病險淤地壩除險加固措施

劉鑾民

(寧夏吳忠市水務局水土保持工作站，寧夏 吳忠 751100)

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病險淤地壩除險加固措施

劉鑾民

(寧夏吳忠市水務局水土保持工作站，寧夏 吳忠 751100)

病險淤地壩存在太多不可控元素，對下游形成一定的威脅。而怎樣在復雜的水文條件下，找出病險淤地壩的形成原因，并采用有效的除險加固措施對其進行處理，是相關領域未來一段時期內的重要議題。筆者在下文中將對病險淤地壩的除險加固措施進行分析。

病險；淤地壩；除險加固；技術措施

1　工程概況

吳忠市同心縣面積4466 km2，轄7鎮4鄉2個管委會，170個行政村，人口總數達到39.8萬；當中農業人數達到29.4萬，人口密度平均89 人/km2。耕地面積達到14.16 萬 hm2，農民人平均耕地面積達到0.48 hm2，水土流失面積2 331.1 km2，占全縣總面積的52.2%；水力、風力平均土壤侵蝕模數為3 000 t/km2。

因為地處黃土丘陵溝壑區，土質疏松，植被稀疏，一到雨季，水流泛濫，尤其是清水溝一級支溝折死溝的水土流失嚴重，對下游的道路交通和同心縣城的生態環境、防洪工作都有很大影響，造成過嚴重的破壞。為了管控水土流失，在洪峰過境時進行有效管控，降低河床下切的速度，2011年開啟了淤地壩除險加固工程，根據工程重要性，有選擇的陸陸續續對10個以上病險淤地壩實施了穩固和除險作業，保證了工程的正常功能發揮，取得了很好的防洪減災效益。

2　病險淤地壩除險加固措施淺析

2.1滯洪庫容方面

淤地壩的庫容通常有兩大部分，即攔泥庫容以及滯洪庫容。伴隨淤地壩運行時間的增加以及淤積程度加劇，一些淤地壩達到或超越了設計淤積庫容，導致滯洪庫容不夠，使淤地壩蓄洪泄洪功能受到影響，工程運行存在安全隱患。這種情形，通常使用增高壩體、增加泄洪設施等方法來進行除險加固。

2.2壩體裂隙方面

同心縣淤地壩大多數都是黃土均質碾壓壩，壩身裂隙通常包括兩壩肩的橫向裂隙以及庫區迎水坡的縱方向裂隙。其除險加固模式：人力挖掘、灌漿以及回填等等。

2.3壩身背水坡滑坡方面

淤地壩工程運行階段，產生的背水坡坡角濕漉、滲水等問題，均使用增加反濾層、敷設微孔波紋管泄水體系等措施將水排出壩體，之后覆重并穩定背水坡，保證坡腳干燥以及壩身穩固。

2.4臥管方面

臥管經常出現的損毀情況有：基體沉降導致的整體裂開；建筑質量不佳加上凍脹導致的混凝土放水建筑物大面積的損毀；以往規劃蓋板與側墻都使用預制裝設模式，承擔壓力的能力有限；山體滑坡埋沒或損毀等等。

其常用的除險加固措施是：對基體沉降導致的臥管裂開，在修理時如果通過改變方位能夠繞開原基礎，就繞開基礎進行重修；對不能繞開基礎的，對沉陷區域使用水泥灌漿等措施進行處理。[2]臥管混凝土澆灌階段，應權衡到不勻稱沉降等情況。對施工質量不佳或預制安裝滲水的情況，需要拆卸并另行對現場實施整體澆灌。對山體滑坡埋沒程度小的情況，應削緩臥管上端的土體，之后挖掘出被埋的臥管；對山體削坡遇到阻礙，并且查明今后還會發生類似情況時，應盡可能把被埋沒的臥管從下端的開孔中挖出，之后變換臥管走勢來進行重做，通常狀況下要布置于壩身以及岸坡界線處。

2.5涵管方面

對涵管產生部分區域形變裂隙、水流從管壁外端溢出的情況，其對應的除險加固措施是：①當出現管壁中部分裂隙而形變還較小的情況，應在涵管中嵌入外直徑比原涵管內直徑小的鋼管或新式PE高強度管，對管與管間的裂隙使用壓力澆灌的方式，用強度較大的水泥漿泥密閉。這種措施盡管能讓過流量下降，然而泄水功能較強。②假如涵管裂開過大，已經沒有修理的意義，應挖掘以往涵管的孔口，利用混凝土堵塞涵管孔口，第一時間在適當范圍布置排洪設施，應盡可能讓排洪設施孔口高程下降[3]。

