病险淤地坝除险加固措施

刘銮民

(宁夏吴忠市水务局水土保持工作站，宁夏 吴忠 751100)



病险淤地坝除险加固措施

刘銮民

(宁夏吴忠市水务局水土保持工作站，宁夏 吴忠 751100)

病险淤地坝存在太多不可控元素，对下游形成一定的威胁。而怎样在复杂的水文条件下，找出病险淤地坝的形成原因，并采用有效的除险加固措施对其进行处理，是相关领域未来一段时期内的重要议题。笔者在下文中将对病险淤地坝的除险加固措施进行分析。

病险；淤地坝；除险加固；技术措施

1　工程概况

吴忠市同心县面积4466 km2，辖7镇4乡2个管委会，170个行政村，人口总数达到39.8万；当中农业人数达到29.4万，人口密度平均89 人/km2。耕地面积达到14.16 万 hm2，农民人平均耕地面积达到0.48 hm2，水土流失面积2 331.1 km2，占全县总面积的52.2%；水力、风力平均土壤侵蚀模数为3 000 t/km2。

因为地处黄土丘陵沟壑区，土质疏松，植被稀疏，一到雨季，水流泛滥，尤其是清水沟一级支沟折死沟的水土流失严重，对下游的道路交通和同心县城的生态环境、防洪工作都有很大影响，造成过严重的破坏。为了管控水土流失，在洪峰过境时进行有效管控，降低河床下切的速度，2011年开启了淤地坝除险加固工程，根据工程重要性，有选择的陆陆续续对10个以上病险淤地坝实施了稳固和除险作业，保证了工程的正常功能发挥，取得了很好的防洪减灾效益。

2　病险淤地坝除险加固措施浅析

2.1滞洪库容方面

淤地坝的库容通常有两大部分，即拦泥库容以及滞洪库容。伴随淤地坝运行时间的增加以及淤积程度加剧，一些淤地坝达到或超越了设计淤积库容，导致滞洪库容不够，使淤地坝蓄洪泄洪功能受到影响，工程运行存在安全隐患。这种情形，通常使用增高坝体、增加泄洪设施等方法来进行除险加固。

2.2坝体裂隙方面

同心县淤地坝大多数都是黄土均质碾压坝，坝身裂隙通常包括两坝肩的横向裂隙以及库区迎水坡的纵方向裂隙。其除险加固模式：人力挖掘、灌浆以及回填等等。

2.3坝身背水坡滑坡方面

淤地坝工程运行阶段，产生的背水坡坡角湿漉、渗水等问题，均使用增加反滤层、敷设微孔波纹管泄水体系等措施将水排出坝体，之后覆重并稳定背水坡，保证坡脚干燥以及坝身稳固。

2.4卧管方面

卧管经常出现的损毁情况有：基体沉降导致的整体裂开；建筑质量不佳加上冻胀导致的混凝土放水建筑物大面积的损毁；以往规划盖板与侧墙都使用预制装设模式，承担压力的能力有限；山体滑坡埋没或损毁等等。

其常用的除险加固措施是：对基体沉降导致的卧管裂开，在修理时如果通过改变方位能够绕开原基础，就绕开基础进行重修；对不能绕开基础的，对沉陷区域使用水泥灌浆等措施进行处理。[2]卧管混凝土浇灌阶段，应权衡到不匀称沉降等情况。对施工质量不佳或预制安装渗水的情况，需要拆卸并另行对现场实施整体浇灌。对山体滑坡埋没程度小的情况，应削缓卧管上端的土体，之后挖掘出被埋的卧管；对山体削坡遇到阻碍，并且查明今后还会发生类似情况时，应尽可能把被埋没的卧管从下端的开孔中挖出，之后变换卧管走势来进行重做，通常状况下要布置于坝身以及岸坡界线处。

2.5涵管方面

对涵管产生部分区域形变裂隙、水流从管壁外端溢出的情况，其对应的除险加固措施是：①当出现管壁中部分裂隙而形变还较小的情况，应在涵管中嵌入外直径比原涵管内直径小的钢管或新式PE高强度管，对管与管间的裂隙使用压力浇灌的方式，用强度较大的水泥浆泥密闭。这种措施尽管能让过流量下降，然而泄水功能较强。②假如涵管裂开过大，已经没有修理的意义，应挖掘以往涵管的孔口，利用混凝土堵塞涵管孔口，第一时间在适当范围布置排洪设施，应尽可能让排洪设施孔口高程下降[3]。

