四川省丘陵山区塘坝整治加固技术浅析

2018-03-09

四川水利 2018年1期

(四川省土地统征整理事务中心，成都，610041)

塘坝是四川省丘陵山区土地整治、高标准农田建设、小型农田水利工程等农田水利基本建设项目中的一项重要建设内容，担负着农村人畜饮用水、田间灌溉、防洪等重要作用。据统计，在四川省仅国土资源部门实施的土地整治项目中，每年投入塘坝整治加固的资金约800万，约占土地整治项目总投资的15%。丘陵山区塘坝分布广、规模小、数量大，大多建于20世纪60-70年代，大部分塘坝修建标准较低，不同程度地存在淤积、渗漏、排水设施缺失或损毁，严重影响正常作用的发挥。目前，病险塘坝整治加固技术规范标准缺乏，可供参考的技术资料也较少。因此，总结分析丘陵山区塘坝整治加固技术，保证塘坝的安全性、实用性和耐久性，充分发挥塘坝效能十分必要。

1 塘坝常见病害类型及原因分析

1.1 坝体渗漏

坝体渗漏常见于坝体背水坡坡面与坡脚，轻微时出现潮湿现象，严重时出现渗漏或管涌、流土等[1]。究其原因，坝体填筑材料多为就地取材，筑坝土料因砂性过大或者土料中含树枝、杂草等，填筑后腐烂留下了空洞而施工时碾压程度不够；堤身单薄坡陡，导致渗径过短；土坝施工质量差、分层填筑衔接不良、坝体上游防渗设施遭破坏失效等原因引起坝体渗漏。

1.2 堤身单薄，坝体稳定性差

受雨水冲刷、滑坡等因素影响，塘坝坝体坡比逐渐变陡，堤身变得单薄，坝体稳定性差。部分塘坝因筑坝时未经专业设计，对坝高、坝底、坝顶宽度、筑坝材料等主要参数事先没有明确计划，坝体填筑施工时仅凭经验进行。

1.3 泄洪设施缺失或损毁

一些塘坝的泄洪设施不配套，缺失溢洪道或溢洪道损毁，过流能力不足，一旦遭遇大暴雨，塘坝内洪水不能及时有效排泄，极易造成洪水漫坝。

1.4 淤积严重，防洪能力不足

塘坝淤积物主要以泥沙为主，塘坝拦蓄集雨面积雨水，上游流域表土被雨洪冲刷侵蚀夹带的沙土沉积，比较重的粗砂颗粒沉积于塘底，形成淤沙。

2 塘坝建设标准

2.1 工程等级

塘坝主要指蓄水容量在10万m3以下、坝高小于10m(含)的塘坝，根据蓄水容量的大小可分为小塘、大塘。小塘蓄水容量在1万m3以下；大塘蓄水容量在1万m3～10万m3之间。根据TD/T1012-2016《土地整治项目规划设计规范》等相关技术标准，塘坝为重要水源工程，等别为Ⅴ级，规模为小(2)型，建筑物级别为5级[2]。

2.2 防洪标准

按照蓄水枢纽工程建筑物确定塘坝防洪标准，丘陵山区塘坝设计防洪标准为30a～20a，混凝土坝、浆砌石坝校核洪水标准为200a～100a，土石坝、堆石坝校核洪水标准为300a～200a[2]。

3 塘坝整治加固技术要求

3.1 塘坝坝体整治加固技术

塘坝整治形式依据实际情况合理确定，综合考虑塘坝的地形和地基条件、塘坝实际高度、筑坝材料，以及当地的水文、气象、施工等因素，确保技术上安全可靠、经济上合理可行。塘坝一般为土质坝体，断面形式通常设计为护坡式塘坝和挡土墙式塘坝两种。坝体高度较低时，可采用均匀土质坝；坝体高度较高时，可采用黏土斜墙坝。塘坝坝体整治主要是对挡水建筑物进行整治加固，尽量减少硬化。塘坝原则上不加高大坝，当坝顶实际高程稍低于设计高程时，可结合坝顶路面改造。塘坝顶高程应高于塘内正常最高蓄水位1.0m～1.5m[4]。

