白炳書，居星輝，殷水花，曹曉鋒

(浙江省長興縣水利水電勘測設(shè)計(jì)所，浙江長興 313100)

長興縣位于浙江省北部，地處太湖流域上游，蘇、浙、皖三省交界處.轄區(qū)東北臨太湖，西與安徽省廣德縣相鄰，北靠江蘇省宜興市，西南、東南分別與浙江省安吉縣、湖州市區(qū)接壤，縣域面積1 430 km2.長興縣已建成小(二)型以上水庫34座，校核庫容0.87億萬m3，這些水庫近幾年先后通過千庫保安建設(shè)已基本完成，現(xiàn)能正常運(yùn)行.1～10萬m3的山塘有357座，設(shè)計(jì)庫容980.1萬m3，這些山塘大都建于六七十年代，原本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)就不高、建設(shè)質(zhì)量也較差，有相當(dāng)一部分山塘存在漏水問題.近幾年，在各級政府的高度重視下，一些山塘得到了的維修加固，但由于資金不足，山塘整治只能治標(biāo)不治本.2009年，長興縣被列入首批省“重點(diǎn)縣”建設(shè)行列，在重點(diǎn)縣建設(shè)期間，計(jì)劃完成山塘整治158個(gè)，其中前3年(2009－2011年)完成90個(gè)，這些山塘壩高均在10 m以下，運(yùn)行至今已有數(shù)10 a.由于當(dāng)時(shí)是土法上馬，受財(cái)力、物力、技術(shù)水平的限制，壩體土料為就地取材，土料抗?jié)B性差，且無正規(guī)的壓實(shí)機(jī)械，工程質(zhì)量差.所有壩體均不同程度存在滲漏現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅壩體安全.因此，在壩體加固設(shè)計(jì)方案選擇時(shí)非常重要，在長興縣重點(diǎn)縣建設(shè)項(xiàng)目的山塘整治壩體防滲處理設(shè)計(jì)中，通過方案比較，選擇了粘土斜墻作為防滲處理方案，實(shí)踐證明，該方案實(shí)用可行.本文以泗安鎮(zhèn)工農(nóng)山塘為例，探討壩體加固的方案選擇.

1 基本情況

1.1 山塘特性參數(shù)

工農(nóng)山塘位于泗安鎮(zhèn)三里亭村，壩址以上集雨面積為0.16 km2，總?cè)莘e 7.8 萬 m3，是一座以灌溉為主的山(1)型山塘.灌溉農(nóng)田23.33 ha，供水人口80人.山塘下游約120 m處有村莊，屬屋頂山塘.

工農(nóng)山塘于1958年建成，工程樞紐建筑物由大壩、溢洪道、放水涵管等組成，大壩為土石均質(zhì)壩，最大壩高5.81 m，壩頂高程51.77 m，壩頂寬 2.1 m，壩長149 m.原放水涵管位于大壩右側(cè)，為壩下素混凝土埋管，管徑為 0.3 m［1］.

1.2 工程現(xiàn)場檢查情況

(1)工程質(zhì)量現(xiàn)狀

受當(dāng)時(shí)條件的限制，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，施工質(zhì)量差.經(jīng)現(xiàn)場勘察大壩壩體內(nèi)外坡雜草叢生，溢洪道太高.

(2)結(jié)構(gòu)安全性

壩坡不平整，下游壩坡雜草叢生，上游護(hù)坡沖刷嚴(yán)重;現(xiàn)溢洪道出口斷面狹小，沒有消能工，洪水下泄直接危及壩腳的安全，給大壩帶來較大的安全隱患.

(3)滲流安全性

大壩左右壩肩均滲水嚴(yán)重，有明顯的滲水通道，涵洞存在漏水現(xiàn)象，下游壩坡未設(shè)排水反濾層.

(4)工程安全管理

上壩道路良好，現(xiàn)未設(shè)水位監(jiān)測設(shè)施，無管理房;壩體存在白蟻危害［1］.

2 防洪復(fù)核

根據(jù)水利水電部西北勘測設(shè)計(jì)院，等［2］，浙江省水利學(xué)會(huì)農(nóng)村水利專業(yè)委員會(huì)［2］復(fù)核壩頂高程，堰頂高程49.75 m，堰頂寬度由2.0 m 拓寬至4.0 m.

根據(jù)溢洪道的堰頂寬度及堰上水深，流量系數(shù)取m=0.385相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果見表1.

表1 設(shè)計(jì)水位和校核水位下泄流量表

(1)波浪爬高R的計(jì)算

按照《山塘導(dǎo)則》《山塘風(fēng)浪爬高、波高計(jì)算參考表》，校核工況計(jì)算風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速20.5 m/s，設(shè)計(jì)工況計(jì)算風(fēng)速 30.75 m/s;風(fēng)區(qū)長度為300 m;上游壩坡坡比為1∶2，無護(hù)坡(可按混凝土護(hù)面考慮)，查得風(fēng)浪沿壩坡的最大爬高R設(shè)計(jì)=1.2 m，R校核=0.76 m，

(2)安全加高A的計(jì)算

按照《山塘導(dǎo)則》，對土石壩6級建筑物，查得安全加高A如下:

A=0.5 m(設(shè)計(jì)工況)，A=0.3 m(校核工況).

(3)壩頂安全超高Y的計(jì)算:

Y1=Rm1+A設(shè)計(jì)=1.2+0.5=1.7 m(設(shè)計(jì)工況)

Y2=Rm2+A校核=0.76+0.3=1.06 m(校核工況)

(4)壩頂高程復(fù)核

設(shè)計(jì)和校核洪水頻率下所需的壩頂高程為:

h1=設(shè)計(jì)洪水位 +Y1=50.74+1.7=52.44 m

h2=校核洪水位 +Y2=51+1.06=52.06 m

從以上兩壩頂高程計(jì)算結(jié)果中取最大值，故本山塘所需的壩頂高程為52.44 m.

