山塘除險加固設計探討

陳永昌,徐善平,陳起紅

(1.余姚市蘭江街道辦事處,浙江 余姚 315400;2.余姚市陸埠鎮人民政府,浙江 余姚 315400;3.余姚市江河水利建筑設計有限公司,浙江 余姚 315400)

1 山塘存在的問題

本文所指山塘是在山區、丘陵和平原地區建有擋水、泄水建筑物,正常蓄水位高于下游地面高程的蓄水工程,其庫容為10萬m3以下。目前除險加固工作正在大范圍開展。通過調查、分析、計算,主要存在以下問題:

1.1 防洪標準低

由于山塘一般由當地人民群眾自發而建,溢洪道寬度普遍較窄,溢流深度較淺,防洪標準普遍在5～50 a一遇。臺風或暴雨期間,常有山塘壩頂溢流情況發生。

1.2 結構不安全

山塘壩型復雜,主要有土石壩、重力壩、拱壩等。一般問題嚴重的是土石壩,相當多的土石壩存在壩坡較陡,漏水,溢洪道消能措施不完善,啟閉機開啟不靈,銹蝕嚴重,在涵管位置經常有塌孔現象發生的問題。

1.3 管理不到位

山塘由村民管理,缺少技術人員。相當多的山塘沒有上壩道路和管理房,缺少定期巡查制度等。

2 有關設計問題的探討

(1)首先要解決防洪問題。防洪標準可按V等工程,10～20 a一遇設計,50～200 a一遇校核。產流采用暴雨圖集,匯流采用浙江省推理公式計算,調洪演算用高切林公式。

(2)大壩防滲問題。在設計中遵循上堵、中截、下排的原則。一般采用套井加灌漿方案效果較好。很多采用土工膜防滲,筆者認為小型均質或類均質土壩,壩身具有良好的防滲性能,如黏土防滲比降允許值在3～6。一般山塘壩高較低,自身均能滿足,不需在上游另設土工膜防滲。從以前山塘、水庫加固施工情況看,一般壩體填筑質量尚可,主要是壩體與壩基接觸帶、兩壩肩滲漏普遍存在。所以采用黏土斜墻或土工膜防滲不太可靠,主要是兩側封閉較難處理,對滲漏量小壩體設計不應過度。滲流控制主要以防滲為主,后發展為防滲與排滲相結合,目前明確反濾層保護滲流出口是滲流控制的關鍵措施。滲漏量不大不會對壩體安全產生影響,通過合理反濾設計,裂縫有自愈可能。例:山塘壩頂寬3 m,邊坡1∶2,假設壩內有孔洞,直徑為1,2,5,10 cm,作用水頭6 m,計算情況見表1。

表1 不同洞徑流速流量表

從表1看出,當孔洞小于2 cm時,其流速、流量很小。由于山塘本身庫容小,相應壩高也低,容易出問題的是壩體與壩基接觸帶,土體與剛性建筑物接觸部位及壩體變形引起裂縫后的接觸沖刷,這些部位容易出問題,故設計要到位。

(3)大壩結構問題。一般采用經驗值,上下游一般采用緩于1∶2,個別條件限制可放寬至1∶1.75。對于壩高10 m以上的,建議進行滑動穩定分析。上游坡一般設為干砌塊石或混凝土預制塊護坡,下設砂卵石或碎石墊層,下游坡適當草皮綠化,以美化環境。加固設計原則上不對原壩體結構進行大的改變,如原心墻壩的設計仍為心墻壩,斜墻壩仍為斜墻壩,均質壩可改為心墻或斜墻壩。

(4)溢洪道問題。主要是消能防沖,要加以重視。筆者在 “麥莎”臺風后對山塘受損情況進行調查分析,由于很多山塘溢洪道尾處與壩體下游很近,未設消能設施,溢洪道下游先沖刷而使大壩下游坍塌,引起壩體失事,故設計時一定要把洪水引出壩外,確保大壩安全,洪水超標準時溢洪道可修復。如有的山塘受地形限制,改為溢流土石壩,綜合變形、滲流、溫度、止水細部結構、消能、振動等因素進行設計,確保壩體安全。原則上溢洪道設在岸坡,盡量減少對壩體的影響。

(5)輸水涵管問題。由于《浙江省山塘綜合整治技術導則》:要取消壩內涵管。主要考慮土體與涵管變形,土體與涵管的接觸沖刷。很多已改為倒虹吸管,但在實際運行時,由于放水間隔時間長,導致真空破壞,放水中斷,給運行帶來很大不便。故壩高5～6 m的可設置混凝土涵管,控制好變形做好涵管防滲設計,周邊填土密實,加1～2道筋環,以確保安全。壩高7～10m可采用倒虹吸;壩高12 m以上的可根據實際情況采用涵管、倒虹吸或新開隧洞等。涵管設計是下游段不設截滲環,遵循上堵中截下排的原則,在壩軸線下沿外壁鋪設濾層,直通下游,以防沿壁接觸沖刷。

(6)山塘地質勘探問題。選擇性開展山塘地質勘探工作。山塘壩型復雜,對于斜墻壩、砂礫石地基,地質鉆孔造成隱患,需加以重視。如果鉆孔封堵不密實,使整個鉆孔處滲流水頭發生變化,抵抗滲透破壞的能力降低,土料最易從地基裂縫中流失,使防滲體與地基結合帶出現孔洞,而從孔洞處引起滲透破壞。因此,盡量減少在防滲上游面鉆孔?？蛇m當選擇典型大壩及水庫除險加固資料,酌情使用。尤其現在壩體滲透系數一般采用現場注水試驗,致使壩體現場試驗時土體所承受滲透比降遠大于實際滲透比降,得出現場滲透系數明顯大于室內試驗的成果。在現場注水試驗期間土體是否產生滲透破壞,令人擔心。

(7)施工管理問題。由于山塘數量多,除險加固施工單位普遍技術力量薄弱,施工前搞清楚關鍵部位設計意圖,主要是涵管施工、防滲封閉、消能防沖等。由于山塘施工可能出現各種問題,設計人員需根據現場認真分析,提出相應的對策與措施。

3 結 語

本文對山塘存在的問題及設計有關問題進行了探討,目的是解決防洪安全、結構安全。雖然山塘規模較小,但數量眾多,容易出問題,應予以重視。設計時應根據山塘的具體情況,采用適當措施,使除險加固安全可靠。