浅析山塘及小型水库除险加固放水设施的选择

2012-04-14蔡建国王江涛

水利建设与管理 2012年11期

蔡建国王江涛

(浙江泓大建设有限公司临安 311300)

1 引言

临安市地处浙江省西北部，全境地貌以中低山丘陵为主，境内低山丘陵与河谷盆地相间排列，交错分布，季风型气候，年均降水量1613.9mm。境内万方以上山塘894座，小(1)型水库15座，小(2)型水库123座，大部分修建于解放初，经常年运行，病险问题突出，安全现状严峻。目前，我省已有计划、有步骤地在全省范围内展开大规模的山塘和小型水库除险加固。

解放初修建的山塘及小型水库放水设施大多采用坝底埋管的形式，管材材质大多为陶土管或低标号水泥管，因运行时间过长、坝体沉降等各种原因，老涵管老化、破裂、漏水、堵塞等问题突出:不需放水时，涵管渗水严重，影响坝体安全;需要放水时，其流量不能满足饮水、灌溉要求。因此，放水设施改造是除险加固的重要内容之一，妥善地解决好病险山塘及小型水库年久失修的放水设施，对山地丘陵区群众的生产、生活及生命财产安全都具有非常重要的现实意义。

2 各放水设施的特点及适用条件

目前，山塘及小型水库除险加固的放水设施可采用坝下埋管、虹吸管及引水隧(涵)洞三类形式。三种放水设施各有优点，在不同的适用条件下，因地制宜，择优选取。

坝下埋管又称坝下涵管或坝下涵洞，即将输水管埋设在土石坝下，属于深式泄水或放水建筑物，可用于引水、泄洪、冲刷、放空库容、施工导流等。坝下埋管结构简单，施工方便，工期较短，造价也低，适用于因两岸地质条件差或其他原因不易开挖隧洞，或坝高大于10m且日后运行管理中需要放空库容的土石坝枢纽中。我国在解放初期修建的小型山塘水库多采用此类放水设施。

虹吸管是一种压力输水管道，一般顶部弯曲且其高程高于上游供水水面，上游进水口高程略高于下游出水口，若在虹吸管内造成真空，使作用在上游水面的大气压强和虹吸管内压强之间产生压差，则水流即能通过虹吸管最高处引向低处。虹吸管较早应用于穿堤或跨堤河道引水工程，因其有着投资小、工期短、土方开挖少、可跨越高地、可避免破坏原坝体、可多组安装等优点，现逐渐应用于中小型水库、山塘的新建和除险加固。受限于真空值的影响，虹吸管的最高点(驼峰)与进水口低水位的高差一般不大于8m，因此虹吸管适用于坝高10m左右的水库。我公司承建的工程中，也有多座坝高15～20m的山塘水库采用虹吸管形式，且运行效果良好。

引水隧(涵)洞是在山体中或地下开挖，以兴利为目的自水源地引水的洞室引水通道，它属于地下建筑物，断面小，施工场地狭窄，工序多，干扰大，劳动条件艰苦，难以投入较多劳力或机械，不安全因素多，工期一般较长。因其造价较高，工期较长，对地质条件有一定的要求，且多数引水需要采用爆破手段，引水隧洞多适用于大中型水库或坝高较高的小型水库，引水涵洞则适用于库容较大的中低坝。另外，在施工现场条件或日后运行管理要求不适用虹吸管和坝底埋管的小型水库和山塘中，引水隧(涵)洞也有所应用。

3 施工质量控制

在方案已选定的情况下，施工质量是保证放水设施功能和效益得以实现的关键，也是山塘水库安全的保障。山塘水库有工程量小、地处偏远、政策处理难等特点，实际施工中存在着施工队伍施工经验少、施工素质差的问题。千里之堤毁于蚁穴，保证关键部位的施工质量更有其必要性。从临安市除险加固的小型水库和山塘来看，三种放水设施的施工要重点注意以下事项。

3.1 坝下埋管

a.涵管基槽一般采用大开挖的形式，严格按照设计边坡开挖，挖深较大或坝体土质不佳时，应对边坡进行加固处理，雨雪天气对边坡进行覆盖防护，防止边坡坍塌。

b.基槽回填分层压实，注意新填土和原坝体土的结合，避免回填后因沉降不均匀造成新填土和原坝体脱节，坝顶产生裂缝。

c.管身应设置于较好的岩基或土基之上，严格控制垫层的浇筑质量，改善管身与地基的受力条件，软弱地基或地基土质变化较大时，应做加固处理，防止管身沉降不匀而造成埋管断裂。

