高，可延長(zhǎng)PE管至圍堰底高程附近，在出口位置將PE管延長(zhǎng)至高程低于圍堰底高程2m以上的位置，由于PE管及接口具有良好密封性能，利用虹吸現(xiàn)象排水，節(jié)省排水電費(fèi)。

3)伸縮自如，無分縫。PE管屬柔性管材，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)500%以上，在低壩中應(yīng)用，涵管均不超100m，無需設(shè)置分縫或伸縮節(jié)，整體性好，這樣與止水銅片形成雙層止水，大大降低了滲漏水機(jī)率，提高了涵管使用年限。

4)內(nèi)壁光滑，輸水多。PE管內(nèi)壁平滑，摩阻系數(shù)約0.008，約為鋼管的70%、混凝土管的55%。當(dāng)管徑、壓力等條件相同時(shí)，其過流能力比鋼管大30%左右、比混凝土管大50%左右[3]。

5)材料永固，壽命長(zhǎng)。PE管材是由乙烯合成的高分子材料，內(nèi)壁光滑，不結(jié)垢，可耐多種化學(xué)介質(zhì)侵蝕，無需防腐保護(hù)。它剛性、韌性兼具，承壓能力強(qiáng)，耐沖擊強(qiáng)度高，埋地使用壽命達(dá)50a。

6)靈活多變，解難題。當(dāng)前，國(guó)家大力推行農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉，管道輸水和高效節(jié)水工程，只需將涵管PE管與節(jié)水工程的PE管對(duì)接，即可輸水，施工方便簡(jiǎn)單，同時(shí)又利用了水庫(kù)、山塘的蓄水水頭，在下游農(nóng)田實(shí)現(xiàn)自流噴灌、滴灌，低成本實(shí)現(xiàn)了以前用水泵加壓水流才能實(shí)現(xiàn)的噴灌、滴灌效果。

有些水庫(kù)、山塘為灌溉高程不同田塊，設(shè)置了高程不同的兩套涵管，低涵管灌溉低田塊，高涵管灌溉高田塊。用PE管可優(yōu)化這種設(shè)計(jì)，保留低涵管，在涵管內(nèi)襯PE管出口處設(shè)一個(gè)三通，一根PE管引至高渠道首端，另一根PE管引至低渠道首端，兩根PE管進(jìn)口各設(shè)一個(gè)閘閥，控制閘閥開度即可靈活分配水量。這樣高涵管就無需改造，即減少了改造費(fèi)用，又降低了涵管出險(xiǎn)機(jī)率，增強(qiáng)了涵管輸水可靠性。

5 結(jié) 論

自本世紀(jì)大規(guī)模啟動(dòng)水庫(kù)、山塘除險(xiǎn)加固以來，該縣已實(shí)施200多座水庫(kù)、山塘除險(xiǎn)加固工程，至今已運(yùn)行十多年，目前未發(fā)現(xiàn)PE管內(nèi)襯損壞，涵管滲漏水現(xiàn)象，加固效果非常理想。在操場(chǎng)鄉(xiāng)牛泥塘村大坑里山塘實(shí)施的雙涵管改單涵管，PE管分別輸水至高低渠道工程中，至今已運(yùn)行5a多，操作簡(jiǎn)便，輸水分水效果很好，經(jīng)回訪，村民非常認(rèn)同。在鈐山鎮(zhèn)金雞鋪村實(shí)施利用山塘自然水頭的噴灌工程中，為種植大戶節(jié)省了許多電費(fèi)，降低了成本，增強(qiáng)了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

PE管作內(nèi)襯澆筑鋼筋混凝土進(jìn)行涵管改造，技術(shù)簡(jiǎn)單，可靠性好，形式靈活多樣，改造費(fèi)用適中，在15m以下壩體中得到大量應(yīng)用。實(shí)踐證明，大大降低了壩體涵管滲漏水的機(jī)率，提高了涵管輸水可靠性，在低壩水庫(kù)、山塘除險(xiǎn)加固中值得推廣。