3.1.1 坝顶构造及坝坡

塘坝坝顶现状一般为泥结碎石路面，考虑到交通、防汛抢险及日常运行管理的需要，路面可考虑采用混凝土路面，厚度10cm～15cm，坝顶宽度不宜小于3.0m。坝体填筑土料一般就地取材，主要为粘土、壤土、砂壤土，要求具有一定的抗渗性和强度，其渗透系数不应大于1×10-4cm/s。塘坝坝顶一般应设置警示桩，对坝高大于3m的，可在靠近上游坝顶设置安全防护栏，防护栏高度应大于1.1m。坝顶坡度应向两侧倾斜，一般为2%～3%，有利于排除雨水。对坝顶设置拦墙不透水时，可向一方倾斜。

当塘坝实际迎水坡坡比与推荐设计坡比相接近时，可采用护坡式塘坝断面形式。均质壤土土质塘坝断面设计参数推荐值见表1[4]，采用粘土筑坝时坡比应适当变陡、采用砂壤土时可适当变缓。

表1 护坡式塘坝断面设计参数推荐值

挡土墙式塘坝是指迎水面采用挡土墙形式，坝段其余部分仍采用土质形式的塘坝。当土质塘坝迎水坡损毁严重，采用原推荐设计坡比整治不经济时，可考虑采用挡土墙式塘坝断面形式。挡土墙式塘坝断面设计参数推荐值见表2。

表2 挡土墙式塘坝断面设计参数推荐值

挡土墙一般由浆砌石和混凝土砌筑，砌石砂浆不宜低于M7.5，混凝土强度不低于C15。挡土墙型式宜为重力式，采用浆砌石时顶宽不宜小于0.5m，用混凝土时顶宽大于0.4m。墙后回填土采用分层填筑，并逐层碾压或夯实，分层厚度0.3m以内，靠近挡土墙处应采用人工轻微夯实处理。挡土墙的细部构造设计主要包括合理分段，设置沉陷缝和温度缝，并应设置止水。混凝土挡土墙基础为岩基时宜每10m～15m分段，混凝土挡土墙建在软基上时宜每15m～20m分段。挡土墙采用浆砌石材料时，分段长度不宜大于10m。

3.1.2 坝体除险加固技术

塘坝坝体加固措施主要有砌石护坡、混凝土块(板)护坡、坝体加宽培厚、下游排水疏通，对地形较复杂的较高塘坝，应进行稳定计算。

当塘坝岸坡有局部失稳、崩塌状况时，一般可采用削坡减载和生态护坡等措施进行处理，必要时，可考虑浆砌石或混凝土块(板)、混凝土挡土墙护岸处理[1]。坝体宽度不能满足稳定性时，需进行加宽培厚。当塘坝上游坝坡稳定性差或下游地形条件不允许时，可对上游坝坡进行培厚加固，培厚土体应与坝体防渗处理相结合；当塘坝下游坝坡稳定性差或下游地形条件允许时，可选择在塘坝下游坝坡进行培厚加固，培厚土体应采用透水性较好的材料。填筑的不同坝体材料之间应满足层间关系，必要时应设置合理的反滤层和过渡层。

当下游坝坡排水失效时，下游坝面应重新设置坝体排水设施。一般选择贴坡排水，排水体厚度(含反滤厚度)不小于0.6m，排水体高度取(1/3～1/4)H坝高。下游坝面排水应设置纵向排水沟和横向截水沟，排水沟宜采用混凝土浇筑，断面尺寸应不小于0.25m×0.25m。

3.1.3 坝体防渗处理技术

为解决坝体渗漏问题，根据实际情况可采取黏土夯实防渗、铺设混凝土板或结合防渗土工膜进行防渗。当坝址附近有充足的黏土时，可选择在塘坝上游铺设黏土斜墙防渗[1]。斜墙顶部高程应在校核洪水位以上，斜墙断面形状上薄下厚，顶部厚度一般不应小于0.8m，底部厚度不小于坝前水头的1/4～1/6，并且不小于2.0m，斜墙黏土的渗透系数不大于10-5cm/s[3]。在黏土斜墙与岸坡或其他混凝土建筑物接头处，宜将斜墙厚度加大以保证结合良好。斜墙与坝体之间应设置反滤层，靠近斜墙下方用透水性小的细土，离斜墙愈远土料颗粒愈大，并用透水性强的土料做背水坡[4]。