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)壩頂高程為52.44 m，校核壩頂高程52.06 m，因此取設(shè)計(jì)壩頂高程為52.5 m，原壩頂高程51.77 m，故原壩頂高程不滿足要求.

3 大壩加固方案

按照《浙江省山塘綜合整治技術(shù)導(dǎo)則(試行)》的要求，以下為大壩加固方案斷面結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容.

3.1 壩體防滲處理

大壩防滲加固處理擬采用2種方案進(jìn)行比較選擇.

方案1:粘土斜墻方案

將原上游坡表層松散土層進(jìn)行清除，采用粘土斜墻進(jìn)行防滲處理.在壩體與基岸接觸處，沿斜墻底開挖齒槽，齒槽開挖至基巖面或相對不透水層，開挖邊坡為1∶0.75.為便于機(jī)械化施工和滿足規(guī)范要求，斜墻底寬和頂寬均≥3 m，斜墻最小厚度＞2.8 m，分層夯實(shí).每層不得大于25 cm，夯實(shí)干容重大于1.5 g/cm3，壓實(shí)度大于93%.要求粘粒含量大于30% ～35%，滲透系數(shù)不大于1.0×10－5cm/s量級，延壩軸線每米造價(jià)為860元.

方案2:套井沖抓回填粘土方案

套井沖抓粘土防滲墻技術(shù)是利用D1000沖抓式打井機(jī)具，在壩體內(nèi)造孔，回填防滲性能好的粘土，分層夯實(shí)，形成一道連續(xù)的粘土防滲墻，同時(shí)，在回填夯實(shí)時(shí)對井壁土層擠壓，使井孔周圍土體密實(shí)，從而達(dá)到防滲加固的目的.根據(jù)規(guī)范要求，心墻厚度不小于水頭的1/4，本方案擬采用D1000雙排套井回填，孔深9.0 m，延壩軸線每米造價(jià)為2 360元.

兩方案優(yōu)缺點(diǎn)比較情況見表2.

表2 方案1與方案2的優(yōu)缺點(diǎn)比較

由表2可知，兩個(gè)方案各有利弊，方案1可就地取材，施工方便，價(jià)廉、直觀，施工質(zhì)量容易控制，但對于壩高較大，由于斜墻與老壩體的壓實(shí)度不一樣，可能會(huì)引起穩(wěn)定安全問題，且粘土需求量較大;方案2為傳統(tǒng)施工方法，它適用于壩較大且存在局部漏水的壩體，施工時(shí)不影響水庫運(yùn)行，對粘土需求量不大，在以往小(二)型及以上水庫應(yīng)用較多，但施工工藝相對復(fù)雜，造價(jià)較高，且施工隊(duì)伍偏少，同時(shí)，施工時(shí)由于振動(dòng)較大，可能會(huì)影響上下游壩體安全.綜合分析后確定采用方案1(粘土斜墻方案)對山塘壩體進(jìn)行防滲加固處理［4－5］.

3.2 壩坡整治

大壩為土壩，壩頂長度149 m，壩高6.54 m，壩頂高程為52.5 m，壩頂寬度4.0 m，壩頂采用泥結(jié)石路面.上游壩坡采用粘土斜墻進(jìn)行防滲加固處理.迎水坡坡比為1∶2，采用C20混凝土預(yù)制六角板砌護(hù)，坡腳采用0.6 m ×0.7 m，M7.5漿砌塊石基礎(chǔ)砌筑;背水坡坡比為1 ∶2.0，壩坡采用0.15 m ×0.15 m×2.1 m，C20混凝土預(yù)制梁網(wǎng)格，網(wǎng)格內(nèi)種植草皮.壩腳增設(shè)排水體，采用貼坡排水.排水體反濾層結(jié)構(gòu)由里到外依次為400 g/m2土工一層，20 cm厚中粗砂層、粒徑0.25 ～1.0 mm，20 cm 厚碎石、粒徑為2～10 mm，其他35 cm厚干砌塊石填筑，粒徑為200～600 mm.壩腳設(shè)置50 cm×70 cm寬的排水溝.以下為壩體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斷面圖見圖1.

4 結(jié)論

由于長興縣山塘較多，這些山塘壩高大部分在5～8 m，建設(shè)年代較早，壩體壓實(shí)質(zhì)量較差，不同程度都存在一些滲漏現(xiàn)象.在重點(diǎn)縣建設(shè)期間，長興縣有90座山塘需改建，采用粘土斜墻對壩體進(jìn)行防滲處理，同時(shí)，上游壩坡用預(yù)制混凝土六角板護(hù)砌，予防止風(fēng)浪侵蝕，下游坡用混凝土網(wǎng)格結(jié)合草皮護(hù)坡，通過已完建的部分山塘運(yùn)行來看，效果良好，安全穩(wěn)定.

［1］王英華.水工建筑物［M］.3版.北京:中國水利電力出版社，2009.

［2］水利水電部西北勘測設(shè)計(jì)院，水利水電科學(xué)研究院.SL 274－2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國水利電力出版社，2008.

［3］浙江省水利學(xué)會(huì)農(nóng)村水利專業(yè)委員會(huì).浙江省山塘綜合整治技術(shù)導(dǎo)則(試行)［S/OL］.2009－03－01［2011－05－09］.http://www.rasl.gov.cn/UploadFiles/2009416102218714.doc.

［4］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).SL 191－2008水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國水利電力出版社，2002.

［5］孔 軍.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)［M］.北京:中國水利電力出版社，2005.