臨縣淤地壩建設中存在的問題與處理對策

［關鍵詞］ 水土保持；淤地壩；建設方法；臨縣

［摘 要］ 為了應對嚴重的水土流失狀況，多年來臨縣共建成大中型淤地壩140座，針對淤地壩建設過程中巖石基礎與土質壩體的結合和防滲、壩基及岸坡巖層滲水處理、特殊地質結構和地形條件下放水建筑物布置等問題，在淤地壩建設實踐中提出了可操作性的處理對策，比如：采用防滲齒墻法使壩體與基礎和岸坡緊密結合，解決了淤地壩的繞壩滲漏問題；采用小井式收集法和截潛流法收集滲水集中排出壩體，提高了淤地壩壩體的穩定性；采用臥管加豎井組合法和涵洞內布設跌水的方法提高放水建筑物的工程質量，降低了工程施工難度，減少了工程量，節約了工程投資等。

［中圖分類號］ S157? ［文獻標識碼］ C? ［文章編號］ 1000－0941（2023）05－0036－03

臨縣位于黃河中游晉西黃土高原呂梁山西側，地理坐標介于東經110°29′～111°18′、北緯37°36′～38°14′之間，屬典型的黃土丘陵溝壑區，地形破碎復雜，水土流失十分嚴重。全縣總土地面積2 976 km2，水土流失面積2 590 km2，占總土地面積的87.03%，其中強烈以上侵蝕面積占水土流失面積的85%以上，每年向黃河輸送泥沙3 400萬t，占山西省黃河流域年均輸沙量的10%。為了應對嚴重的水土流失狀況，臨縣建設了大量淤地壩，擁有豐富的淤地壩建設經驗，2003年以來先后建成了萬安溝小流域、吳家灣小流域、六家溝小流域壩系工程項目，每年縣水利局還按照上級部署在其他溝道內分散建設淤地壩。臨縣建成的淤地壩全部為均質碾壓土壩，類型有大、中、小型3種（其中大型壩76座、中型壩64座），控制流域面積395.21 km2，攔泥庫容5 695.36萬m3，淤積壩地836.65 hm2。近年來，大部分大型淤地壩通過除險加固新建了溢洪道，淤地壩樞紐由大壩、放水涵洞、溢洪道“三大件”組成，少部分依然為壩體、放水涵洞“兩大件”，中型壩全部為壩體、放水涵洞“兩大件”，小型壩只有壩體“一大件”。

2019年，習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上的講話中指出：中游要突出抓好水土保持和污染治理，有條件的地方要大力建設旱作梯田、淤地壩等。一時間在黃河中游地區又掀起了淤地壩建設的高潮。盡管淤地壩是以攔蓄泥沙、淤積壩地為主，但是在汛期它還承擔著防汛安保的功能。淤地壩的投資標準遠遠低于小型水庫，但在防汛功能上它們作用相同，特別是一旦出現險情都會給下游帶來巨大災難，后果難以預測。所以，在淤地壩建設過程中要特別注重施工過程中的關鍵環節，遇到不同的地質、水文情況需要采取不同的技術方法。臨縣多年來在淤地壩工程建設實踐中，采取和總結了不少適合黃土高原地區淤地壩建設的技術和方法，成效明顯。

1 壩址處為基巖時壩體與基礎和岸坡的結合及防滲處理? 臨縣地處呂梁山地向黃河峽谷延伸的末端，地勢東北高西南低，總體呈傾斜坡面。東北部黃土覆蓋較厚，是淤地壩選址較理想的區域，早年間建設的淤地壩大部分分布在這一區域，而西南部尤其是沿黃各鄉鎮，基巖出露高，溝道下切嚴重，兩岸為垂直狀的石質岸坡，給新建淤地壩選址帶來很大的難度。一方面，土質壩體與基巖難以結合，處理不當會形成一條貫穿的滲漏通道，為淤地壩后期運行埋下巨大隱患；另一方面，石質岸坡削坡時需要把坡面削成一個斜坡，但施工時只能根據巖石層理節理發育情況把邊坡削成大體呈斜坡狀的多個小臺階，施工難度和石方開挖量都很大。因此，對于這種壩址位于基巖上的淤地壩一般都采用防滲齒墻的方法。

