淺談小型水庫土石壩除險加固設(shè)計要點

陶潺平 徐倩倩

【摘要】從浙江現(xiàn)存的小型水庫土石壩的特點出發(fā)，結(jié)合浙江地區(qū)的具體實際和相關(guān)的成功經(jīng)驗來對小型水庫土石壩的除險加固給出合理化的建議。

【關(guān)鍵詞】小型水庫；土石壩；除險加固設(shè)計

一、設(shè)計方案的規(guī)劃

浙江地區(qū)的小型水庫攔水建筑物以土石壩居多，因為規(guī)模較小，并且年代久遠(yuǎn)，相關(guān)的建設(shè)資料和數(shù)據(jù)缺少，因此不能像大壩那樣，直接利用已有的數(shù)據(jù)信息進行除險加固的方案設(shè)計。所以對小型水庫土石壩的除險加固，可以通過現(xiàn)場踏勘及了解原有壩體的構(gòu)造、壩基地質(zhì)狀況的前提下，制定具體的除險加固方案。同時加固措施的選擇和設(shè)計要依據(jù)資金投入的力度和各個地區(qū)不同的情況來確定。最后的方案，既要節(jié)省資金又要保證方案的科學(xué)合理，確保其可行性。

二、除險加固設(shè)計要點

1.壩體和壩基的加固防滲設(shè)計

壩體和壩基的加固防滲設(shè)計在方案設(shè)計階段應(yīng)根據(jù)實際情況具體確定，根據(jù)筆者實踐，在考慮經(jīng)濟的情況下壩體防滲主要考慮套井回填、粘土斜墻、土工膜防滲。壩基防滲主要考慮帷幕灌漿或者開挖回填粘土。

當(dāng)原有壩體防滲采用粘土心墻防滲且滲漏不滿足規(guī)范要求，則在進行防滲加固設(shè)計時，可考慮采用套井回填進行防滲加固設(shè)計，但不宜采用粘土斜墻防滲，以防在水位降落時，在斜墻和心墻間形成“水包”對上游壩坡穩(wěn)定造成不利影響，若在該情況下一定要采用粘土斜墻進行壩體防滲，應(yīng)充分認(rèn)識“水包”對上游壩坡的不利影響，以確保壩坡安全。當(dāng)原有壩體防滲采用粘土斜墻時則可采用粘土斜墻防滲，該方法施工簡單，施工質(zhì)量容易保證。當(dāng)原有壩體為均質(zhì)壩時，則在考慮壩體成孔情況下，可分別采用套井回填或者粘土斜墻進行防滲加固設(shè)計。當(dāng)項目區(qū)附近粘土料匱乏且壩體防滲為粘土斜墻或者均質(zhì)壩時，則可考慮采用土工膜防滲，但是在采用該方法時，應(yīng)加強施工管理，確保施工質(zhì)量。

當(dāng)壩基透水層為土料且厚度較薄時可考慮挖除原有土料后回填粘土進行防滲，當(dāng)壩基透水層為巖基時則考慮采用帷幕灌漿。

在壩體和壩基的加固防滲處理時，應(yīng)使壩體和壩基的防滲體形成統(tǒng)一體，徹底截斷滲漏通道，使水庫滿足蓄水功能。

2.排水體設(shè)計

秉承上截下排的原則，應(yīng)做好排水體的設(shè)計工作，目前排水體類型主要存在貼坡式排水、棱體排水、褥墊式排水、管式排水等，在小型水庫土石除險加固設(shè)計中應(yīng)用較多的是貼坡式排水和棱體排水，排水體具體應(yīng)用條件筆者不再詳細(xì)介紹，讀者可翻閱相關(guān)文獻查詢，筆者只對棱體排水體的應(yīng)用材料進行討論。翻閱相關(guān)文獻查詢發(fā)現(xiàn)對排水棱體的材料幾乎都采用塊石砌筑，但是在筆者具體實踐中發(fā)現(xiàn)，項目區(qū)往往存在石料短缺的情況，且外購成本高，對工程建設(shè)帶來很大的麻煩，但是筆者又發(fā)現(xiàn)，往往在工程開工建設(shè)后，在土石方開挖過程中會形成石渣，通過具體實踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對排水體做好反濾的前提下，用石渣替代塊石后，再在石渣外表鋪筑一層方塊石，形成的“石渣排水棱體”不僅能滿足排水的功效還能大大降低工程造價，且不影響美觀，是一種不錯的替代排水體。

