山塘除险加固的坝体加固方案探讨：以泗安镇工农山塘为例

白炳书，居星辉，殷水花，曹晓锋

(浙江省长兴县水利水电勘测设计所，浙江长兴 313100)

长兴县位于浙江省北部，地处太湖流域上游，苏、浙、皖三省交界处.辖区东北临太湖，西与安徽省广德县相邻，北靠江苏省宜兴市，西南、东南分别与浙江省安吉县、湖州市区接壤，县域面积1 430 km2.长兴县已建成小(二)型以上水库34座，校核库容0.87亿万m3，这些水库近几年先后通过千库保安建设已基本完成，现能正常运行.1～10万m3的山塘有357座，设计库容980.1万m3，这些山塘大都建于六七十年代，原本设计标准就不高、建设质量也较差，有相当一部分山塘存在漏水问题.近几年，在各级政府的高度重视下，一些山塘得到了的维修加固，但由于资金不足，山塘整治只能治标不治本.2009年，长兴县被列入首批省“重点县”建设行列，在重点县建设期间，计划完成山塘整治158个，其中前3年(2009－2011年)完成90个，这些山塘坝高均在10 m以下，运行至今已有数10 a.由于当时是土法上马，受财力、物力、技术水平的限制，坝体土料为就地取材，土料抗渗性差，且无正规的压实机械，工程质量差.所有坝体均不同程度存在渗漏现象，严重威胁坝体安全.因此，在坝体加固设计方案选择时非常重要，在长兴县重点县建设项目的山塘整治坝体防渗处理设计中，通过方案比较，选择了粘土斜墙作为防渗处理方案，实践证明，该方案实用可行.本文以泗安镇工农山塘为例，探讨坝体加固的方案选择.

1 基本情况

1.1 山塘特性参数

工农山塘位于泗安镇三里亭村，坝址以上集雨面积为0.16 km2，总容积 7.8 万 m3，是一座以灌溉为主的山(1)型山塘.灌溉农田23.33 ha，供水人口80人.山塘下游约120 m处有村庄，属屋顶山塘.

工农山塘于1958年建成，工程枢纽建筑物由大坝、溢洪道、放水涵管等组成，大坝为土石均质坝，最大坝高5.81 m，坝顶高程51.77 m，坝顶宽 2.1 m，坝长149 m.原放水涵管位于大坝右侧，为坝下素混凝土埋管，管径为 0.3 m［1］.

1.2 工程现场检查情况

(1)工程质量现状

受当时条件的限制，设计标准低，施工质量差.经现场勘察大坝坝体内外坡杂草丛生，溢洪道太高.

(2)结构安全性

坝坡不平整，下游坝坡杂草丛生，上游护坡冲刷严重;现溢洪道出口断面狭小，没有消能工，洪水下泄直接危及坝脚的安全，给大坝带来较大的安全隐患.

(3)渗流安全性

大坝左右坝肩均渗水严重，有明显的渗水通道，涵洞存在漏水现象，下游坝坡未设排水反滤层.

(4)工程安全管理

上坝道路良好，现未设水位监测设施，无管理房;坝体存在白蚁危害［1］.

2 防洪复核

根据水利水电部西北勘测设计院，等［2］，浙江省水利学会农村水利专业委员会［2］复核坝顶高程，堰顶高程49.75 m，堰顶宽度由2.0 m 拓宽至4.0 m.

根据溢洪道的堰顶宽度及堰上水深，流量系数取m=0.385相应的计算结果见表1.

表1 设计水位和校核水位下泄流量表

(1)波浪爬高R的计算

按照《山塘导则》《山塘风浪爬高、波高计算参考表》，校核工况计算风速取多年平均最大风速20.5 m/s，设计工况计算风速 30.75 m/s;风区长度为300 m;上游坝坡坡比为1∶2，无护坡(可按混凝土护面考虑)，查得风浪沿坝坡的最大爬高R设计=1.2 m，R校核=0.76 m，

(2)安全加高A的计算

按照《山塘导则》，对土石坝6级建筑物，查得安全加高A如下:

A=0.5 m(设计工况)，A=0.3 m(校核工况).

(3)坝顶安全超高Y的计算:

Y1=Rm1+A设计=1.2+0.5=1.7 m(设计工况)

Y2=Rm2+A校核=0.76+0.3=1.06 m(校核工况)

(4)坝顶高程复核

设计和校核洪水频率下所需的坝顶高程为:

h1=设计洪水位 +Y1=50.74+1.7=52.44 m

h2=校核洪水位 +Y2=51+1.06=52.06 m

从以上两坝顶高程计算结果中取最大值，故本山塘所需的坝顶高程为52.44 m.

