江西省塘壩除險整治設計要點分析

鄭 勇，余 雷，王萱子

(江西省水利科學研究院，南昌 330029)

塘壩是山區、丘陵地區重要的水利工程設施，在農村飲水、農業灌溉、養殖、改善農村水土環境等方面發揮著舉足輕重的作用。根據江西省第一次全國水利普查塘壩統計數據，該省現有塘壩22.97萬處，總容積28.91億m3，其中容積在1萬(含)～10萬m3的塘壩有6.44萬處，容積總計22.37億m3。全省塘壩分布廣、數量多，運行多年普遍存在建設標準低、隱患多、投入少、管理弱等諸多問題。全省許多塘壩屬病險塘壩，需進行除險整治。

塘壩除險整治設計目前缺少統一的國頒或部頒建設規范和技術標準。為規范全省塘壩除險整治工程設計、施工和建設管理，通過對全省現有塘壩情況的典型調研，參考國外和省內外小型水庫工程建設標準，編制完成了《江西省塘壩除險整治技術指南》(以下簡稱指南)。指南通過近一年的工程建設實踐和檢驗，取得了良好的效果，現將其設計要點及創新之處進行總結分析。

1 塘壩大壩除險整治技術要點

該省塘壩除險整治原則上不加高大壩，如防洪標準不滿足規定要求的，優先采用加大泄洪能力等工程措施。確需加高大壩的，須經縣級水行政主管部門批準。塘壩大壩除險整治技術要點主要從一般構造要求、防滲處理技術要求、反濾排水技術要求三方面進行闡述分析。

1.1 壩體一般構造要求

1.1.1 壩頂超高

壩頂高程應不低于塘壩靜水位與壩頂超高之和。按設計洪水位加正常運用條件的壩頂超高和校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高兩種情況計算，取最大值。

壩頂超高:Y=R5%+A

式中 Y——壩頂超高;

R5%——累計頻率5%的波浪爬高，可按指南附錄D查算，也可采用當地經驗數據;

A——安全加高，設計洪水位取0.5m，校核洪水位取0.3m。

由于塘壩除險整治原則上不加高大壩，故設計洪水位和校核洪水位可按下列公式進行反算:

塘壩的設計洪水位=塘壩的壩頂高程－0.5－R5%

塘壩的校核洪水位=塘壩的壩頂高程－0.3－R5%

1.1.2 壩頂構造及壩坡

考慮到塘壩壩頂的交通、防汛搶險的需要，重點塘壩壩頂寬度宜不小于4.0m，其余塘壩壩頂寬度宜不小于3.0m。其中，重點塘壩是指壩高超過10m、串聯型塘壩的最上級，位于高暴雨區、人口居住密集地或重要設施(如公路、鐵路等設施)上游500m以內，如失事可能直接造成下游人員傷亡或設施損毀的塘壩。

通過對黏土、壤土、砂壤土三類土質類型，壩高20m以下塘壩各種運行工況的滲流穩定模擬計算，偏于安全考慮，要求塘壩上、下游壩坡坡比(若有多級壩坡，指平均坡比)宜不小于表1要求。壩高超過20m時，上、下游壩坡坡比應按相關規范要求計算確定。

表1 不同土質類型的塘壩壩坡坡比的要求

1.2 壩體防滲技術要求

部分壩體單薄，需進行培厚。對于可放空的塘壩，原則上要求在大壩上游坡進行培厚，并盡可能與壩體防滲處理相結合。對于不能放空的塘壩，可在大壩下游坡進行培厚，培厚土體應采用透水性較好的材料。新設置的土質心墻、斜墻等防滲體及壩基截水槽，其滲透系數應不大于1×10－5cm/s;均質土壩壩體滲透系數宜不大于1 ×10－4cm/s。

塘壩壩體或心墻等防滲體不能滿足防滲要求的，可以采用增設黏土斜墻結合壩基截水槽的防滲處理或采用沖抓套井回填黏土心墻進行防滲處理，優先采用增設黏土斜墻結合壩基截水槽的防滲處理方案。