2.6明渠陡坡方面

明渠陡坡时常产生裂开、胀裂、山体滑坡埋没或损毁、山坡洪峰冲击等现象。对涵管孔口明渠平段位置，应增添盖板覆土或拆卸成为消力池、检修井。

对明渠陡坡的除险加固来讲：①对原基体部分区域被毁坏，而有可能重设渠道的情况，要依照新沟渠地表高程变更沟渠高程或走势；对不能改变高程和走势的情况，对被毁坏的基体使用水泥土回填等方法后重新建设。②针对原基础全部损毁并且陡坡侧墙被损毁的情况，应变更以往的明渠为涵管，在涵管孔口位置布置检查井，利用塑钢进行包裹来取代明渠陡坡，管径依照泄流量来明确，并根据陡坡的尺寸应添设镇墩，镇墩与镇墩间应相隔6～8m；出水口应布置消能设备，应依照挑流消能原则进行操作；塑钢包裹的管口应与坝脚相隔超过20m。[4]

2.7安全方面

对坝体后有村落、学校、公路等基础设施的淤地坝；淤地坝下游有村落、学校、公路等基础设施的情况，坝体被冲毁后会让群众直接面临风险。这种项目在设计阶段，应参考常规淤地坝建设的要求明确洪峰标准。目前最为有效的加固除险措施是在以往的标准基础上提升安全标准，并制定加固修理预案，并且只能增加排洪设施，不准加高坝身。

3　病险淤地坝除险加固实例解析

依照设计洪峰、沙泥产量、淤地坝威胁情况等等，对淤地坝的隐患进行控制，在除险的过程中权衡到各方面的因素极为关键。应依照不同区域的水利环境、季节、泥沙的特征，参考病险坝的特点以及社会经济发展的特征，明确对病险淤地坝的除险加固方法。笔者在下文中将以同心县李家河湾病险淤地坝为例进行阐述：

3.1病险淤地坝的情况

李家河湾骨干坝位于宁夏吴忠市同心县窑山乡车路沟村，属清水河一级支流洞子沟小流域上游支沟,距同心县城约60 km。地理位置:E106°11′27〞，N36°55′33〞，控制流域面积24 km2。该骨干坝始建于2001年，为黄土均质坝，是一座拦泥、蓄水的骨干坝。总库容277.2 万 m3，防洪库容142.8 万 m3，淤积库容134.4 万 m3。工程按“土坝和放水建筑物”两大件兴建，最大坝高33.2 m，坝顶宽5 m，坝顶长106 m，坝顶高程1 725.2 m。现状实测累计淤积库容110 万 m3，有效库容167.2 万 m3， 300 a一遇校核洪水138.81 万 m3，则总防洪库容为306.0 万 m3，即大于目前有效库容，不能满足防洪要求。

根据现状调查，该骨干坝除涵洞完好外，坝体存在以下问题：①输水建筑物卧管、出口明渠、陡坡损坏严重，不能正常输水。②坝后坡脚有冲沟，对坝体稳定造成威胁。③坝后沟底需设置排水体。④现状库容无法满足防洪标准。

3.2除险加固措施

1)对土坝坝顶、坡面冲沟回填、平整，并对前坡面砌护。现状坝体后坡有一条冲沟，深度10～13m，主要采取开挖、分层碾压回填进行处理，要求压实度≥0.96。对坝坡面的其他小的冲沟及塌坑采用相同方法进行处理。坝顶因有交通要求，对坝顶铺装0.15m厚度的泥结石。上游坝坡砌护采用预制六角形混凝土板护坡，混凝土板厚0.08m，其下设0.2m砂砾石垫层，主坝砌护范围从现淤泥面高程处开始护至坝顶位置。

2)维修卧管、新建输水明渠及陡坡。现状涵卧管位于坝体左岸，卧管设计级差0.4m，顺水流台长1.2m，廊道比降1/3。其中第一级卧管与露出泥面的部分被冲毁，卧管不能正常运行，此次按照原设计断面尺寸进行维修。每级卧管放水顶设置一孔放水，孔口直径0.3m，钢筋混凝土结构。