3.壩坡設(shè)計

壩體上下游壩坡應(yīng)結(jié)合地質(zhì)資料并通過STAB、AUTOBANK、理正巖土等軟件進行滲流分析和壩坡穩(wěn)定計算，最終確定上下游壩坡坡度。壩體上游坡的護坡一般采用混凝土預(yù)制塊護坡或者干砌塊石護坡，其中混凝土預(yù)制塊護坡在水庫運行較長時間后，預(yù)制塊會出現(xiàn)發(fā)黑的情況，影響美觀，筆者建議在經(jīng)濟可行的情況下可采用干砌塊石護坡。

4.溢洪道設(shè)計

由于現(xiàn)存的小型水庫土石壩在歷史上很多是村民自行修建，未進行水文分析及水力計算，導(dǎo)致溢洪道存在泄洪能力不足問題。因此，在除險加固設(shè)計中，溢洪道的設(shè)計應(yīng)引起足夠的重視。在復(fù)核現(xiàn)有正槽溢洪道過流能力時，碰到過流能力不足，且無法擴大正槽溢洪道寬度時，則可考慮布置側(cè)槽溢洪道。

由于小型水庫土石壩多位于偏遠(yuǎn)的山區(qū)，交通不便利，不便于人員及時直接進入到現(xiàn)場進行管控。因此，小型水庫土石壩的溢洪道應(yīng)該保持通暢，進口不應(yīng)設(shè)置閘門；溢洪道要建造在穩(wěn)定的地段上，具體要根據(jù)地形、地質(zhì)進行合理規(guī)劃；溢洪道應(yīng)該盡量采取直線型軸線，如果由于地形的原因需要轉(zhuǎn)彎，應(yīng)該采取內(nèi)轉(zhuǎn)。

5.放水設(shè)施設(shè)計

小型水庫土石壩的放水設(shè)施很多采用壩下埋管，由于運行時間長，存在不同程度的管道漏水、管道與壩體接觸漏水，且管道往往未座落于基巖上，對土石壩的運行造成極大的安全隱患，因此在除險加固設(shè)計中，尋找新的放水設(shè)施替代方案顯得尤為重要。

小型水庫土石壩在壩高不高的情況下，可以采用虹吸管式的放水設(shè)施，虹吸管的允許真空度一般限制在6-8m水柱以內(nèi)，在此范圍內(nèi)虹吸管均能夠安全運行。虹吸管建設(shè)完畢后應(yīng)對原有的放水涵管進行封堵。

當(dāng)壩高較高，虹吸管不滿足布設(shè)要求時可采用放水隧洞進行放水，該法投資較高。

三、土石方平衡分析及軟件應(yīng)用

土石壩除險加固設(shè)計中，不可避免的涉及到土石方的開挖和土石方的回填，過大的土方開挖，不僅會增加造價，還會造成環(huán)境的不利影響，比如水土流失、棄土占地等問題，土石方開挖量的不足，又會造成土石壩填筑料的不足，則需考慮外運，也不可避免的增加投資。因此理想的結(jié)果是土石方開挖和回填做到平衡，因此在方案設(shè)計階段，設(shè)計人員就應(yīng)做好土石方平衡的概念設(shè)計，而為了快速高效的進行方案設(shè)計，則需借助輔助軟件（否則將會費時費力，且達不到好的效果），筆者在這里向讀者推薦AUTOCAD CIVIL 3D軟件，該軟件可以較好的解決土石方平衡分析問題，感興趣的讀者可以嘗試。

結(jié)語：

雖然小型水庫土石壩對所在地的農(nóng)田灌溉、防洪防旱、水產(chǎn)養(yǎng)殖起到的重要作用。但是我們也應(yīng)正視小型水庫土石壩在歷史上較多的由村民自行修筑，或者是邊設(shè)計、邊施工、邊調(diào)整的工程，導(dǎo)致現(xiàn)存的小型水庫土石壩存在很多先天不足。因此在新時期的小型水庫除險加固中，我們要考慮周到全面，尤其設(shè)計方更應(yīng)高度重視，抓住問題重點，將問題消滅于源頭。