2.6明渠陡坡方面

明渠陡坡時常產生裂開、脹裂、山體滑坡埋沒或損毀、山坡洪峰沖擊等現象。對涵管孔口明渠平段位置，應增添蓋板覆土或拆卸成為消力池、檢修井。

對明渠陡坡的除險加固來講：①對原基體部分區域被毀壞，而有可能重設渠道的情況，要依照新溝渠地表高程變更溝渠高程或走勢；對不能改變高程和走勢的情況，對被毀壞的基體使用水泥土回填等方法后重新建設。②針對原基礎全部損毀并且陡坡側墻被損毀的情況，應變更以往的明渠為涵管，在涵管孔口位置布置檢查井，利用塑鋼進行包裹來取代明渠陡坡，管徑依照泄流量來明確，并根據陡坡的尺寸應添設鎮墩，鎮墩與鎮墩間應相隔6～8m；出水口應布置消能設備，應依照挑流消能原則進行操作；塑鋼包裹的管口應與壩腳相隔超過20m。[4]

2.7安全方面

對壩體后有村落、學校、公路等基礎設施的淤地壩；淤地壩下游有村落、學校、公路等基礎設施的情況，壩體被沖毀后會讓群眾直接面臨風險。這種項目在設計階段，應參考常規淤地壩建設的要求明確洪峰標準。目前最為有效的加固除險措施是在以往的標準基礎上提升安全標準，并制定加固修理預案，并且只能增加排洪設施，不準加高壩身。

3　病險淤地壩除險加固實例解析

依照設計洪峰、沙泥產量、淤地壩威脅情況等等，對淤地壩的隱患進行控制，在除險的過程中權衡到各方面的因素極為關鍵。應依照不同區域的水利環境、季節、泥沙的特征，參考病險壩的特點以及社會經濟發展的特征，明確對病險淤地壩的除險加固方法。筆者在下文中將以同心縣李家河灣病險淤地壩為例進行闡述：

3.1病險淤地壩的情況

李家河灣骨干壩位于寧夏吳忠市同心縣窯山鄉車路溝村，屬清水河一級支流洞子溝小流域上游支溝,距同心縣城約60 km。地理位置:E106°11′27〞，N36°55′33〞，控制流域面積24 km2。該骨干壩始建于2001年，為黃土均質壩，是一座攔泥、蓄水的骨干壩。總庫容277.2 萬 m3，防洪庫容142.8 萬 m3，淤積庫容134.4 萬 m3。工程按“土壩和放水建筑物”兩大件興建，最大壩高33.2 m，壩頂寬5 m，壩頂長106 m，壩頂高程1 725.2 m。現狀實測累計淤積庫容110 萬 m3，有效庫容167.2 萬 m3， 300 a一遇校核洪水138.81 萬 m3，則總防洪庫容為306.0 萬 m3，即大于目前有效庫容，不能滿足防洪要求。

根據現狀調查，該骨干壩除涵洞完好外，壩體存在以下問題：①輸水建筑物臥管、出口明渠、陡坡損壞嚴重，不能正常輸水。②壩后坡腳有沖溝，對壩體穩定造成威脅。③壩后溝底需設置排水體。④現狀庫容無法滿足防洪標準。

3.2除險加固措施

1)對土壩壩頂、坡面沖溝回填、平整，并對前坡面砌護。現狀壩體后坡有一條沖溝，深度10～13m，主要采取開挖、分層碾壓回填進行處理，要求壓實度≥0.96。對壩坡面的其他小的沖溝及塌坑采用相同方法進行處理。壩頂因有交通要求，對壩頂鋪裝0.15m厚度的泥結石。上游壩坡砌護采用預制六角形混凝土板護坡，混凝土板厚0.08m，其下設0.2m砂礫石墊層，主壩砌護范圍從現淤泥面高程處開始護至壩頂位置。

2)維修臥管、新建輸水明渠及陡坡。現狀涵臥管位于壩體左岸，臥管設計級差0.4m，順水流臺長1.2m，廊道比降1/3。其中第一級臥管與露出泥面的部分被沖毀，臥管不能正常運行，此次按照原設計斷面尺寸進行維修。每級臥管放水頂設置一孔放水，孔口直徑0.3m，鋼筋混凝土結構。

