應用PE管處理山塘壩內涵管的實踐與體會

胡余富

(天臺縣三合鎮水利站,浙江天臺 317206)

應用PE管處理山塘壩內涵管的實踐與體會

胡余富

(天臺縣三合鎮水利站,浙江天臺 317206)

壩內涵管是“大壩心臟病”,應用PE管處理壩內涵管是一種山塘綜合治理的新方法,簡單、安全、實用,并取得了成功,應用PE管處理壩內涵管工程實例,工作實踐中的經驗與體會。

壩內涵管 山塘 PE管處理

1 三合鎮山塘基本情況

三合鎮位于天臺縣東部,處于里石門水庫灌區未端,現有小(2)型以上水庫5座,1萬方以上山塘32座,總蓄水量301萬m3,其中山塘庫容80萬m3,山塘占全鎮農田灌灌面40%,山塘對于農業生產有著十分重要的地位。因此,保證山塘安全,對保證農業灌溉和村民生活供水起到十分重要的作用。

我鎮水庫、山塘基本上建于上世紀五、六十年代,大壩為土壩,輸水建筑物多采用壩內涵管形式,涵管分為煉瓦管、砌石方涵、石板三角涵等幾種,受當時財力、物力及技術條件的限制,一般是受益村自行組織施工,無規范的設計圖紙,土法上馬,倉促施工,由于原設計施工資料嚴重缺失,且涵管深埋在壩下,涵管病害嚴重程度難以查明,病害一旦發展則對大壩威脅極大。山塘經過五、六十年的運行,老化失修,大多數涵管存在滲漏甚至破裂等嚴重的安全隱患,影響大壩的正常運行。因此,必須有效治理壩內涵管這個“大壩心臟病”,從而保證山塘安全。

從我鎮幾年來治理山塘壩內涵管的工程中發現,壩內涵管存在的主要問題有：(1)涵管基礎地質條件差,壩身煉瓦管破碎,不均勻沉陷導致涵管損壞;(2)壩體填筑施工質量差,壩內涵管與大壩防滲體結合不嚴密,造成沿涵管外壁的接觸滲漏沖刷或壩體變形導致涵管損壞;(3)涵管砌筑質量差引起破裂漏水;(4)進水口閘門或防滲結構損壞引起滲漏等。

根據山塘壩內涵管病害的成因,結合工程實際,我鎮幾年來主要應用PE管進行壩內涵管處理,取得了成功。本文就應用PE管處理壩內涵管工作中的摸索的經驗和問題作介紹和分析,供同仁參考。

2 應用PE管處理壩內涵管的優缺點分析

處理壩內涵管可用PE管、鋼管、鋼筋砼管,相比而言,PE管有以下優點：

(1)PE管聯接可靠,不存在接頭漏水缺陷：PE管材用高密度聚乙烯塑料制成,管道間采用電熱熔方式連接,接頭的強度高于管道本體強度,連接穩定可靠;而鋼筋砼管接頭存在接頭漏水隱患。

(2)適應高低溫、抗沖擊性、抗應力開裂性好、耐化學腐蝕性好。聚乙烯的低溫脆化溫度極低,可在-60～60℃溫度范圍內安全使用。HDPE具有低的缺口敏感性、高的剪切強度和優異的抗刮痕能力,耐環境應力開裂性能也非常突出。PE管道可耐多種化學介質的腐蝕。

(3)耐老化,使用壽命長：根據廠家資料,含有2～2.5%的均勻分布的碳黑的聚乙烯管道能夠在室外露天存放或使用50年,不會因遭受紫外線輻射而損害。PE管外包砼,埋在土壩底下,更是隔絕了空氣,管材老化外界條件消滅,PE管的使用年限則更可成倍增加。

(4)耐磨性好：PE管道與鋼管的耐磨性對比試驗表明,PE管道的耐磨性為鋼管的4倍,PE管道具有更長的使用壽命和更好的經濟性;和鋼管比較,施工工藝簡單,有一定的柔韌性,更主要的是不用作防腐處理,將節省大量的工序。

(5)可撓性好：PE管道的柔性使得它可以輕微彎曲從而改變管道走向,避免了鋼管和鋼筋砼管不可彎曲的缺點。

(6)水流阻力小：PE管道具有光滑的內表面,其曼寧系數為0.009。光滑的表現和非粘附特性,保證PE管道具有較鋼管、鋼筋砼管更高的輸水能力和更低的管路的壓力損失、輸水能耗。

(7)搬運方便：PE管道比混凝土管、鍍鋅管和鋼管更輕,它容易搬運和安裝,更低的人力和設備需求,工程的安裝費用大大降低。

3 應用PE管處理山塘壩內涵管的工程實踐

3.1 直線涵管,采用內插PE管處理下井山塘壩內涵管工程實例

下井山塘位于天臺縣三合鎮合酋村,是一座以灌溉為主的山(1)型山塘,山塘集雨面積0.252km2,總庫容9.56萬m3。經檢查,放水涵管漏水,原涵管為鋼筋砼管呈直線,分析認為原管接頭未處理好漏水可能性大,因此,采用開挖涵管進口段新接PE管處包砼并增設截水環后重新回填黏土夯實防滲與原涵管內插PE管封堵灌漿方法進行處理。

首先開挖原壩內涵管進口段,開挖到管頂以上土厚約3米位置,在原壩內涵管內插一根DN200PE管(公稱壓力1.0Mpa),里壩原涵管進口段開挖部分PE管外包20厘米厚C20砼,加做2道C20砼截水環。里壩開挖面處用1道C20砼截水環封堵,外壩出口端用砼封堵,預留灌漿管與通氣管,在原涵管與PE管壁間的空隙先灌水泥砂漿而后再進行多次充填水泥灌漿,以避免漿液干縮形成微隙。最后涵管的進口段重新回填黏土分層夯實。

