山塘綜合整治工程技術(shù)措施應(yīng)用分析

徐繼輝

(龔坊鎮(zhèn)水務(wù)站，江西 撫州 344307)

江西省撫州市樂安縣龔坊鎮(zhèn)水資源相對(duì)較豐富，能夠滿足周邊地區(qū)的水資源供應(yīng)。浯塘村甲山山塘由于長期沒有進(jìn)行維護(hù)，缺少經(jīng)費(fèi)支持，多年沒有進(jìn)行過加固處理，存在諸多安全隱患。例如山塘現(xiàn)在仍無水位檢測、其他檢測設(shè)備以及管理房；水庫在日常運(yùn)行過程中有明顯滲漏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響大壩的安全。從目前浯塘村甲山山塘的效益來看，灌溉面積超過20 hm2，但是由于長期沒有進(jìn)行維護(hù)加固，溢洪道斷面偏小，末端無消能防沖設(shè)施，洪水不能安全下泄，屬于高風(fēng)險(xiǎn)山塘。基于以上因素，迫切地需要對(duì)山塘進(jìn)行綜合整治[1]。

1 浯塘村甲山山塘現(xiàn)狀和主要問題

1.1 基本現(xiàn)狀

浯塘村甲山山塘位于樂安縣龔坊鎮(zhèn)，是一座以灌溉為主的山塘，總?cè)莘e3.8萬m3，灌溉面積約20 hm2，同時(shí)還起到保護(hù)下游人口的作用。現(xiàn)狀山塘工程樞紐主要包括1座大壩、1條輸水涵管和1座溢洪道。壩面、壩腳無排水設(shè)施；溢洪道斷面偏小，淤塞嚴(yán)重。設(shè)計(jì)現(xiàn)狀特征值如表1所示。

1.2 存在的問題

由于該山塘工程長期沒有維護(hù)和整修，所以存在諸多問題。例如壩頂寬度較窄，上、下游壩坡較陡，并且均未進(jìn)行過護(hù)坡處理，壩腳無相應(yīng)的排水設(shè)施；斜臥管、平管裸露，斜臥管沖毀，平管混凝土出現(xiàn)明顯的老化和開裂；溢洪道斷面偏小，無法滿足泄洪需求；大壩無水位水情觀測及安全監(jiān)測設(shè)施。

表1 甲山山塘現(xiàn)狀特征

從安全評(píng)價(jià)和運(yùn)行的角度來講，甲山山塘存在多方面問題，山塘工程不能按照原有設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行，綜合評(píng)價(jià)為病險(xiǎn)山塘，具體問題如表2所示。

表2 甲山山塘安全問題

基于表2分析，鑒于甲山山塘功能以灌溉為主，兼具防洪和養(yǎng)殖，山塘工程從建成以來對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要作用，但由于后期缺乏科學(xué)的養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致目前存在諸多安全隱患，所以迫切需要對(duì)甲山山塘進(jìn)行加固除險(xiǎn)。

2 甲山山塘綜合整治施工措施

2.1 塘壩庫容及其附屬建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合甲山山塘的現(xiàn)狀，需要對(duì)壩體、溢洪道、涵管等方面進(jìn)行綜合整治。

目前甲山山塘的總?cè)莘e為3.8萬m3，但是考慮到時(shí)間的推移，正常容積為3.4萬m3，死容積為0.35萬m3。除險(xiǎn)整治的洪水標(biāo)準(zhǔn)必須結(jié)合周圍地形地貌來確定，具體如表3所示。

表3 甲山山塘建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)

按照表3的洪水標(biāo)準(zhǔn)，如果山區(qū)、丘陵區(qū)的擋水高度<15.0 m，上、下游水頭差<10.0 m時(shí)，其防洪標(biāo)準(zhǔn)可按平原區(qū)的確定；當(dāng)平原區(qū)擋水高度>15.0 m，上、下游水頭差>10.0 m時(shí)，其防洪標(biāo)準(zhǔn)可按山區(qū)、丘陵區(qū)的確定。高風(fēng)險(xiǎn)山塘的洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按上限值取用。根據(jù)山塘工程等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)核本山塘工程等別為Ⅵ，大壩、溢洪道和輸水涵管等主要建筑物級(jí)別為6級(jí)[2-4]。

2.2 山塘壩體整治方案

(1)壩體的整治首先需要確定高程和水位。按現(xiàn)狀壩頂設(shè)計(jì)高程降低≥0.6 m確定校核洪水位，按校核洪水位降低≥0.2 m確定設(shè)計(jì)洪水位，按設(shè)計(jì)洪水位降低≥0.2 m確定正常蓄水位，按涵管最低出水位確定死水位。甲山山塘風(fēng)區(qū)吹程為92.0 m，多年平均最大風(fēng)速為15 m/s，上游壩坡設(shè)計(jì)坡比為1∶3.0，根據(jù)《江西省塘壩除險(xiǎn)整治技術(shù)指南》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定洪水位。設(shè)計(jì)洪水位=塘壩壩頂高程-0.5R5%，校核洪水位=塘壩壩頂高程-0.3R5%，塘壩壩頂高程為88.86 m，R5%為0.27 m。

