小型土石坝坝下涵管除险改造方法探讨

小型土石坝坝下涵管除险改造方法探讨
小型土石坝坝下涵管除险改造方法探讨
摘要：本文根据作者多年工作实践针对不同小型土石坝情况，采用的一些措施进行了分析，并且通过这些措施处理后能使库塘脱险发挥效益，又可使除险改造工程量少、投资小。

关键词：小型;土石坝;涵管除险;改造措施
1、概述
**市现有小型水库山塘570座,其中小型水库76座,蓄水1～10万立方米山塘494座；其中564座为土石坝，占98.9%，土石坝坝型以粘土心墙坝和均质坝为主，输水设施均为坝下涵管。

这些水库山塘大多数建于20世纪50～70年代, 由于修建时的技术经济条件限制，涵管主要为炼瓦管、素混凝土管和钢筋混凝土压力管三类，其中输水涵管为炼瓦管的有315座，占56%，输水涵管为素混凝土管的164座，占29%，输水涵管为钢筋混凝土压力管的有85座，占15%。

运行至今,大部分输水涵管老化破损、渗漏严重,存在安全隐患,如不及时进行除险改造,势必威胁大坝安全，相当一部分库塘因此成为险病库塘,工程不能正常运行、效益不能正常发挥,甚至威胁到下游群众的生命财产安全。

2、土石坝坝下涵管除险改造原则
土石坝坝下涵管原则上应废除。

对于原有钢筋混凝土管，若其基础位于基岩，并有可靠的保护及防渗措施的，经论证可保证运行安全的，可不废除。

其它类型的坝下涵管应废除。

废除的坝下涵管必须进行全部挖除或采用可靠的封堵进行处理，确保工程安全，全部挖除原有坝下涵管需对坝体进行大开挖，然后重新分层压实回填，这种方法需要破坏坝体，施工难度大，造价高，还有可能危及大坝安全，一般情况下不宜采用。

废除坝下涵管后，根据实际情况设置输水设施。

要求输水建筑物结构安全可靠，进、出口边坡稳定，一般选择在坝体外部另设有压管道利用水库水压进行自压输水；有压管道进口采用闸门启闭设备控制，要求闸门启闭设备运行安全灵活，不允许使用木制闸门；闸门启闭设备应设有相应的安全保护设施，一般应设置启闭机房。

3、土石坝坝下涵管除险改造方法分析
3.1 主要方法
1、开挖隧洞：
在土石坝附近山体开挖隧洞作为输水设施，该方法对地质要求较高。

2、坝头基岩中明挖埋管
在土石坝坝头基岩中明挖设置埋入式涵管作为输水设施，该方法对地形要求较高。

3、设置虹吸管
倒虹吸引水设置虹吸管于坝坡或山体下面作为输水设施。

该方法需要抽真空设备，运行管理要求严格。

3.2 分析
1、土石坝坝高较低或坝址附近地形有天然山坳可利用，建议优先采用坝头基岩中明挖埋管方法。

无天然山坳也可在岸坡溢洪道处山体明挖埋管，明挖山体土石方量不大，设置埋入式的涵管结构简单，使用方便，投资也较小。

埋设涵管可选择钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、PVC塑料管、PE塑料管，输水管径选择范围较大。

举例：***山塘坝下涵管除险改造：蔡家塘山塘位于**市***镇**村境内，总容积2.85万立方米。

山塘大坝为土坝，坝高5.0 米，输水涵管位于大坝左端坝下，管长30米，为内径15厘米素混凝土管，需除险改造。

山塘周边均为低山，开挖隧洞要求的围岩厚度不足，山塘位于村庄附近，四周均有房屋，难以实施爆破作业，山塘溢洪道型式为渠道式，位于大坝左坝端，自山体开挖而成。

设计采用封堵原坝下涵管，在溢洪道基础基岩中明挖埋管。

（1）坝中段采用冲抓钻抓除套井粘土回填，上游进口段采用C20混凝土封堵，并对遗留管段采用水泥灌浆充填。

（2）利用溢洪道底板与灌渠高差较低，减少开挖工程量，在坝左端溢洪道基础基岩中明挖，开挖深度仅3米，埋设直径30厘米钢筋混凝土压力管作为输水涵管，管长30米；进口启闭设备采用启闭机，闸门采用铸铁平板闸门，启闭机采用5t螺杆式，启闭机房面积9平方米。

2、土石坝坝高较高，地质情况良好，平面布置无妨碍，建议优先采用开挖隧洞方法，隧洞防渗处理简单，输水能力大，并可考虑作为泄洪设施使用；但隧洞开挖单米造价较大，如隧洞较长则工程投资偏高。

