山塘综合整治工程技术措施应用分析

徐继辉

(龚坊镇水务站，江西 抚州 344307)

江西省抚州市乐安县龚坊镇水资源相对较丰富，能够满足周边地区的水资源供应。浯塘村甲山山塘由于长期没有进行维护，缺少经费支持，多年没有进行过加固处理，存在诸多安全隐患。例如山塘现在仍无水位检测、其他检测设备以及管理房；水库在日常运行过程中有明显渗漏现象，严重影响大坝的安全。从目前浯塘村甲山山塘的效益来看，灌溉面积超过20 hm2，但是由于长期没有进行维护加固，溢洪道断面偏小，末端无消能防冲设施，洪水不能安全下泄，属于高风险山塘。基于以上因素，迫切地需要对山塘进行综合整治[1]。

1 浯塘村甲山山塘现状和主要问题

1.1 基本现状

浯塘村甲山山塘位于乐安县龚坊镇，是一座以灌溉为主的山塘，总容积3.8万m3，灌溉面积约20 hm2，同时还起到保护下游人口的作用。现状山塘工程枢纽主要包括1座大坝、1条输水涵管和1座溢洪道。坝面、坝脚无排水设施；溢洪道断面偏小，淤塞严重。设计现状特征值如表1所示。

1.2 存在的问题

由于该山塘工程长期没有维护和整修，所以存在诸多问题。例如坝顶宽度较窄，上、下游坝坡较陡，并且均未进行过护坡处理，坝脚无相应的排水设施；斜卧管、平管裸露，斜卧管冲毁，平管混凝土出现明显的老化和开裂；溢洪道断面偏小，无法满足泄洪需求；大坝无水位水情观测及安全监测设施。

表1 甲山山塘现状特征

从安全评价和运行的角度来讲，甲山山塘存在多方面问题，山塘工程不能按照原有设计要求正常运行，综合评价为病险山塘，具体问题如表2所示。

表2 甲山山塘安全问题

基于表2分析，鉴于甲山山塘功能以灌溉为主，兼具防洪和养殖，山塘工程从建成以来对当地经济发展起到了重要作用，但由于后期缺乏科学的养护，导致目前存在诸多安全隐患，所以迫切需要对甲山山塘进行加固除险。

2 甲山山塘综合整治施工措施

2.1 塘坝库容及其附属建筑物的洪水标准

结合甲山山塘的现状，需要对坝体、溢洪道、涵管等方面进行综合整治。

目前甲山山塘的总容积为3.8万m3，但是考虑到时间的推移，正常容积为3.4万m3，死容积为0.35万m3。除险整治的洪水标准必须结合周围地形地貌来确定，具体如表3所示。

表3 甲山山塘建筑物洪水标准

按照表3的洪水标准，如果山区、丘陵区的挡水高度<15.0 m，上、下游水头差<10.0 m时，其防洪标准可按平原区的确定；当平原区挡水高度>15.0 m，上、下游水头差>10.0 m时，其防洪标准可按山区、丘陵区的确定。高风险山塘的洪水标准应按上限值取用。根据山塘工程等级划分标准，复核本山塘工程等别为Ⅵ，大坝、溢洪道和输水涵管等主要建筑物级别为6级[2-4]。

2.2 山塘坝体整治方案

(1)坝体的整治首先需要确定高程和水位。按现状坝顶设计高程降低≥0.6 m确定校核洪水位，按校核洪水位降低≥0.2 m确定设计洪水位，按设计洪水位降低≥0.2 m确定正常蓄水位，按涵管最低出水位确定死水位。甲山山塘风区吹程为92.0 m，多年平均最大风速为15 m/s，上游坝坡设计坡比为1∶3.0，根据《江西省塘坝除险整治技术指南》相关标准确定洪水位。设计洪水位=塘坝坝顶高程-0.5R5%，校核洪水位=塘坝坝顶高程-0.3R5%，塘坝坝顶高程为88.86 m，R5%为0.27 m。

经计算可以确定塘坝的校核洪水位为88.29 m(按现状坝顶设计高程降低≥0.6 m确定校核洪水位)，设计洪水位为88.09 m(按校核洪水位降低≥0.2 m确定设计洪水位)。

(2)坝顶宽度确定。本设计将山塘坝顶宽度统一修整到3.0 m，同时确保坝面整平。坝顶道路横向坡度为2%，向下游倾斜。

(3)上、下游坝坡。本山塘边坡为壤土，最大坝高为4.86 m，具体参照表4，确定本次整治设计大坝的上游坡坡比为1∶2.00，下游坡坡比为1∶1.75。

表4 山塘坝坡相关标准要求

(4)防渗护坡设计。甲山山塘为均质坝，经过多年的运行加上长期未进行维护，已经出现明显的渗漏现象，所以综合考量后确定使用C15混凝土预制块对大坝进行护坡加固处理，以此来提高防渗效果。

确定的大坝设计洪水位为88.09 m，大坝上游坡采用10 cm厚的C15混凝土预制块护坡；下游坡采用草皮护坡。

(5)排水设计。为了确保大坝的安全运行，须在现有基础上增加排水沟，结合对坝顶的改造设计，在塘坝下游坝坡与岸坡连接处增设坝面纵向排水沟及坝脚排水沟，采用砖砌抹面结构, 尺寸为25 cm×25 cm。

2.3 溢洪道整治设计方案

甲山山塘所在区域为IV区，山塘的集雨面积为0.06 km2，洪水频率为2%，结合《江西省塘坝除险整治技术指南》相关规定可以计算出洪峰流量Qm为10.58 m3/s，洪水总量Wi=60 000 m3。

