淺談小型水庫土石壩除險加固設計要點

陶潺平 徐倩倩

【摘要】從浙江現存的小型水庫土石壩的特點出發，結合浙江地區的具體實際和相關的成功經驗來對小型水庫土石壩的除險加固給出合理化的建議。

【關鍵詞】小型水庫；土石壩；除險加固設計

一、設計方案的規劃

浙江地區的小型水庫攔水建筑物以土石壩居多，因為規模較小，并且年代久遠，相關的建設資料和數據缺少，因此不能像大壩那樣，直接利用已有的數據信息進行除險加固的方案設計。所以對小型水庫土石壩的除險加固，可以通過現場踏勘及了解原有壩體的構造、壩基地質狀況的前提下，制定具體的除險加固方案。同時加固措施的選擇和設計要依據資金投入的力度和各個地區不同的情況來確定。最后的方案，既要節省資金又要保證方案的科學合理，確保其可行性。

二、除險加固設計要點

1.壩體和壩基的加固防滲設計

壩體和壩基的加固防滲設計在方案設計階段應根據實際情況具體確定，根據筆者實踐，在考慮經濟的情況下壩體防滲主要考慮套井回填、粘土斜墻、土工膜防滲。壩基防滲主要考慮帷幕灌漿或者開挖回填粘土。

當原有壩體防滲采用粘土心墻防滲且滲漏不滿足規范要求，則在進行防滲加固設計時，可考慮采用套井回填進行防滲加固設計，但不宜采用粘土斜墻防滲，以防在水位降落時，在斜墻和心墻間形成“水包”對上游壩坡穩定造成不利影響，若在該情況下一定要采用粘土斜墻進行壩體防滲，應充分認識“水包”對上游壩坡的不利影響，以確保壩坡安全。當原有壩體防滲采用粘土斜墻時則可采用粘土斜墻防滲，該方法施工簡單，施工質量容易保證。當原有壩體為均質壩時，則在考慮壩體成孔情況下，可分別采用套井回填或者粘土斜墻進行防滲加固設計。當項目區附近粘土料匱乏且壩體防滲為粘土斜墻或者均質壩時，則可考慮采用土工膜防滲，但是在采用該方法時，應加強施工管理，確保施工質量。

當壩基透水層為土料且厚度較薄時可考慮挖除原有土料后回填粘土進行防滲，當壩基透水層為巖基時則考慮采用帷幕灌漿。

在壩體和壩基的加固防滲處理時，應使壩體和壩基的防滲體形成統一體，徹底截斷滲漏通道，使水庫滿足蓄水功能。

2.排水體設計

秉承上截下排的原則，應做好排水體的設計工作，目前排水體類型主要存在貼坡式排水、棱體排水、褥墊式排水、管式排水等，在小型水庫土石除險加固設計中應用較多的是貼坡式排水和棱體排水，排水體具體應用條件筆者不再詳細介紹，讀者可翻閱相關文獻查詢，筆者只對棱體排水體的應用材料進行討論。翻閱相關文獻查詢發現對排水棱體的材料幾乎都采用塊石砌筑，但是在筆者具體實踐中發現，項目區往往存在石料短缺的情況，且外購成本高，對工程建設帶來很大的麻煩，但是筆者又發現，往往在工程開工建設后，在土石方開挖過程中會形成石渣，通過具體實踐發現，當對排水體做好反濾的前提下，用石渣替代塊石后，再在石渣外表鋪筑一層方塊石，形成的“石渣排水棱體”不僅能滿足排水的功效還能大大降低工程造價，且不影響美觀，是一種不錯的替代排水體。

3.壩坡設計

壩體上下游壩坡應結合地質資料并通過STAB、AUTOBANK、理正巖土等軟件進行滲流分析和壩坡穩定計算，最終確定上下游壩坡坡度。壩體上游坡的護坡一般采用混凝土預制塊護坡或者干砌塊石護坡，其中混凝土預制塊護坡在水庫運行較長時間后，預制塊會出現發黑的情況，影響美觀，筆者建議在經濟可行的情況下可采用干砌塊石護坡。

4.溢洪道設計

由于現存的小型水庫土石壩在歷史上很多是村民自行修建，未進行水文分析及水力計算，導致溢洪道存在泄洪能力不足問題。因此，在除險加固設計中，溢洪道的設計應引起足夠的重視。在復核現有正槽溢洪道過流能力時，碰到過流能力不足，且無法擴大正槽溢洪道寬度時，則可考慮布置側槽溢洪道。

由于小型水庫土石壩多位于偏遠的山區，交通不便利，不便于人員及時直接進入到現場進行管控。因此，小型水庫土石壩的溢洪道應該保持通暢，進口不應設置閘門；溢洪道要建造在穩定的地段上，具體要根據地形、地質進行合理規劃；溢洪道應該盡量采取直線型軸線，如果由于地形的原因需要轉彎，應該采取內轉。

5.放水設施設計

小型水庫土石壩的放水設施很多采用壩下埋管，由于運行時間長，存在不同程度的管道漏水、管道與壩體接觸漏水，且管道往往未座落于基巖上，對土石壩的運行造成極大的安全隱患，因此在除險加固設計中，尋找新的放水設施替代方案顯得尤為重要。

小型水庫土石壩在壩高不高的情況下，可以采用虹吸管式的放水設施，虹吸管的允許真空度一般限制在6-8m水柱以內，在此范圍內虹吸管均能夠安全運行。虹吸管建設完畢后應對原有的放水涵管進行封堵。

當壩高較高，虹吸管不滿足布設要求時可采用放水隧洞進行放水，該法投資較高。

三、土石方平衡分析及軟件應用

土石壩除險加固設計中，不可避免的涉及到土石方的開挖和土石方的回填，過大的土方開挖，不僅會增加造價，還會造成環境的不利影響，比如水土流失、棄土占地等問題，土石方開挖量的不足，又會造成土石壩填筑料的不足，則需考慮外運，也不可避免的增加投資。因此理想的結果是土石方開挖和回填做到平衡，因此在方案設計階段，設計人員就應做好土石方平衡的概念設計，而為了快速高效的進行方案設計，則需借助輔助軟件（否則將會費時費力，且達不到好的效果），筆者在這里向讀者推薦AUTOCAD CIVIL 3D軟件，該軟件可以較好的解決土石方平衡分析問題，感興趣的讀者可以嘗試。

結語：

雖然小型水庫土石壩對所在地的農田灌溉、防洪防旱、水產養殖起到的重要作用。但是我們也應正視小型水庫土石壩在歷史上較多的由村民自行修筑，或者是邊設計、邊施工、邊調整的工程，導致現存的小型水庫土石壩存在很多先天不足。因此在新時期的小型水庫除險加固中，我們要考慮周到全面，尤其設計方更應高度重視，抓住問題重點，將問題消滅于源頭。