坝体培厚回填的筑坝材料应逐层进行压实，压实后的填筑料应符合要求，且密实均匀，含水率宜在最优含水率附近。对于承担重要功能的塘坝，粘性土料压实度在95%以上，砂砾土料的填筑干密度1.7g/cm3以上。对于一般塘坝，粘性土料压实度应不小于92%；砂砾土料的填筑干密度一般不小于1.6g/cm3。上游若单纯采用混凝土板护坡时，采用C20混凝土，素混凝土板厚0.08m～0.10m，钢筋混凝土板厚0.10m～0.15m，板的形状为方形、矩形或正六边形[1]。采用现浇混凝土护砌时，需设置伸缩缝，一般采用沥青砂浆填筑，纵缝间距一般为3m～5m，横缝间距一般为4m～8m。上游若采用正六边形预制混凝土板结合土工膜护坡时，预制板采用C20，厚度为8cm，边长300mm，拼接缝宽20mm，采用M10水泥砂浆勾平缝。预制混凝土板下铺设一层厚度为5cm的干拌砂保护层，干拌砂下铺设土工膜，土工膜下为5cm厚的过筛细土作为过渡层，细土下为塘坝坝体。铺设土工膜根据实际优先选择两布一膜型复合土工膜，膜料材质为PE或PVC[1]，膜厚0.25mm～0.4mm，两侧无纺布各为200g/m2～300g/m2。土工膜与地基的连接必须安全可靠。上游护坡高度一般为护坡至校核洪水位，校核洪水位以上宜用草皮护坡，体现生态环境理念。下游护坡可采用草皮、混凝土板护坡等。根据实际情况，在坝体合适位置设置上、下游梯步，便于行走和取水方便。

3.2 溢洪道整治加固技术

塘坝溢洪道一般采用开敞式，其进水口根据需要采用八字形或弧形，八字形进口有对称或基本对称两种，特点是施工简单，弧形进口特点是水流条件更好。溢洪道堰顶宽度可按宽顶堰公式计算：

Qm=ξmB(2g)1/2H3/2

式中：Qm——设计洪峰流量，m3/s；

B——溢洪口宽度，m；

H——溢洪口堰上水深，m；

ξ——收缩系数，取0.9；

m——流量系数，取0.32～0.385；

g——重力加速度，取9.81m/s2；

n——糙率系数。

根据塘坝自身特点，溢洪口一般为高0.5m～1.5m(包括超高0.2m)，宽1m～3m，一般采取宽顶堰形式，堰长一般为1m～3m，陡坡段长度按地形布置，一般为5m～8m。消力池出口应与原河沟连接，池长取塘坝高的1～1.5倍，池深0.4m。溢洪道建筑材料优先选用浆砌块石，浆砌块石衬砌厚度不小于30cm。在缺乏石材地区，可采用混凝土衬砌，混凝土衬砌厚度不小于20cm，混凝土标号一般为C20～C25。溢洪道基础为坚硬岩体时，可不做衬砌保护。

3.3 坝下涵管整治加固技术

坝下涵管整治应视具体情况决定，对工程结构已遭破坏，影响正常功能发挥的坝下涵管应拆除重建；对结构未遭破坏或局部损毁不影响正常使用功能的坝下涵管，可局部维修加固。坝下涵管一般情况由进口、管身及出口三段组成。在土地整治项目中，进口段常见为分级卧管式进水口。进水孔布置在阶梯上，上φ25下φ20，采用厚10cm的混凝土圆盖盖上，圆盖呈上大下小的锲形，并设钢筋挂钩，排水时便于提起。相连两孔垂直距离一般可按0.3m左右、平行距离一般按0.35m左右设计。管身断面形式可设计为圆形、矩形和城门洞型，一般采用预制钢筋混凝土管或浆砌石结构。出口段应加强与下游沟渠充分连接，当出口流速较大时，应设消力池以减少流速，确保水流平顺均匀流入下游。