防滲齒墻的做法是先沿壩軸線方向在基礎和兩邊岸坡上開挖基槽，將風化、破碎巖石挖除外運，再在基槽內砌筑漿砌石或者澆筑混凝土形成一道封閉的防滲墻體。實際施工中根據地質情況、淤地壩的建設規模，防滲齒墻設1～3道不等。防滲齒墻的形式分為半封閉式和全封閉式兩種[1]。半封閉式防滲齒墻是沿壩軸線方向隨著溝道地形根據巖石高度設置1～3道半封閉墻體；全封閉式防滲齒墻是沿壩軸線方向在溝道兩岸設置1道全封閉墻體。要根據工程所處的地質及溝道地形情況選用合適的齒墻結構，在溝道比較寬、兩岸基巖出露較高的壩址處宜選用半封閉式防滲齒墻，如萬安溝壩系談花溝中型壩，六家溝壩系劉家溝大型壩、高家溝大型壩、莊頭溝大型壩、三河岔大型壩、廟溝大型壩、上溝中型壩、井溝中型壩等均采用了半封閉式漿砌石防滲齒墻；在溝道較窄、基巖出露較低的壩址處宜選用全封閉式防滲齒墻，如萬安溝壩系中的郭家溝大型壩、小五甲中型壩，六家溝壩系中的小花甲大型壩、蔚家洼大型壩、高家溝中型壩等均采用了全封閉式漿砌石防滲齒墻。

防滲齒墻沿壩軸線布設，一般設置在壩軸線或壩體上游位置，這樣布設的原因：一是為了遵循大壩“上攔下排”的基本屬性；二是正好將防滲齒墻設置在壩體結合槽處，將壩體與基礎、岸坡緊密結合起來，阻斷了壩體結合部位的滲漏通道，防止形成繞壩滲漏現象；三是大大減少了壩體結合槽的挖填工程量，節約了工程投資。防滲齒墻不僅可以用在壩體的結合部位，還可以在放水建筑物、溢洪道、部分壩體維修的結合部位使用，如兔坂鎮楊家溝大型壩除險加固時溢洪道與壩體結合部位、青涼寺鄉大麻溝大型壩壩體缺口與巖石岸坡結合處、青涼寺鄉高家峁大型壩壩體缺口與巖石岸坡結合處均采用現澆混凝土防滲齒墻。經實際計算對比，郭家溝大型壩采用防滲齒墻法比原結合槽法工程量減少2 688 m3，投資由4.98萬元降到了1.78萬元，減少64%；上溝中型壩采用防滲齒墻法比原結合槽法工程量減少1 386 m3，投資由2.43萬元降到了0.40萬元，減少84%。臨縣淤地壩建設中防滲齒墻的運用既保證了工程的施工質量，又減少了工程量和工程投資，同時進一步實踐了施工方法，總結了施工經驗，豐富了淤地壩建設理論，起到了很好的推廣和示范作用。

2 均質碾壓土壩與巖石岸坡的結合處理

在碾壓土壩施工過程中，為了使土壩與巖石更加緊密地結合起來，可采用巖石岸坡與壩體結合部位水墜結合施工法[2]。水墜結合是指在修筑均質土壩過程中沒有條件進行整體大壩水力沖填施工的，采用碾壓方法筑壩，而在壩體和巖石岸坡結合處采用小面積水墜方法，以增強壩體與巖石岸坡之間的結合度，防止繞壩肩滲流，提高壩體穩定性，同時減少削坡工程量，降低工程投資。

在淤地壩建設過程中總結出的巖石岸坡水墜結合方法中比較實用而有效的方法有兩種，即水中填土法和土中灌水法。水中填土法就是在結合部位圍成坑，先把水抽入坑內，再把土填入水中，經固結將壩體和巖石岸坡緊密結合在一起；土中灌水法就是在結合部位先鋪一層土，再在上面圍成一個坑，然后把水灌入坑內，水滲入土中形成飽和狀態，固結后將壩體和巖石岸坡緊密結合起來。這兩種方法在淤地壩建設過程中效果良好，也可用于放水建筑物與壩體和岸坡的結合處理中，很容易掌握和推廣。在臨縣建成的淤地壩中，大部分石質岸坡的淤地壩采用了水墜結合施工方法，在六家溝和萬安溝兩個壩系中就有22座大中型淤地壩運用了這種方法。