经计算，设计坝顶高程为52.44 m，校核坝顶高程52.06 m，因此取设计坝顶高程为52.5 m，原坝顶高程51.77 m，故原坝顶高程不满足要求.

3 大坝加固方案

按照《浙江省山塘综合整治技术导则(试行)》的要求，以下为大坝加固方案断面结构的主要内容.

3.1 坝体防渗处理

大坝防渗加固处理拟采用2种方案进行比较选择.

方案1:粘土斜墙方案

将原上游坡表层松散土层进行清除，采用粘土斜墙进行防渗处理.在坝体与基岸接触处，沿斜墙底开挖齿槽，齿槽开挖至基岩面或相对不透水层，开挖边坡为1∶0.75.为便于机械化施工和满足规范要求，斜墙底宽和顶宽均≥3 m，斜墙最小厚度＞2.8 m，分层夯实.每层不得大于25 cm，夯实干容重大于1.5 g/cm3，压实度大于93%.要求粘粒含量大于30% ～35%，渗透系数不大于1.0×10－5cm/s量级，延坝轴线每米造价为860元.

方案2:套井冲抓回填粘土方案

套井冲抓粘土防渗墙技术是利用D1000冲抓式打井机具，在坝体内造孔，回填防渗性能好的粘土，分层夯实，形成一道连续的粘土防渗墙，同时，在回填夯实时对井壁土层挤压，使井孔周围土体密实，从而达到防渗加固的目的.根据规范要求，心墙厚度不小于水头的1/4，本方案拟采用D1000双排套井回填，孔深9.0 m，延坝轴线每米造价为2 360元.

两方案优缺点比较情况见表2.

表2 方案1与方案2的优缺点比较

由表2可知，两个方案各有利弊，方案1可就地取材，施工方便，价廉、直观，施工质量容易控制，但对于坝高较大，由于斜墙与老坝体的压实度不一样，可能会引起稳定安全问题，且粘土需求量较大;方案2为传统施工方法，它适用于坝较大且存在局部漏水的坝体，施工时不影响水库运行，对粘土需求量不大，在以往小(二)型及以上水库应用较多，但施工工艺相对复杂，造价较高，且施工队伍偏少，同时，施工时由于振动较大，可能会影响上下游坝体安全.综合分析后确定采用方案1(粘土斜墙方案)对山塘坝体进行防渗加固处理［4－5］.

3.2 坝坡整治

大坝为土坝，坝顶长度149 m，坝高6.54 m，坝顶高程为52.5 m，坝顶宽度4.0 m，坝顶采用泥结石路面.上游坝坡采用粘土斜墙进行防渗加固处理.迎水坡坡比为1∶2，采用C20混凝土预制六角板砌护，坡脚采用0.6 m ×0.7 m，M7.5浆砌块石基础砌筑;背水坡坡比为1 ∶2.0，坝坡采用0.15 m ×0.15 m×2.1 m，C20混凝土预制梁网格，网格内种植草皮.坝脚增设排水体，采用贴坡排水.排水体反滤层结构由里到外依次为400 g/m2土工一层，20 cm厚中粗砂层、粒径0.25 ～1.0 mm，20 cm 厚碎石、粒径为2～10 mm，其他35 cm厚干砌块石填筑，粒径为200～600 mm.坝脚设置50 cm×70 cm宽的排水沟.以下为坝体设计标准断面图见图1.

4 结论

由于长兴县山塘较多，这些山塘坝高大部分在5～8 m，建设年代较早，坝体压实质量较差，不同程度都存在一些渗漏现象.在重点县建设期间，长兴县有90座山塘需改建，采用粘土斜墙对坝体进行防渗处理，同时，上游坝坡用预制混凝土六角板护砌，予防止风浪侵蚀，下游坡用混凝土网格结合草皮护坡，通过已完建的部分山塘运行来看，效果良好，安全稳定.

［1］王英华.水工建筑物［M］.3版.北京:中国水利电力出版社，2009.

［2］水利水电部西北勘测设计院，水利水电科学研究院.SL 274－2001碾压式土石坝设计规范［S］.北京:中国水利电力出版社，2008.

［3］浙江省水利学会农村水利专业委员会.浙江省山塘综合整治技术导则(试行)［S/OL］.2009－03－01［2011－05－09］.http://www.rasl.gov.cn/UploadFiles/2009416102218714.doc.

［4］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.SL 191－2008水工混凝土结构设计规范［S］.北京:中国水利电力出版社，2002.

［5］孔 军.土力学与地基基础［M］.北京:中国水利电力出版社，2005.