經(jīng)計(jì)算可以確定塘壩的校核洪水位為88.29 m(按現(xiàn)狀壩頂設(shè)計(jì)高程降低≥0.6 m確定校核洪水位)，設(shè)計(jì)洪水位為88.09 m(按校核洪水位降低≥0.2 m確定設(shè)計(jì)洪水位)。

(2)壩頂寬度確定。本設(shè)計(jì)將山塘壩頂寬度統(tǒng)一修整到3.0 m，同時(shí)確保壩面整平。壩頂?shù)缆窓M向坡度為2%，向下游傾斜。

(3)上、下游壩坡。本山塘邊坡為壤土，最大壩高為4.86 m，具體參照表4，確定本次整治設(shè)計(jì)大壩的上游坡坡比為1∶2.00，下游坡坡比為1∶1.75。

表4 山塘壩坡相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求

(4)防滲護(hù)坡設(shè)計(jì)。甲山山塘為均質(zhì)壩，經(jīng)過多年的運(yùn)行加上長期未進(jìn)行維護(hù)，已經(jīng)出現(xiàn)明顯的滲漏現(xiàn)象，所以綜合考量后確定使用C15混凝土預(yù)制塊對(duì)大壩進(jìn)行護(hù)坡加固處理，以此來提高防滲效果。

確定的大壩設(shè)計(jì)洪水位為88.09 m，大壩上游坡采用10 cm厚的C15混凝土預(yù)制塊護(hù)坡；下游坡采用草皮護(hù)坡。

(5)排水設(shè)計(jì)。為了確保大壩的安全運(yùn)行，須在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加排水溝，結(jié)合對(duì)壩頂?shù)母脑煸O(shè)計(jì)，在塘壩下游壩坡與岸坡連接處增設(shè)壩面縱向排水溝及壩腳排水溝，采用磚砌抹面結(jié)構(gòu), 尺寸為25 cm×25 cm。

2.3 溢洪道整治設(shè)計(jì)方案

甲山山塘所在區(qū)域?yàn)镮V區(qū)，山塘的集雨面積為0.06 km2，洪水頻率為2%，結(jié)合《江西省塘壩除險(xiǎn)整治技術(shù)指南》相關(guān)規(guī)定可以計(jì)算出洪峰流量Qm為10.58 m3/s，洪水總量Wi=60 000 m3。

由于本塘壩溢洪道堰頂高程為87.89 m，初步確定溢洪道堰頂高程為87.89 m，塘壩容積的計(jì)算如式(1)：

V滯=θBHL

(1)

式中：V滯為塘壩容積，m3;θ為系數(shù)，取0.4；B為山塘大壩在滿庫之前水面高度，通過歷史測量數(shù)據(jù)，確定為63 m；H為溢洪道堰頂至壩頂水深，通過歷史測量數(shù)據(jù)，確定為1.27 m；L為滿庫時(shí)水面長度，經(jīng)測量為153 m。經(jīng)計(jì)算V滯=4.8萬m3。

本次設(shè)計(jì)溢洪道寬度為2.0 m，經(jīng)計(jì)算，加固后溢洪道寬度滿足泄洪要求。

根據(jù)《江西省塘壩除險(xiǎn)整治指南》標(biāo)準(zhǔn)，溢洪道的寬度能夠滿足大壩泄洪的要求，同時(shí)還需要對(duì)溢洪道底板及邊墻進(jìn)行襯砌加固處理。溢洪道新建邊墻及底板襯砌(樁號(hào)Y0-005～Y0+018段)，底板高程為87.39～87.79 m，長18.0 m，寬2.0 m，底板厚0.2 m；兩側(cè)邊墻高1.0 m，墻頂寬0.5m,下設(shè)0.1 m厚C15混凝土墊層；其后按底寬1.0 m，兩側(cè)邊坡坡比1∶0.75開挖，與下游渠道銜接。

2.4 灌溉涵管整治設(shè)計(jì)方案

2.4.1 平涵結(jié)構(gòu)

底涵進(jìn)口段位于涵管最前端，長度設(shè)置為1.0 m，底寬為1.4 m，兩側(cè)邊墻為C20混凝土結(jié)構(gòu)。新建涵管為C25鋼筋混凝土方型結(jié)構(gòu)，位于原壩下涵管處，內(nèi)部埋設(shè)直徑0.3 m波紋管，外包0.2 m厚C25混凝土。涵管底部設(shè)置C15混凝土墊層，厚度為0.1 m。涵管全長26.0 m，每隔10 m分縫，采用瀝青杉板填縫，接頭設(shè)C25混凝土截水環(huán)，并以1.0 mm止水銅片止水。涵管進(jìn)口底板高程為84.50 m，出口底板高程為 84.37 m，坡比i=0.5%。涵管出口設(shè)消力池長2.0 m，深0.3 m，底寬1.6 m；消力池出口以C20混凝土進(jìn)行渠道襯砌與原灌溉渠連通。