由于本塘坝溢洪道堰顶高程为87.89 m，初步确定溢洪道堰顶高程为87.89 m，塘坝容积的计算如式(1)：

V滞=θBHL

(1)

式中：V滞为塘坝容积，m3;θ为系数，取0.4；B为山塘大坝在满库之前水面高度，通过历史测量数据，确定为63 m；H为溢洪道堰顶至坝顶水深，通过历史测量数据，确定为1.27 m；L为满库时水面长度，经测量为153 m。经计算V滞=4.8万m3。

本次设计溢洪道宽度为2.0 m，经计算，加固后溢洪道宽度满足泄洪要求。

根据《江西省塘坝除险整治指南》标准，溢洪道的宽度能够满足大坝泄洪的要求，同时还需要对溢洪道底板及边墙进行衬砌加固处理。溢洪道新建边墙及底板衬砌(桩号Y0-005～Y0+018段)，底板高程为87.39～87.79 m，长18.0 m，宽2.0 m，底板厚0.2 m；两侧边墙高1.0 m，墙顶宽0.5m,下设0.1 m厚C15混凝土垫层；其后按底宽1.0 m，两侧边坡坡比1∶0.75开挖，与下游渠道衔接。

2.4 灌溉涵管整治设计方案

2.4.1 平涵结构

底涵进口段位于涵管最前端，长度设置为1.0 m，底宽为1.4 m，两侧边墙为C20混凝土结构。新建涵管为C25钢筋混凝土方型结构，位于原坝下涵管处，内部埋设直径0.3 m波纹管，外包0.2 m厚C25混凝土。涵管底部设置C15混凝土垫层，厚度为0.1 m。涵管全长26.0 m，每隔10 m分缝，采用沥青杉板填缝，接头设C25混凝土截水环，并以1.0 mm止水铜片止水。涵管进口底板高程为84.50 m，出口底板高程为 84.37 m，坡比i=0.5%。涵管出口设消力池长2.0 m，深0.3 m，底宽1.6 m；消力池出口以C20混凝土进行渠道衬砌与原灌溉渠连通。

新建成的涵管上游坝体和坝轴线均用黏土进行回填施工，下游的坝体使用原坝体开挖出的土回填，做好夯实处理。回填土要求分层压实，厚度≤30 cm，压实度≥0.96。

回填黏土料的设计指标如下：

(1)渗透系数K≤1.0×10-5cm/s。

(2)设计干密度rd>1.61 g/cm3。

(3)压实度≥0.96。

2.4.2 斜涵结构

考虑到农田灌溉用水取用表层水有利于农作物的生长，本次设计在上游坝坡重建取水斜涵。

重建取水斜涵位于山体上，斜涵坡比1∶3.0，内径φ0.2 m，壁厚0.20 m，C25混凝土结构，底部设置0.1 m厚C15混凝土垫层。斜涵顶部高程88.80 m，分层布设6个内径10 cm的取水口，各层取水口间高差0.5 m，取水口采用水泥塞，孔口设置橡皮止水。

斜涵末端为消力井，井深0.4 m，壁厚0.3 m，底板高程为84.10 m。消力井结构尺寸为：1 m×1 m×1 m。消力井前端为进水口，高程为84.35 m。消力井前设铸铁闸门，闸门孔口尺寸为：0.3 m×0.3 m。

2.5 具体整治施工要点

2.5.1 坝体施工要点

坝体整治施工前需进行土方开挖，先使用推土机将大坝表层的土体清除干净，按照设计断面合理控制高程边坡，同时将坝体表面淤泥清除。下游坡坝身土方削坡采用人工配合反铲进行，削坡较薄层坝段由人工完成，较厚层坝段由反铲分层开挖，人工修整。部分削坡料于附近堆放，作后期利用料，用于坝体填筑、围堰填筑、其余削坡料由自卸汽车运于弃渣场。

土方开挖完成后，需要按照要求进行填筑施工，填筑施工要求每层厚度在25～35 cm之间，使用轮胎碾顺坝轴线碾压，边角采用打夯机夯压。在铺上层土料时，下层土料表面应进行刨毛处理，并洒水湿润，待下层检验合格后，方可进行上层填筑。填筑面接缝与原坝面结合处亦须进行刨毛处理。黏土斜墙填筑前应清理坝面，再填筑黏土，分层碾压，黏土填筑碾压密实度≥0.96，渗透系数≤1×10-5cm/s。下游坝坡可采用风化料整坡，风化料碾压相对密度≥0.7。

护坡施工之前要先将坝坡平整干净，在上游坡脚砌筑浆砌石护脚，再铺设垫层，然后进行干砌块石护坡施工放样，铺设垫层。砌筑自下而上进行，预制块之间接缝密实，稳定牢固。下游坡采用草皮护坡[5]。

2.5.2 溢洪道施工要点

根据测量放样成果，定出溢洪道轴线和边线位置，根据现场开挖难度采用挖掘机开挖或人工开挖底板与边墙，然后进行硿边墙的施工浇筑，底板反滤沟开挖与反滤料回填，最后施工混凝土底板。

2.5.3 涵管施工

施工前先采用挖土机开挖土方，然后进行混凝土浇筑和土石方围堰填筑，围堰采用黏土、袋装土石加固，施工时先按设计要求铺砌袋装土石，然后在中间填筑黏土。袋装土石铺筑时，应紧密、压实，不得有空洞和架空现象；黏土填筑时，采用双胶轮车运土，厚度控制在30 cm以内，须确保平整夯实。

3 结 论

本文以浯塘村甲山山塘为对象，对其目前运行过程中存在的问题和风险做了具体分析，结合具体问题从坝体、溢洪道、涵管整治等方面入手对山塘综合整治技术做了重点分析，可为类似工程提供一定的参考。