1.2.1 斜墻防滲體技術要求

斜墻上薄下厚，頂部厚度一般不應小于1.0m，底部厚度不小于壩前水頭的1/4～1/6、并且不小于2m，斜墻頂不應低于校核洪水位。斜墻與兩岸山坡接觸部位一般應放寬1倍。斜墻黏土的滲透系數不大于1×10－5cm/s，水溶鹽含量不大于3%，有機質含量不大于2%。截水槽底寬一般不小于2.0m，且應深入至基巖或相對不透水層以下不小于0.5m。

1.2.2 沖抓套井回填黏土心墻技術要求

沖抓套井回填黏土防滲心墻一般設置為單排，有效防滲厚度0.8m。土料應采用黏土，滲透系數不大于1.0×10－5cm/s，黏粒含量以15% ～40%為宜，塑性指數為7～20，水溶鹽含量不大于3%，有機質含量不大于2%，且應有較好的塑性和滲透穩定性。墻底部至基巖或覆蓋層以下不小于0.5m。

1.3 反濾排水技術要求

新填筑的壩體土料與相鄰土層間如不滿足層間關系，應設置合理的反濾層和過渡層。土質防滲體與壩殼排水體或壩基透水層之間應滿足反濾原則，否則應設置反濾層或同時設置反濾層和過渡層。對反濾層過渡層的設計及要求可參見《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274—2001)。

下游壩面宜設置壩體排水設施，排水設施應具有充分的排水能力，同時應滿足反濾要求，保證滲透穩定。壩體排水一般有貼坡排水和棱體排水兩種。

貼坡排水:推薦修建貼坡排水。排水體厚度(含反濾厚度)不小于0.6m，排水體高度取(1/3～1/4)H壩高。

棱體排水:在塘壩整治中一般不推薦新建，翻修的棱體排水體頂部寬度不小于0.8m，排水體頂高程應超過壩腳最高水位和地面1.0m，排水棱體的高度一般為壩高的1/4～1/5，棱體內坡可采用1∶1，外坡可采用1∶1.5。

2 塘壩溢洪道除險整治技術要點

應優先選用泄洪能力大、運行管理方便的開敞式無閘控制溢洪道。溢洪道布置一般包括進水渠、控制段、泄槽段、消能段及出水渠段。

2.1 進水渠

進水渠進口型式可根據進水口地形選擇布置，因地制宜采用對稱或基本對稱的八字形或弧形，八字形進口施工更簡單，弧形進口水流條件更好。進水渠底寬順水流方向收縮時，進水渠首、末端底寬之比宜在1.5～3之間，在與控制段連接處應與溢流前緣等寬。底板宜為平底或不大的反坡。進水渠的導墻應使水流平順，且應高于泄洪時的最高水位。

2.2 控制段

控制段堰型可采用寬頂堰、折線堰、薄壁堰等型式。各堰型的適用條件及設計見表2。

表2 寬頂堰、折線堰、薄壁堰適用條件及設計對比

式中 b——每孔凈寬度，m;

m——流量系數，直角形翼墻無坎寬頂堰，偏安全考慮認為B=b;

H0——包括行進流速水頭的堰前水頭，認為H0=H。

舉例:興國縣××鄉××村××塘壩，集雨面積為0.4km2，校核洪水標準為50年一遇，河谷形狀為峽谷形，河流縱坡比較平順，滿庫時壩前水面寬度(B)經測量為200m，溢洪道堰頂至壩頂水深(H)為1.5m，滿庫時水面長度(L)經測量為200m。設計:溢洪道的溢流凈寬。

計算步驟:

a.確定塘壩所在分區:根據指南查計算水文分區圖，知在Ⅰ區。

b.集雨面積為0.4km2，洪水頻率2.0%，查指南附錄C.2表可得洪峰流量Qm=16.87m3/s和洪水總量Wi=3.6×104m3。

溢洪道的溢流凈寬可按下式計算:

c.V滯= θ·B·H滯·L=0.3×200×200×1.5=1.8×104m3;

參照武漢水利電力學院農水系編的《小型水庫工程》，利用公式進行容積估算，亦可查指南附錄B。

e.溢洪道的溢流凈寬:

設計溢洪道的寬取為3.5m。

對位于高暴雨區或有特殊要求的塘壩，也可挖深溢洪道，使溢洪道的底板高程低于正常水位50～100cm，在底板上設一厚10～15cm的擋水板，擋水板頂部高程與正常水位平齊，當遇超標準洪水時，開啟擋水板加大泄洪能力。

