周雍冬

(西贛禹工程建設(shè)有限公司，南昌 330038)

0 引 言

在小型水庫的設(shè)計(jì)建造中，通常會(huì)在前置庫與主庫中間，設(shè)置短阻長透功能壩，以實(shí)現(xiàn)徑流攔蓄和源水雜物雜質(zhì)濾除效能。文章結(jié)合案例工程，介紹短阻長透功能水壩的技術(shù)結(jié)構(gòu)，探討短阻長透功能水壩的重點(diǎn)工程參數(shù)和功能實(shí)現(xiàn)，以為同類工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 短阻長透功能水壩技術(shù)及案例水壩簡介

短阻長透功能水壩是水利工程中土石壩的一種，它主要是利用諸如碎石、礫石、砂石、砂土、卵石等天然土料作為構(gòu)筑材料，經(jīng)過人工堆筑或機(jī)械碾壓構(gòu)成的一種功能土石壩，利用壩前河道的貯存容積一次或多次地對(duì)地表徑流水量進(jìn)行面源控制的技術(shù)。短阻長透功能水壩技術(shù)主要應(yīng)用于小型水庫或河流的徑流攔蓄和水體雜物濾除，在整流和污染治理方面，豐富和完善工程性能和質(zhì)量。短阻長透功能水壩結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 短阻長透功能水壩結(jié)構(gòu)示意圖

該功能水壩是位于主庫與前置庫之間的功能壩,其主要作用是阻擋隔斷功能：盡可能阻擋隔斷區(qū)間源水,約束源水停留前置庫一定時(shí)間，以進(jìn)行生物降解、物理沉淀、植物吸收和實(shí)現(xiàn)凈化，保證其不能以源水污態(tài)直接進(jìn)入或盡可能少進(jìn)入主庫水體；透水滲透功能：源水停留前置庫凈化后，要能夠通過壩體逐漸滲透到主庫區(qū),實(shí)現(xiàn)凈水交換。這也就是說,此壩體需要具備“短期的阻擋”和“長期的透水”功能。也正因?yàn)槿绱?，所以該壩被稱為短阻長透功能水壩。

文章將該功能水壩分為2部分:①擋水壩，這是普通意義上的壩體功能,基于這個(gè)功能，未凈化源水才能被攔截在前置庫中,實(shí)現(xiàn)凈化過程。②半透水槽,此技術(shù)構(gòu)成部件設(shè)置在擋水壩靠近前置庫的一側(cè),其功能是未凈化源水在前置庫中實(shí)現(xiàn)充分凈化以后,要經(jīng)過該槽，按要求滲透到主庫水體中,與主庫水體形成交換。

短阻長透功能水壩技術(shù)的核心是快速滲透原理，其滲透系數(shù)通常要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通鋼筋混凝土壩。但是當(dāng)壩體不能勝任滲流的情況下，亦容易發(fā)生管涌現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅壩體穩(wěn)定。該型水壩在設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果未結(jié)合實(shí)際情況，或者是未按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行施工，則很容易使壩體出現(xiàn)質(zhì)量問題。其長透功能設(shè)計(jì)的好壞，將事關(guān)徑流停留的時(shí)間。其短阻功能設(shè)計(jì)的好壞，關(guān)系未來水凈化的效果。

文章案例水壩是南方某市重要的調(diào)蓄水庫工程的組成部。該水庫總設(shè)計(jì)庫容量1982萬m3,設(shè)計(jì)洪水位75.3m，正常蓄水位75.0m。該水壩設(shè)計(jì)為高程處庫底60m，一般運(yùn)行水位68.8m，最高運(yùn)行水位72.5m，最低運(yùn)行水位65.15m。

2 案例水壩壩體剖面及高程參數(shù)

壩體剖面參數(shù)：堤底寬為580cm，凈寬為450cm，壩體高程為7830cm，在基體兩邊分別設(shè)有100cm的防浪墻。除此之外還需要在壩體坡面填筑石渣，填筑高度應(yīng)與漏出水面的高程為主，從而形成功能強(qiáng)大的截留面，并具有一定的排水作用。戧堤頂寬為450cm,上下游邊坡的長度略有不同，其比例為1∶1.5。拋填塊石以后，應(yīng)該及時(shí)清理河床覆蓋層以及沉積的礫石，為了確保剖面牢固可靠，還應(yīng)該向水中加入一定比例的黏土。黏土和塊石戧堤之間需設(shè)置3m厚反濾層，將大大提高壩體的穩(wěn)定性。水面以下填料經(jīng)過處理以后可以形成基平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上開始高程填筑施工，這時(shí)上下游邊坡的比例發(fā)生了一定的變化，從原來的比例變成了1∶2，在高程處應(yīng)該設(shè)置1.5m寬的馬道。

壩體高程參數(shù)：本案例壩體高程參數(shù)符合《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定,由該規(guī)定可知壩頂高程等于水庫靜水位與超高之和。因此對(duì)于一些中小型石壩來說，高程可以通過風(fēng)在水庫中的吹程得出一個(gè)近似值。具體參見表1所示。

表1 (R+e)的近似估計(jì)值一覽表

在計(jì)算庫水位和超高的時(shí)候有三種計(jì)算方式，這三種計(jì)算方式分別對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)算條件。但是無論取哪種計(jì)算方式都應(yīng)該把每組中求得的最大值當(dāng)做水庫大壩設(shè)計(jì)高程。三種設(shè)計(jì)方式都應(yīng)該取該組的最大值。三種運(yùn)行條件計(jì)算壩體頂高程的比較如表2 所示。

