“逆止閥”在山區小型水塘修建工程中的應用

秦紅軍

（河南省山水水利工程有限公司）

1 工程概況

汝陽縣十八盤鄉干里村水塘始建于20世紀50年代，由于年久失修，加之汛期上游沖積物淤積，水塘蓄水量變小，不能有效地發揮灌溉效用。

根據2016 年汝陽縣農田水利設施建設項目建設內容：主要對該水塘進行開挖擴建，對上游溝道疏通，并修建沉砂池，配套備水泵1臺，鋪設灌溉管網約2 km。

水塘擴建主要包括開挖、鋪設復合土工膜、混凝土護底護坡襯砌，設置坡面排水孔等。根據設計方案，擴建后水塘呈不規則的多邊形，底面積約700 m2，塘深為6.50 m，邊坡坡比1∶1.50。塘底及邊坡均采用C2O 混凝土襯砌，襯砌厚度20 cm（坡角齒墻厚度為50 cm），縱向每隔5 m設置一道寬2 cm的伸縮縫，縫內填聚乙烯塑料板；其下全斷面鋪設復合土工膜（兩布400 g/m，一膜0.50 mm）；從護坡距齒墻頂高0.80 m處至護坡頂部橫向共設置3排Φ90 mmmPVC排水管，縱向間隔2 m。

根據項目設計方案及要求，該水塘修建后主要功能為在汛期或雨季攔蓄上游坡面徑流形成的洪水，發揮農業灌溉作用。

施工過程中根據當地村民的要求，為了使該水塘在汛期滿足攔蓄洪水功能的同時，又能接受地下水補給、有效的儲蓄地下水；施工單位經設計單位同意，經綜合多方面因素考慮將排水孔設置變更成了壓差放大式水工逆止閥方案，既達到了調洪、蓄水的目的，又降低了施工降水難度，保證了工程順利的進展。

項目于2016年10月開工，2017年5月完工。

2 增加逆止閥變更的緣由

2016年10月，施工單位根據合同要求進場后，按原施工組織設計進行了施工準備工作。

在現場調查過程中發現，該水塘因年久失修，淤積嚴重，下游壩體局部有漏水現象；但水塘內四季有水，據村民反應塘水主要接受上游山體泉水及地下水補給，在旱季塘底仍有泉水涌水現象。

根據場區水文地質資料并結合現場調查情況分析：該塘區位于汝陽縣南部，屬外方山深低山區；地層主要為元古界震旦系下統馬家河組棕紅色石英斑巖，表層強風化；上覆第四系洪積物，巖性主要為碎石土；均屬弱-中等透水性。場區地下水類型主要為基巖裂隙水，地下水位隨季兇性變化較大；根據調查分析，豐水期地下水位高于設計水塘底約2 m，枯水期地下水位位于設計塘底高程附近。

鑒于上述情況分析：①水塘四周地層多為風化的基巖或松散的沖洪積物，塘底及邊坡為強風化的基巖或碎石洪積物，屬弱-中等透水性；如按原設計方案，當塘內水位高于排水孔高程時，塘水易通過排水孔向塘外滲漏，不能保證塘內蓄水量。②由于土工膜、襯砌面板的隔水作用，塘外排水孔高程以下的地下水無法向塘內補給，無法有效地儲蓄地下水。③如果按原設計方案，在施工期及待運行期，當塘外地下水位高于混凝土護底頂托破壞臨界高程時，須進行持續的降排水工作，否則易產生地下水對護底的頂托破壞。

因此，為滿足當地村民的要求，使水塘在攔儲汛期洪水的同時，有效地儲蓄地下水，達到水資源綜合利用的目的；保證塘內蓄水不外漏，確保水塘施工過程中的質量安全，減少施工降水難度；經與設計單位溝通，并結合類似工程案例，擬變更設置排水孔為逆止閥方案。