2.3 泄槽段

泄槽底板根據基礎情況，可采用混凝土或漿砌石襯砌，混凝土襯砌厚度不小于20cm，強度等級據水流速度大小一般為C20～C25，漿砌塊石襯砌厚度不小于30cm。若基礎為堅硬巖體，也可不做襯砌保護。

2.4 消能段

出口消能的方式主要有挑流消能和底流消能兩種方式。挑流消能適用于出口為高陡山谷、基礎抗沖性能滿足要求時，底流消能適用于出口底板基礎條件差、抗沖性能不滿足要求時。

3 塘壩壩下涵管除險整治技術要點

對于需整治處理的壩下涵管，加固方案有拆除重建和維修加固兩種方式。拆除重建方式中可采用原址或異址重建鋼筋混凝土結構涵管或小管徑頂管法等處理方案。維修加固方式中可采用保留原管身段、對涵管進行接長、并重建進出口段，或采用內襯PE管法進行處理，但均需注意其適用條件，經多方案比較后確定。

3.1 拆除重建

對于原結構形式為瓦、素混凝土、鋼絲網薄殼等的壩下涵管，或結構已遭破壞的壩下涵管，原則上應拆除重建。

3.1.1 原址或異址重建鋼筋混凝土結構涵管

重建的壩下涵管一般由進口段、管身段及出口段三部分組成。

3.1.1.1 進口段

塘壩的涵管進水口型式主要有分級臥管式進水口(斜涵)、斜拉閘門式進水口兩類。

a.分級臥管式進水口。適用于引水流量小、水頭在30m以下的情況，此結構簡單，施工方便，且便于引取表層水，對農作物生長有利。

b.斜拉閘門式進水口。適用于基礎穩定的情況，施工方便，造價低。

3.1.1.2 管身段

管身斷面型式主要有圓形、矩形和城門洞形。管身四周設C25混凝土結構的截水環，用以防止管身外圍產生集中滲流。混凝土結構分縫寬20mm，縫內設止水銅片(紫銅)，瀝青杉板填縫。

a.對于壩高≥10m的塘壩，為滿足檢修要求，管身推薦采用尺寸為80cm寬(B)×120cm高(H)的鋼筋混凝土平涵。

b.對于壩高＜10m的塘壩，管身結構仍采用鋼筋混凝土，結構以滿足灌溉要求而確定。

3.1.1.3 出口段

出口段一般距壩腳較近，若出口流速較大，可設消力池以減小流速，使水流平順而均勻地進入渠道。

對于異址重建鋼筋混凝土結構涵管，原涵管應進行可靠的封堵，封堵長度可取涵管長的1/3。

3.1.2 小管徑頂管法

小管徑頂管法不需破壩，主要適用于管徑小于50cm的壩下涵管重建工程，工程量少，施工期短，節約勞力，節約鋼材、水泥和資金，工程質量可以得到保證，對塘壩蓄水影響小。

重建的涵管中心線應通過土壩填土部分的壩體，避開兩壩肩的山坡，以免碰到堅硬的原山體或巖石，導致頂管失敗。同時也要求土壩壩體的沉陷已穩定，否則重建的輸水涵管會因不均勻沉陷而遭到損壞。其工作原理是根據打樁的原理，將鋼管頂進壩內。

3.2 維修加固

對于結構未遭破壞的壩下涵管，可采用保留原管身段，對涵管進行接長，并重建進出口段，或采用內襯PE管法進行處理。

進出口段重建設計與“原址或異址重建鋼筋混凝土結構涵管”的進出口段設計相同。對于涵管內襯PE管，其管徑應小于原有管道的管徑，規格尺寸可參照規范《給水聚乙烯管道管材標準》(GB/T 13663—2000)。

4 結語

近年來，國家高度重視農村塘壩除險整治工作，專門拿出資金用于農村塘壩除險整治。做好塘壩除險整治工作，保證塘壩運行安全可靠，對夯實農村經濟和社會發展基礎具有重要意義。■

1 SL 274—2001碾壓式土石壩設計規范［S］.

2 SL 189—96小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則［S］.

3 SL 253—2000溢洪道設計規范［S］.

4 武漢水利電力學院農水系.小型水庫工程［M］.北京:人民教育出版社，1978.

5 GB/T 13663—2000給水聚乙烯管道管材標準［S］.