表2 3種運(yùn)行條件計(jì)算壩體頂高程的比較一覽表

最終求得水庫目前壩頂高程為78.30m，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為半透水形式，一方面可以起到雙向擋水的作用，另外一方面短阻長透功能水壩高程和主庫區(qū)頂壩高程相符合。滿足擋水需要，而且也不低于78.09m高程的要求。

3 短阻長透功能案例水壩半透水槽結(jié)構(gòu)型式

為了確保壩體具有短阻長透的功能，案例水壩在高程區(qū)設(shè)置了半透水槽，這樣做不但保證了壩體的功能不受影響，同時(shí)也為后期維修管理工作帶來了巨大的便利。混凝土墊層厚度為30cm，厚度為10cm，底部厚度為20cm，其過水面積為2×3.5m。因?yàn)橥杆圯^長，所以施工過程中應(yīng)確保長度平行于壩體軸線。透水池橫剖面如圖2所示。

圖2 透水池橫剖面圖

因?yàn)樵跒V池中裝上了砂土，也就不需鋪設(shè)支持層，工作人員只需把找平層抹平即可，最后還需要鋪設(shè)一層土工膜。但是施工過程中我們應(yīng)該格外注意的是避免土工膜過緊，通常情況下為了保證具有良好的防滲效果，設(shè)計(jì)人員還會(huì)要求工人在土工膜上面鋪設(shè)20cm左右的過渡層，過渡層可以用石料也可以用砂土。由于混凝土池壁與土工膜連接處容易出現(xiàn)空隙，為了避免該位置滲漏還應(yīng)該在連接處涂刷2mm厚的瀝青。

4 短阻長透功能案例水壩半透水槽填充砂料系數(shù)的確定

前置庫的雨水經(jīng)過凈化后會(huì)經(jīng)過半透水槽流經(jīng)水庫中，因此半透水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、砂礫質(zhì)量能否滿足要求成為長期透水功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。砂礫滲透系數(shù)是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它決定了雨水停留的時(shí)間和透水槽的長度。由于前置庫中的水停留一段時(shí)間后才進(jìn)入下游水庫，所以，滲流透水池的時(shí)間T是確定砂料系數(shù)的重要依據(jù)。設(shè)壩體上下游的水頭差為1m，透水池的滲流長度分別為20、25、30、35時(shí),則時(shí)間T與滲透系數(shù)K的關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 時(shí)間T與滲透系數(shù)K的關(guān)系曲線

當(dāng)暴雨雨水在前置庫中的停留時(shí)間超過24h以后，可以有效去除水中80%以上的懸浮固體，參照?qǐng)D5-7曲線圖,確定透水槽滲透系數(shù)為初步選取透水槽的滲透系數(shù)為0.5cm/s，滲徑長度為30m。

5 短阻長透功能案例水壩半透水槽填充砂料的分段與作用

由滲透系數(shù)0.5cm/s以及30m的滲流長度最終確定透水槽長度為40m，為了起到防淤堵的效果把半透水槽分為滲流段和凈化段，具體如圖4所示。

圖4 半透水槽防淤堵滲流段和凈化段圖

滲流段：雨水在前置庫中需要停留1-2d的時(shí)間，再停留的時(shí)間內(nèi)需要進(jìn)行物理沉淀、生態(tài)降解等。由此可以看出滲流段的作用主要是控制滲流速度、延長滲徑，確保前置庫中的水得到充分凈化。施工的時(shí)候通常在透水槽中部位置裝置均質(zhì)砂料，確保滲透系數(shù)不高于0.5cm/s左右。

凈化段:前期沉降吸附以后仍然會(huì)有一部分未降解的懸浮物存于水中，設(shè)計(jì)半透水槽一方面可以在雨水到達(dá)主庫前去除這些懸浮物，另外一方面也避免了懸浮物流入滲流段。半透水槽去除懸浮物的過程是一個(gè)非常漫長的過程，因此水槽中的砂料時(shí)常出現(xiàn)淤堵的現(xiàn)象。當(dāng)枯水期前置庫水位較低的時(shí)候，主庫的水會(huì)經(jīng)過半透水槽進(jìn)入到前置庫，從而為前置庫提供了充足的水量，為水庫正常運(yùn)行提供了保證。從結(jié)構(gòu)來看半透水槽承擔(dān)著雙向輸水的作用，為了避免半透水槽內(nèi)滲流段砂料被淤堵，常常在槽兩端分別留有5m長的凈化段。

6 結(jié) 論

文章結(jié)合案例工程，將短阻長透功能水壩在結(jié)構(gòu)上劃分為擋水壩和半透水槽兩個(gè)主要功能部分進(jìn)行了研究，文中介紹了短阻長透功能水壩的技術(shù)結(jié)構(gòu)，梳理了短阻長透功能水壩的重點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)和功能。顯然，短阻長透功能水壩須勝任徑流攔蓄和水體雜物濾除的功能要求。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，分段半透水槽的設(shè)計(jì)相對(duì)關(guān)鍵，采用分段半透水槽的方式利于避免出現(xiàn)淤堵，也利于日后維護(hù)和管理。

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