3 逆止閥方案設計

3.1 壓差放大式水工逆止閥結構及特點

逆止閥結構：由上過濾層、止水裝置、壓力放大器和下過濾層組成。

逆止閥工作原理：采用彈性膜片和上下空腔制成的壓力放大器，對作用于彈性膜上的水壓力進行放大；在水壓力作用下彈性膜可產生自由變形，當彈性膜向一側變形時，帶有導向的止水裝置向下移動，關閉出水口，實現止水；當彈性膜向另一側變形時，帶有導向的止水裝置向上移動，打開出水口，實現排水；對本工程而言，塘內水位高時，止水裝置向下移動，關閉出水口，實現止水，塘外地下水位高時，止水裝置向上移動，打開出水口，實現向塘內排水（示意圖見圖1）。

圖1 壓差放大式逆止閥結構示意圖

該類型閥結構具有高靈敏性（止水水頭＜1.50 cm，開啟水頭＜0.50 cm），水下運行壽命長（達30-50 a），可防止泥砂淤積，便于維修等特點。

3.2 逆止閥設置方案設計

根據邊坡排水設計相關規定，對巖質邊坡，其泄水孔宜優先設置于裂隙發育、滲水嚴重的部位。本工程邊坡大部邊屬巖質邊坡，裂隙較發育，局部為松散坡洪積物；綜合場區地下水水位變化實際情況和巖土體結構特征、透水性等考慮，在原排水設計計算成果基礎上，逆止閥的設置具體如下：①逆止閥公稱外徑采用Φ110 mm，外傾坡度不宜＜5%，確保排水暢通；在逆止閥進水側設置反濾包，尺寸500 mm×500 mm×500 mm，外部用土工布包裹。②根據設計計算成果，在護坡上橫向共設置3排逆止閥，縱向間距為3 m。

考慮到水塘底板以下地下水對C20 混凝土護底的頂托作用，先進行護底混凝土蓋重和蓋板下地下水揚壓力平衡計算。

底板蓋重按下式計算：

式中：G-底板蓋重；ρ混-混凝土的容重，根據經驗取2 500 kg/m3；h-混凝土底板的厚度，按設計厚度取0.20 m；g-取10 N/kg。

經式（1）計算得混凝土護底蓋重：G=5 kPa。

根據地下水揚壓力計算公式P=ρ水×g×H，混凝土護底蓋重大小相當于0.50 m的地下水頭揚壓力；即為使混凝土護底不被地下水頂托破壞，最低一排逆止閥的設置高度不得高于底板底面以上0.50 m（護底頂面以上0.30 m）。鑒于上述原因，并考慮施工過程因素，最低一排逆止閥擬設置位置為護底頂面以上0.20 m。

上部2 排逆止閥分別設置在距護底頂面以上2.70 m 和5.20 m處（具體示意圖見圖2）。

圖2 水塘襯砌結構示意圖

4 實施效果

根據新的變更方案，施工單位重新編制了水塘施工方案和降排水專項方案。施工過程中：①先采用污水泵將水塘內積水疏干；②隨著施工開挖高程采用積水坑、排水溝等降排水措施，開挖至設計塘底高程時采用水泵在設置的3個積水井內降水，把地下水位有效降至塘底高程以下50 cm，保證干地施工；③塘底混凝土（含下部1 m 護坡混凝土）襯砌完成后，封堵積水井，塘外地下水通過逆止閥自流排向塘內，施工期間塘內水深約30 cm；④待塘底混凝土達到一定強度后進行上部護坡混凝土施工。

施工過程中使用3臺污水泵，3個積水井，抽水時間共計7天；比原方案計劃的抽水時間縮短10 天；使得本項目順利按期完工。

2017 年5 月建成后，隨著雨季地下水位的上升，周邊地下水通過逆止閥通暢地排入塘內，使塘水位逐步上升；至2017年8月份，經過攔儲汛期洪水，塘內水位已蓄至設計高程；塘外沒有發現滲漏現象。

5 結語

本工程通過對逆止閥的有效應用，在滿足攔蓄汛期洪水功能的基礎上，解決了干里水塘儲蓄地下水、塘水不外漏的問題；同時降低了施工降水難度、節約了施工成本，確保了工程保質保量按期完成。為類似的山區小型儲水工程的設計和施工提供了經驗借鑒。