新建成的涵管上游壩體和壩軸線均用黏土進(jìn)行回填施工，下游的壩體使用原壩體開挖出的土回填，做好夯實(shí)處理。回填土要求分層壓實(shí)，厚度≤30 cm，壓實(shí)度≥0.96。

回填黏土料的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：

(1)滲透系數(shù)K≤1.0×10-5cm/s。

(2)設(shè)計(jì)干密度rd>1.61 g/cm3。

(3)壓實(shí)度≥0.96。

2.4.2 斜涵結(jié)構(gòu)

考慮到農(nóng)田灌溉用水取用表層水有利于農(nóng)作物的生長，本次設(shè)計(jì)在上游壩坡重建取水斜涵。

重建取水斜涵位于山體上，斜涵坡比1∶3.0，內(nèi)徑φ0.2 m，壁厚0.20 m，C25混凝土結(jié)構(gòu)，底部設(shè)置0.1 m厚C15混凝土墊層。斜涵頂部高程88.80 m，分層布設(shè)6個(gè)內(nèi)徑10 cm的取水口，各層取水口間高差0.5 m，取水口采用水泥塞，孔口設(shè)置橡皮止水。

斜涵末端為消力井，井深0.4 m，壁厚0.3 m，底板高程為84.10 m。消力井結(jié)構(gòu)尺寸為：1 m×1 m×1 m。消力井前端為進(jìn)水口，高程為84.35 m。消力井前設(shè)鑄鐵閘門，閘門孔口尺寸為：0.3 m×0.3 m。

2.5 具體整治施工要點(diǎn)

2.5.1 壩體施工要點(diǎn)

壩體整治施工前需進(jìn)行土方開挖，先使用推土機(jī)將大壩表層的土體清除干凈，按照設(shè)計(jì)斷面合理控制高程邊坡，同時(shí)將壩體表面淤泥清除。下游坡壩身土方削坡采用人工配合反鏟進(jìn)行，削坡較薄層壩段由人工完成，較厚層壩段由反鏟分層開挖，人工修整。部分削坡料于附近堆放，作后期利用料，用于壩體填筑、圍堰填筑、其余削坡料由自卸汽車運(yùn)于棄渣場。

土方開挖完成后，需要按照要求進(jìn)行填筑施工，填筑施工要求每層厚度在25～35 cm之間，使用輪胎碾順壩軸線碾壓，邊角采用打夯機(jī)夯壓。在鋪上層土料時(shí)，下層土料表面應(yīng)進(jìn)行刨毛處理，并灑水濕潤，待下層檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行上層填筑。填筑面接縫與原壩面結(jié)合處亦須進(jìn)行刨毛處理。黏土斜墻填筑前應(yīng)清理壩面，再填筑黏土，分層碾壓，黏土填筑碾壓密實(shí)度≥0.96，滲透系數(shù)≤1×10-5cm/s。下游壩坡可采用風(fēng)化料整坡，風(fēng)化料碾壓相對(duì)密度≥0.7。

護(hù)坡施工之前要先將壩坡平整干凈，在上游坡腳砌筑漿砌石護(hù)腳，再鋪設(shè)墊層，然后進(jìn)行干砌塊石護(hù)坡施工放樣，鋪設(shè)墊層。砌筑自下而上進(jìn)行，預(yù)制塊之間接縫密實(shí)，穩(wěn)定牢固。下游坡采用草皮護(hù)坡[5]。

2.5.2 溢洪道施工要點(diǎn)

根據(jù)測量放樣成果，定出溢洪道軸線和邊線位置，根據(jù)現(xiàn)場開挖難度采用挖掘機(jī)開挖或人工開挖底板與邊墻，然后進(jìn)行硿邊墻的施工澆筑，底板反濾溝開挖與反濾料回填，最后施工混凝土底板。

2.5.3 涵管施工

施工前先采用挖土機(jī)開挖土方，然后進(jìn)行混凝土澆筑和土石方圍堰填筑，圍堰采用黏土、袋裝土石加固，施工時(shí)先按設(shè)計(jì)要求鋪砌袋裝土石，然后在中間填筑黏土。袋裝土石鋪筑時(shí)，應(yīng)緊密、壓實(shí)，不得有空洞和架空現(xiàn)象；黏土填筑時(shí)，采用雙膠輪車運(yùn)土，厚度控制在30 cm以內(nèi)，須確保平整夯實(shí)。

3 結(jié) 論

本文以浯塘村甲山山塘為對(duì)象，對(duì)其目前運(yùn)行過程中存在的問題和風(fēng)險(xiǎn)做了具體分析，結(jié)合具體問題從壩體、溢洪道、涵管整治等方面入手對(duì)山塘綜合整治技術(shù)做了重點(diǎn)分析，可為類似工程提供一定的參考。