举例：***水库坝下涵管除险改造：***水库位于**市**镇西南部，总库容123万立方米，为小（1）型水库。

水库大坝分主副坝共4条，均为土坝。

主坝坝高20.4米，乙、丙坝坝高15.4米，丁坝坝高9.9米，乙、丙坝原各有一条坝下埋管，其中乙坝涵管为φ30厘米圆形炼瓦管外包混凝土管，管长85米，启闭配备为分级卧管，需除险改造；丙坝涵管为直径60厘米钢筋混凝土管，管长70米，坝下涵管虽为钢筋混凝土结构，但其基础座落在风化层上，加上当时施工条件的限制，混凝土浇筑、坝体土方填筑等施工质量欠佳，管壁存在接触渗漏，长期下去将会危及大坝安全，需除险改造。

乙、丙坝之间山体岩体稳定性较好，山体自然坡度约20～35°，表层零星分布少量残坡积层含角砾粉质粘土，强风化泥质粉砂岩裸露，岩体完整性较差，开挖输水隧洞需衬砌，进出口均无房屋等影响建筑。

设计采用封堵坝下埋管，在乙、丙坝之间山体开挖输水隧洞。

（1）坝下埋管封堵：在管内进出口浇筑混凝土（预留通气排水孔），最后采用灌浆封堵，灌浆材料先水泥砂浆、后纯水泥浆。

要求灌浆孔穿过涵管深入管底岩基，先进行涵管充填灌浆，再进行管壁及基础防渗灌浆。

（2）合并两条涵管，在乙、丙坝之间山体开挖输水隧洞，输水隧洞轴线长度108.3米。

横断面为城门洞型，宽1.60米、高为1.80米，顶拱中心角120度，纵坡5‰。

洞内埋设φ50厘米预制钢筋混凝土压力管，洞身全断面C20混凝土衬砌，可作水库防洪预泄洪放水洞使用。

隧洞进口采用铸铁插板闸门，配备1台15t手电两用螺杆式启闭机控制，启闭机房面积12平方米。

3、倒虹吸引水可把虹吸管埋设于坝坡或山体下面，开挖工程量小，施工较简单，可缩短工期，节约投资，但需要抽真空设备，运行管理要求严格，要求运行管理人员较高的操作素质，对管材质量要求也较严格。

其安装高度需经严格的水力计算，虹吸管的安装高度越近库水
位越好，根据液体汽化压强的概念，为使水流保持连续运行，管内的真空又要有一定限制，真空度一般限制在 68.6～78.4kPa （ 7～8米水压）以下，因此，进水口至最高点的高差不应超过8米为宜。

适用于坝高中低，坝前水位变化不大的库塘，且虹吸管管径较小，输水能力较差。

举例：***山塘坝下涵管除险改造：***山塘位于***镇**村,总容积5.4万立方米。

山塘坝高8米,坝顶宽度4.5米,坝顶长度45米,分级迎水坡1:2,分级背水坡1:2。

输水设备型式为分级卧管,输水涵管为素混凝土管,位于大坝左端坝下，直径20厘米，管长36米，分级卧管漏水严重，放水涵管老化渗漏严重，需除险改造。

山塘周边山体风化严重，不适宜开挖隧洞，溢洪道位于坝肩山坡土体，溢洪道底板至灌渠高差6米。

设计采用封堵原坝下涵管，在溢洪道边中设虹吸管输水。

（1）坝中段采用冲抓钻抓除套井粘土回填，上游进口段采用C20混凝土封堵，并对遗留管段采用水泥灌浆充填。

（2）山塘水位变化最大为6米，利用溢洪道位置，减少开挖工程量，在溢洪道边山体中埋设虹吸管，开挖深度仅1米，埋设DN200PE塑料管作为输水虹吸管，管长50米；启闭控制设为管末端放水闸阀，虹吸管的驮峰顶部设排气阀和真空泵，关闭放水闸阀，打开排气阀，连接排气阀和真空泵，接上真空泵电源，当真空泵出水时关闭排气阀，即完成虹吸管充水，打开放水闸阀，虹吸形成，即可输水，阀门管理房面积10平方米。

4、结语
小型土石坝坝下涵管出险改造对原坝下涵管基本予以废除重建，一般以封堵灌浆充填处理为主，主要方案比较集中在新建输水设施的比选上。

低山丘陵地区小型库塘地形地质及周边环境各不相同，千差万别，设计时根据实际灵活选取适宜方案。

小型库塘规模虽小，但直接关系下游群众的生命财产安全，考虑现状农村库塘管理水平，为保证库塘长效安全运行，建议在工程造价相差不很大的情况下，优先选择开挖隧洞或坝头基岩中明挖埋管方案。