d.坝下埋管管身相邻管接头应保证其密闭性，防止管身漏水抬高浸润线而造成坝坡失稳。现阶段较为常用的管身材料主要是钢筋混凝土管和镀锌钢管，承插式钢筋混凝土管选用耐久好、抗老化的O形胶圈;镀锌钢管焊接表面保持清洁，焊点要有足够的机械强度，焊缝均匀密致，靠地基侧焊接作业空间小，容易漏焊或焊接不到位，焊完后应仔细检查焊缝质量。

f.管身、护管及截渗环两侧填土选用符合规范和设计要求的土料，坝下埋管沟槽底部尺寸小，宜用小型压实机具人工分层碾压密实，碾压时避免接触管身造成接口松动或断裂。防止沿管外壁产生集中渗流导致接触渗流破坏形成隐患。

3.2 虹吸管

a.若管材为PVC—U塑料管，虹吸驼峰宜设置在坝顶;当驼峰埋入坝体内，埋设深度不宜过大，管材应满足强度要求，管腔和管顶回填压实时，不得破坏管身或接口。

b.若管材为A3焊接钢管或无缝钢管，管材表面的镀锌或防锈漆涂刷应密致均匀，保证管道运行的长期抗腐蚀性。

c.虹吸管进口、出口、驼峰高程应严格按照设计图纸的要求设置，放样后进行复测，满足虹吸管的出水条件。镇墩、支墩的尺寸与位置不得擅自更改，保证浇筑质量，防止放水时因管身振动导致培坡土方松动、滑坡，影响整个管道的气密性。

d.虹吸管施工的重点是做到整个管道的严密性良好，各种阀门无漏气，保持管道的真空度。虹吸管管材、莲蓬头、管道阀门件、液气交换箱等配件需从专业生产厂家购置，并保存好合格证及质保单。虹吸管钢管安装应选择经验丰富的专业焊接队伍，管道阀门件、液气交换箱都要现场焊接，阀门焊接时要防止电焊产生的高温对阀门内的密封圈产生破坏，一般需要对阀门进行水冷，避免高温传导到密封圈，管道就位后，对钢管的下半圈的焊接要求立焊，需分多次均匀焊接。管道安装完成后，须进行严密性试验和强度检测，待试验及检测合格，并且试放水成功后方可覆土。

3.3 引水隧(涵)洞

a.山塘和小型水库的引水隧洞一般洞泾小，距离短，多采用爆破开挖的方式。不具备爆破资质的施工单位应委托具备相应资质的爆破公司施工并全程监督工程施工的安全与质量，树立安全第一、质量第一的意识，对作业人员进行安全教育，发放安全防护用品。

b.隧洞施工时应由专业人员做好测量放样工作，熟练钻孔工按照量定的中线、开挖轮廓线钻孔作业，防止隧洞线位偏移。隧洞掘进时，做好周边位移、拱部下沉量测，防止塌方。

c.隧洞进、出口清表后，首先应复核该处地质条件是否满足设计要求，如不符合，经设计单位和监理单位现场踏勘，重新确定进出口位置。爆破开挖施工时，应做好洞口防护、洞内支护工作，设立安全警示牌，通风、防尘、防有害气体，确保照明和排水设施安全可靠。

d.涵洞的土方施工要求可参照坝下埋管，涵身施工应注意其密闭性，防止渗水。

4 运行管理

坝下埋管在山塘及小型水库推广应用早，普及率高，操作简单易行，日常管理方便，群众接受度较高，建成即可移交使用。在运行过程中，应定期检查闸门能否正常启闭，上下游坝坡有无塌坑、裂缝或湿软等现象，出口处是否有异常渗流现象。

相对坝下埋管，虹吸管形式较新颖，群众接触不多。移交使用时，需对运行单位进行示范培训，并要求运行单位落实专人操作管理。操作管理人员应对虹吸管进行维护保养，每隔半个月检查一次虹吸管，如发现液气交换箱水位管的水位低于1/2，应及时补充水量。有些山塘水库地处偏远，不通自来水，不通电，但是液气交换箱需要灌水，人工取水不便，且耗时长，鉴于此，虹吸管应配备相应的取水装置，可采用通自来水取水，或从上游接水管取水，或通电后水泵取水，综合其经济性和实用性，择优取用。

引水隧洞在水库中应用较多，放水时需安排专人操作。在日常运行管理中，应有专人经常检查隧洞的衬砌有无变形、蜂窝、麻面、裂缝、漏水，出口部位有无异常潮湿和漏水现象，出口消能设施有无损坏现象等，及时分析原因并进行处理。闸门和启闭机要经常检查、养护，确保灵活性和安全性。若进口处设有拦污栅，需及时清理杂物，确保正常运行。