3.2 裘鳳徐山塘原涵管破損嚴重且涵管軸線彎曲,采用挖除壩內涵管新建PE管外包砼涵管工程實例

裘鳳徐山塘位于天臺縣三合鎮上山村裘鳳徐自然村上,是一座以供水、灌溉為主的山(1)型屋頂山塘,山塘集雨面積0.45km2,總庫容8.74萬m3。經調查,外壩坡腳滲漏,涵洞出口為砌石方涵,方涵軸線彎曲不直,曾發生中段方涵堵塞并漏水造成外壩坡滑坡。處理方案選擇上我們進行了比較,由于原方涵堵塞破損且軸線彎曲不直,無法用內插PE管的辦法來處理,因此,選擇挖除原壩內方涵新建PE管外包砼的方案進行處理。

先進行涵管部位壩體土方開挖,挖至砌石放水方涵,揭除方涵蓋板,發現砌石放水方涵前半部依左壩腳隨山坡巖體內隨彎挖槽,槽頂蓋石板,后半部為砌石方涵,經測量方涵部位最大壩高9.1m。原方涵前半部巖基管槽用手風鉆修整突彎部位至微彎曲,挖除后半部干砌石方涵,砌筑C15砼灌砌石管槽,將DN300PE管(公稱壓力1.0Mpa)埋入涵管槽中,PE管外四周外包厚度不小于30厘米的C20砼澆筑振搗密實,從大壩心墻中心位置涵管處開始向前每隔4米設1道截水環共設5道截水環,新建涵管頂上進口到大壩外壩頂線部位回填黏土分層夯實,外坡部分回填原壩體同類土。

4 總結與體會

4.1 因地制宜,不同的壩內涵管選取不同處理方案

(1)直線涵管,首先選用內插PE管處理壩內涵管方案。內插PE管處理壩內涵管方案具有不破壞原有壩體,風險小,施工期短,PE管不會出現節頭漏水,不會新增安全隱患,技術簡單,工程開挖量小,節省工程投資等諸多優點。筆者認為壩內涵管處理應優先考慮這一方案。

(2)原涵管破損嚴重或涵管軸線彎曲,選用挖除壩內涵管新建PE管外包砼涵管方案。

原涵管破損嚴重,需要挖除重埋新涵管;原壩內涵管軸線彎曲,無法用內插PE管的辦法來處理,PE管線可以彎曲布置,PE管外包砼后抗滲漏抗老化起到了雙保險,選擇挖除原壩內涵管新建PE管外包砼的方案進行處理,這也是壩內涵管徹底的處理方案。但須注意新建涵管部位土壩回填施工質量要求較高,壩高較高時,要高度重視開挖后壩體的回填部分與原壩體之間的不均勻沉降問題,另外,涵管處在壩底,導流增加費用。筆者認為挖除原壩內涵管新建PE管外包砼的方案適合于壩高不高、工程量較小的情況,涵管斷面壩高超過10m時應慎用這一方案,若選用須經過比較再決定采用。

4.2 壩內涵管處理施工期宜選在冬春季節,至少提前3個月放空山塘,使壩內土體水充分析出,在回填土時填土與原土的含水率相近

4.3 PE管選用應注意的問題

市場上PE管魚目混珠,有些不法廠商專門生產回料管低價促銷,回料管嚴重縮短使用壽命,必須嚴格把關杜絕使用回料管。因山塘土壩壩高較低,壩內涵管從壓力上選用最低等級均可滿足要求,從使用壽命角度考慮,宜選用1MPa壓力的PE管,由于壁厚的增加,使用年限更久。

4.4 涵管部位的開挖邊坡比的取值。

原涵管部位的壩體開挖的邊坡比從接坡壩體回填土的不均勻變形要求角度考慮,開挖坡比要放緩1：1.5以上,若如此則被挖壩體占壩長比例很高,且施工時間也延長,這樣因投資大而挖舊涵管建涵管方案就不可行。為節約投資縮短工期,涵管部位壩體開挖邊坡一般都相對陡,5米壩高開挖坡比可取1：0.75;10米以內分二級馬道,上級開挖坡比1：0.75,下級開挖坡比1：0.75或1：1,視壩體土干濕而定。

4.5 涵管部位壩體回填土要求

涵管部位壩體回填土的好壞關系到與原壩體間接合部的不均勻沉降問題,若回填壩體不好可能造成不均勻沉降而產生大壩橫向裂縫,橫向裂縫是土壩最致命的病害。因此對回填土料的質量以及施工質量等都要提出明確的指標要求,回填土料必須采用黏土,回填土料黏粒含量在30%左右,回填土壓實度按不小于95%,滲透系數小于1×10-5cm/s控制。回填土夯實是關健,截水環和管外包砼1米范圍內回填土料須采用人工夯實,管頂1米以上部位回填土料采用機械連環套打夯實。

4.6 新建涵管砼截水環的設置

截水環能有效延長滲徑,有效防止接觸滲漏,因此新建涵管設置砼截水環是必要的,涵管應埋入基巖,開挖邊坡與涵管之間狹窄的空隙須用混凝土回填,砼截水環周邊的回填土都要人工夯實。截水環設置不必過密、外徑過大,一般截水環間距以3～5米為宜。

胡余富(1960.11—),男,助工,中專,從事水利工程建設、管理工作。