新建明渠位于現狀涵洞出口末端位置，最大泄量0.6m3/s。新建輸水建筑物由以下部位組成：

漸變段(長度2m)，一級陡坡段(20m、比降1∶4)，一級消力池段(6m)，斷面均為矩形、鋼筋混凝土結構，寬度0.8m，底板厚度0.2m，兩側墻厚度0.2m。

一級消力池后接12.7m直段、5.4m轉彎段(圓心角31°、半徑10m)，其后接3m直段，再接二級陡坡。

二級陡坡段長度90m、比降1∶8；二級消力池段長度6m、深度1.5m，斷面結構與一級明渠相同；末端海漫段長度5m、寬度4.2m，干砌石結構，厚度0.25m。

新建明渠陡坡平均每10m長度設置橫向縫，伸縮縫全部采用橡膠止水帶止水，縫寬3 cm，止水帶位置為表層混凝土5 cm處,空隙采用瀝青油膏填塞。

基礎處理，新建明渠陡坡基礎位于濕陷場地，對基礎開挖后翻夯0.5m、再進行0.5m的2∶8水泥土換填。

3.3壩后溝底、壩坡新建排水體

壩體后主溝道新建貼坡排水體，實測溝道底高程為1690.00，故排水體底高程1690.00m，頂高程1694.00m，垂直高度4.0m。壩體沖溝填筑完成后再作排水體，依次鋪上粗砂層、礫石、塊石，厚度0.3m，礫石層厚度0.3m，外層干砌塊石厚度0.6m。設計排水體橫向長度45m，兩端各伸入兩側土體1.0m。

前后壩坡與岸坡結合處均設排水溝，豎向排水溝、橫向排水溝及岸坡排水溝縱橫相通，橫向排水溝坡降1：400，橫向排水溝設置于坡腳與臺地相交處，末端通于主溝道。排水溝采用“U” 型C15混凝土板砌護，尺寸：口寬0.45m，高0.4m，厚0.05m。

4　增加溢洪道

骨干壩經過10多年的運行，淤積嚴重，有效容積減小，防洪標準不滿足300a一遇的洪水，故需新建泄水建筑物。因此，在兩大件的基礎上，增設溢洪道進行除險加固。

該溢洪道進口段長12.0m，口寬13.00m，收縮角14°，矩形斷面。進口鋼筋混凝土側墻(懸臂式)高度1.5-5.3m;底板表面為鋼筋混凝土，基礎開挖后翻夯1.0m、再換填1.0m的2∶8水泥土。

進口段后接控制段為箱涵，按寬頂堰計算流量，底高程1711.00m，側墻高度5.5m，設置2孔，每孔寬度3.0m，凈高度5.5m，控制段順水流長度6.0m；控制段為鋼筋混凝土結構，基礎開挖后翻夯1.0m、再換填1.0m的2∶8水泥土。

控制段后接10.0m長漸變段，水平段，漸變段底寬7.0m，高度5.5-2.5m，矩形斷面；后接25m明渠直段；再接9.4m轉彎段、圓心角10.4°、半徑50m；外邊坡1∶0.1。明渠比降1∶100，鋼筋混凝土結構。基礎開挖后翻夯1.0m、再換填1.0m的2∶8水泥土。

漸變段后接67.5m陡坡段，矩形混凝土斷面，底寬7.0m，外邊坡系數1：0.1，渠深隨水面線下降而降低，深度由2.5m變為2.0m，比降1/2.5，跌差27m；鋼筋混凝土結構。基礎開挖后翻夯1.0m、再換填1.0m的2:8水泥土。

陡坡出口接消力池，矩形斷面，底寬7.0m，池深3.5m，消力池長度15m，池底高程1683.56m，外邊坡系數1∶0.1，池末端設尾坎，坎高0.5m，鋼筋混凝土結構，下為干拋石基礎。

消力池末端接海漫段，底寬13.6m，長度5m，漿砌石結構，下為干拋石基礎，池末端入溝道。

新建溢洪道平均每10m長度設置橫向縫，縱向沿軸線方向錯縫分縫，伸縮縫全部采用橡膠止水帶止水，縫寬3cm，止水帶位置為表層混凝土5cm處,空隙采用瀝青油膏填塞。

5　結　語

病險淤地壩除險加固作業要具體情況具體分析，最大程度地完善技術措施，讓除險加固預案體現出其應用價值、經濟價值以及可操作性，確保大壩項目的整體效益，保證病險淤地壩的排險功能，讓淤地壩能夠在防洪抗洪中發揮應有的效能。對于壩體所處的方位，應進行重點考察，查明淤地壩建設工程是不是能夠帶來泄洪排洪方面的本質性改變；不能盲目選址、盲目開工，需要綜合水文條件、地質地貌、氣候環境、生態保護等諸多層面的因素進行淤地壩除險加固建設。

[1]王桂娥.淤地壩建設在治理水土流失改善農業生產條件中的作用[J].科技與企業,2014(21):85-85.

[2]秦鴻儒,孫浩,劉正杰等.2013年暴雨過程中黃土高原淤地壩受損原因分析及建議[J].中國水土保持,2014(03):22-24.

[3]程君.西吉縣病險淤地壩加固維修工程效益分析及經濟評價[J].價值工程,2013(27):64-65.

[4]劉立峰,杜芳艷,馬寧等.基于黃土丘陵溝壑區第Ⅰ副區淤地壩淤積調查的土壤侵蝕模數計算[J].水土保持通報,2015,35(6):124-129.

1007-7596(2016)07-0082-03

2016-05-26

劉鑾民(1977-)，男，安徽靈璧人，工程師，從事水土保持監測技術和水土保持項目管理工作。

TV698.23

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