3 壩基及岸坡巖層滲水處理

巖層構造中層理節理發育，巖石裂隙縱橫交錯，降雨形成的地表水緩慢滲到巖層縫隙中，又從祼露的巖層部位滲出，形成了巖石岸坡及溝底泉水涌出的現象。如果壩址處遇上這種地質情況，那么處理不好的話就會導致壩坡滑塌、壩坡流泥、壩體與岸坡結合處形成沖溝等，破壞大壩穩定，最終造成壩體毀壞。為了避免壩基及岸坡巖層滲水對壩體的破壞，在具體的實踐中總結出比較實用而有效的兩種方法，即小井式收集法和截潛流法。

小井式收集法是在壩基及岸坡局部有泉水集中滲出的情況下，收集泉水排出壩體的一種方法。具體的處理辦法是在每個泉水溢出點位上開挖砌筑一個小集水井，把水收集起來，用塑料管把各個集水井連接起來將水排出壩體。截潛流法是在壩基及岸坡處有大面積泉水連續滲出的情況下，收集泉水排出壩體的一種方法。具體的處理辦法是在岸坡邊腳處和壩基溢水處開挖并砌筑廊道，相互聯通，連續收集流水，覆蓋頂部，用塑料管將水集中排出壩體。經過多年觀察，小井式收集法和截潛流法應用效果很好，解決了壩基及岸坡處滲水對壩體的破壞。

4 臥管加豎井組合的放水建筑物

臥管一般是布設在壩體上游溝道兩岸邊坡上的放水建筑物，有的溝道巖層出露較高，布設臥管開挖工程量較大，而且施工難度大。 張寶艷：臨縣淤地壩建設中存在的問題與處理對策為減少工程量、節省投資、加快工程進度，可根據實際地形采用臥管加豎井組合的放水建筑物結構，具體組成為臥管—豎井—消力井—涵洞。根據實際地形在基巖上布設豎井，豎井由井筒和消力井組成，涵洞在消力井頂部與豎井井筒連接，臥管布設在石質岸坡上部的土基上與豎井連接。這樣施工既減少了石方開挖工程量，又利于放水建筑物合理布置，后期運行也安全可靠。

5 壩址基礎落差較大時涵洞內設跌水

有些壩址處溝道落差較大，部分基巖裸露的壩址位置甚至形成上、下斷崖，因此涵洞不能按常規布設，而是要根據實際地形和巖層結構，采用涵洞內布設跌水的方法。具體是根據壩址壩基巖層的平整度及落差按坡降分段整理基礎，分級布設跌水，跌水處設消力池，消減水流沖擊。這種涵洞內設置跌水的方法，既減少了開挖工程量，節約了工程投資，又能更好地適應涵洞內的坡降。

6 放水建筑物和溢洪道結合運用

在萬安溝小流域算溝大型壩實施中，為了減少下游的拆除工程量和保持基礎穩定，同時滿足放水建筑物放水和溢洪道泄洪等要求，根據實際條件采用了放水建筑物和溢洪道結合運用的方式。具體建筑物設置為豎井—涵洞—泄槽—消力池。在布設放水建筑物的基礎上加大建筑物（臥管、豎井、涵洞等）過水斷面，提高放水建筑物泄洪能力，達到溢洪道泄洪能力的要求，前期按放水建筑物放水運行，后期按溢洪道泄洪運行。采用這種結構形式的算溝大型壩多年來運行正常。

7 壩坡排水溝的結構改進

壩坡排水溝多年來一直是采用漿砌石砌筑20 cm厚的矩形斷面，由于結構單薄，抗傾覆能力差，因此經常出現倒塌、水毀現象。為了避免類似現象發生，采用梯形斷面、混凝土澆筑，這樣既施工簡便，又與壩體緊密結合，穩定了排水溝的結構。在建成的大、中型淤地壩中均采用了混凝土梯形斷面的排水溝，建成多年來排水溝運行基本正常，未出現倒塌和水毀情況。

［參考文獻］

[1] 牛越先，楊才敏，聶興山，等.淤地壩規劃設計與施工技術[M].太原：山西經濟出版社，2011：194-199.

[2] 范瑞瑜.黃土高原壩系生態工程[M].鄭州：黃河水利出版社，2004：290-308.

［作者簡介］ 張寶艷（1986—），男，山西臨縣人，工程師，學士，主要從事水利工程、水土保持工程建設管理工作。

［收稿日期］ 2023-03-25

（責任編輯 李楊楊）