淤地壩除險加固采用封閉式溢洪道方案探討

杜慧慧 貴晉

摘 要 淤地壩作為黃土高原最主要的溝道治理措施，在黃土高原水土保持生態建設中發揮著重要作用。受地形條件限制，除險加固時部分需增設溢洪道的淤地壩存在開挖工程量大、占地矛盾難協調等問題。采用封閉式溢洪道可以減少工程開挖量，解決砌石或混凝土防凍問題，改善受力條件，減小工程結構斷面尺寸等。因此筆者就封閉式溢洪道方案在淤地壩除險加固中的運用進行分析。

關鍵詞 淤地壩;除險加固;封閉式溢洪道

水土流失和干旱少雨是黃土高原地區作物種植的兩大制約性因素。人們通過興修水利、種植耐旱作物以及采取抗旱保墑的耕作技術以應對干旱少雨的制約。淤地壩作為黃土高原地區水土流失治理的重要工程措施，兼具淤地造田之效，是一種獨具特色、因地制宜的土地利用方式。

1大中型淤地壩除險加固的必要性

淤地壩在攔蓄洪水泥沙，減輕下游危害，淤泥造田，促進增地增產增收，攔蓄洪水徑流，發展灌溉，補充地下水，以壩代路、改善交通狀況等方面發揮了重要作用。但隨著使用時間的延長，加之管理不善，有不少的淤地壩存在安全隱患，急需除險加固。淤地壩病險的原因主要有：①部分已經淤滿。②設計理念落后。③威脅下游安全[1]。

2封閉式溢洪道可行性分析

鑒于增設溢洪道存在的問題，對部分布設正常溢洪道有困難的淤地壩在確定除險加固方案時可考慮布設封閉式溢洪道。①減少工程開挖量。②解決砌石或混凝土防凍問題。甘肅省淤地壩主要分布在西北寒冷地區，部分地區最大凍土深甚至達到1.5m以上，考慮砌石或混凝土防凍問題，需要增加墊層的厚度、寬度及長度等。如果采用封閉式溢洪道，溢洪道施工后土方回填，則墊層可以減小或者取消。③改善受力條件。溢洪道由開敞式改為封閉式后，溢洪道箱涵為整體結構，全部埋于地下，兩側受力基本對稱，受力條件得到改善。④便于后續設計。溢洪道由開敞式改為封閉式后，溢洪道形式基本固定，可以根據不同的設計寬度和過水流量，將溢洪道斷面尺寸分為幾種模式固定下來，有利于形成標準圖集，便于后續設計[2]。

3淤地壩除險加固采用封閉式溢洪道方案

3.1 工程概況

口子灘骨干壩原設計壩控面積 3.15km2，總庫容 50.62萬m3，其中攔泥庫容19.99萬m3 ，滯洪庫容 30.63萬m3 ;由黃土均質壩和涵臥管兩大件組成。壩高18.7m，壩頂長105m，壩頂寬4m，迎水坡比為1：2，背水坡坡比為1：1.5。壩頂高程2386.20m，攔泥高程為2379.81m，滯洪高程為2384.64m，壩軸線處溝底高程為2367.50m，淤積年限15年。口子灘骨干壩存在的主要問題是：a.由于口子灘骨干壩下游有花兒岔小學和村莊，影響下游安全且無溢洪道;b.由于死庫容水位較高，外坡浸潤線較高，壩坡有滲漏。通過分析論證，其存在的問題合乎實際，將口子灘骨干壩確定為病險淤地壩是合適的。

3.2 除險加固方案比選

泄水建筑物的型式主要有開敞式溢洪道和涵洞式溢洪道兩種，它們的共同之處在于主要功能都是宣泄規劃庫容所不能容納的洪水，保證壩體安全;不同之處在于開敞式溢洪道布設高程較高，斷面面積較大，避免開挖而形成高邊坡。

（1）結構尺寸。通過以上方案比選可知，開敞式溢洪道的斷面尺寸最小為4.12m×2.5m（安全超高取 0.5m）;涵洞式溢洪道的斷面尺寸為 2.0m×2.5m（側墻高確定為 2.5m）。

（2）地形地質情況。口子灘骨干壩壩體范圍地質屬臨洮沉積構造體系，溝床及溝槽兩岸為黃土，且土層厚達 10m 以上，無不良地質現象存在;地形對稱、垂直節理發育明顯。左右岸壩肩均連接村社交通要道，左岸邊有學校，右岸村道以上為村林場，且涵臥管布設于右岸。此外，由于右岸背水坡低洼處距壩頂高差達 7m，如果在 2482.64m 高程處布設開敞式溢洪道，則會造成背水坡腳外形成填方，導致基礎不穩。根據以上布設要求和地質地形特點，口子灘骨干壩溢洪道布設位置不宜選在左岸。但根據實際地形，在右岸距臥管通氣孔 17m 的范圍內為原溝道岸坡，基礎穩固，在高程 2381.20m 處適合布置涵洞式溢洪道。

（3）施工難度。相比泄洪洞，開敞式溢洪道布設位置高，壩體以外基礎懸空，穩定性差，開挖斷面大，結構支模、拆模難度大，危險系數高，回填難度大，施工困難多，會造成林場部分林木損毀，并阻斷主要交通道路。

（4）運行管理。如果采用開敞式溢洪道，由于兩岸岸坡滲水嚴重，極易發生凍脹破壞;淤地壩的主要作用之一為溝通兩岸交通，如果不架設工作橋，便會阻斷交通，造成群眾出行困難;因此，當采用開敞式溢洪道，將不利于該壩的運行和管理。

（5）工程量對比。經估算，開敞式溢洪道總工程量為 21275.45m3 ，總投資 138.35元;泄洪洞總工程量為 19430.17m3 ，總投資 135 萬元。因此，在流量相同的條件下，通過對布設高程、斷面結構尺寸、地質地形、施工難度、運行管理、抗凍張能力、結構穩定性、工程量等因素及條件的對比分析，溢洪道型式可確定為涵洞式溢洪道（泄洪洞）;布設位置宜選擇在右岸岸坡，且軸線距通氣孔 11.5m 處，與壩軸線夾角 56°。

3.3 除險加固方案

根據病險認定報告和確認時的實際病險情況，確定了口子灘骨干壩除險加固初步設計方案，該除險加固方案具體為：①按照 200 年一遇校核洪水標準，在右岸壩肩增設溢洪道;②拆除消力池出口損毀扭面，用漿砌石重新砌筑;③在壩體背水坡與岸坡結合處設置 U 型斷面的排水溝，將壩面來水引至壩腳以外。泄洪洞布設位置、兩岸基本情況、低凹地、原涵臥管布設位置25等情況。

總之，文章結合工程實例，就溢洪道布設方案進行了詳細地探討，期望能夠對同類型工程起到借鑒作用。

參考文獻

[1] 莊碩.猴山水庫溢洪道設計方案比選研究[J].東北水利水電，2020，38（1）：7-9.

[2] 袁斌.水庫溢洪道方案比選與試驗模擬研究[J].中國水能及電氣化，2020，（1）：34-38，25.