新建明渠位于现状涵洞出口末端位置，最大泄量0.6m3/s。新建输水建筑物由以下部位组成：

渐变段(长度2m)，一级陡坡段(20m、比降1∶4)，一级消力池段(6m)，断面均为矩形、钢筋混凝土结构，宽度0.8m，底板厚度0.2m，两侧墙厚度0.2m。

一级消力池后接12.7m直段、5.4m转弯段(圆心角31°、半径10m)，其后接3m直段，再接二级陡坡。

二级陡坡段长度90m、比降1∶8；二级消力池段长度6m、深度1.5m，断面结构与一级明渠相同；末端海漫段长度5m、宽度4.2m，干砌石结构，厚度0.25m。

新建明渠陡坡平均每10m长度设置横向缝，伸缩缝全部采用橡胶止水带止水，缝宽3 cm，止水带位置为表层混凝土5 cm处,空隙采用沥青油膏填塞。

基础处理，新建明渠陡坡基础位于湿陷场地，对基础开挖后翻夯0.5m、再进行0.5m的2∶8水泥土换填。

3.3坝后沟底、坝坡新建排水体

坝体后主沟道新建贴坡排水体，实测沟道底高程为1690.00，故排水体底高程1690.00m，顶高程1694.00m，垂直高度4.0m。坝体冲沟填筑完成后再作排水体，依次铺上粗砂层、砾石、块石，厚度0.3m，砾石层厚度0.3m，外层干砌块石厚度0.6m。设计排水体横向长度45m，两端各伸入两侧土体1.0m。

前后坝坡与岸坡结合处均设排水沟，竖向排水沟、横向排水沟及岸坡排水沟纵横相通，横向排水沟坡降1：400，横向排水沟设置于坡脚与台地相交处，末端通于主沟道。排水沟采用“U” 型C15混凝土板砌护，尺寸：口宽0.45m，高0.4m，厚0.05m。

4　增加溢洪道

骨干坝经过10多年的运行，淤积严重，有效容积减小，防洪标准不满足300a一遇的洪水，故需新建泄水建筑物。因此，在两大件的基础上，增设溢洪道进行除险加固。

该溢洪道进口段长12.0m，口宽13.00m，收缩角14°，矩形断面。进口钢筋混凝土侧墙(悬臂式)高度1.5-5.3m;底板表面为钢筋混凝土，基础开挖后翻夯1.0m、再换填1.0m的2∶8水泥土。

进口段后接控制段为箱涵，按宽顶堰计算流量，底高程1711.00m，侧墙高度5.5m，设置2孔，每孔宽度3.0m，净高度5.5m，控制段顺水流长度6.0m；控制段为钢筋混凝土结构，基础开挖后翻夯1.0m、再换填1.0m的2∶8水泥土。

控制段后接10.0m长渐变段，水平段，渐变段底宽7.0m，高度5.5-2.5m，矩形断面；后接25m明渠直段；再接9.4m转弯段、圆心角10.4°、半径50m；外边坡1∶0.1。明渠比降1∶100，钢筋混凝土结构。基础开挖后翻夯1.0m、再换填1.0m的2∶8水泥土。

渐变段后接67.5m陡坡段，矩形混凝土断面，底宽7.0m，外边坡系数1：0.1，渠深随水面线下降而降低，深度由2.5m变为2.0m，比降1/2.5，跌差27m；钢筋混凝土结构。基础开挖后翻夯1.0m、再换填1.0m的2:8水泥土。

陡坡出口接消力池，矩形断面，底宽7.0m，池深3.5m，消力池长度15m，池底高程1683.56m，外边坡系数1∶0.1，池末端设尾坎，坎高0.5m，钢筋混凝土结构，下为干抛石基础。

消力池末端接海漫段，底宽13.6m，长度5m，浆砌石结构，下为干抛石基础，池末端入沟道。

新建溢洪道平均每10m长度设置横向缝，纵向沿轴线方向错缝分缝，伸缩缝全部采用橡胶止水带止水，缝宽3cm，止水带位置为表层混凝土5cm处,空隙采用沥青油膏填塞。

5　结　语

病险淤地坝除险加固作业要具体情况具体分析，最大程度地完善技术措施，让除险加固预案体现出其应用价值、经济价值以及可操作性，确保大坝项目的整体效益，保证病险淤地坝的排险功能，让淤地坝能够在防洪抗洪中发挥应有的效能。对于坝体所处的方位，应进行重点考察，查明淤地坝建设工程是不是能够带来泄洪排洪方面的本质性改变；不能盲目选址、盲目开工，需要综合水文条件、地质地貌、气候环境、生态保护等诸多层面的因素进行淤地坝除险加固建设。

[1]王桂娥.淤地坝建设在治理水土流失改善农业生产条件中的作用[J].科技与企业,2014(21):85-85.

[2]秦鸿儒,孙浩,刘正杰等.2013年暴雨过程中黄土高原淤地坝受损原因分析及建议[J].中国水土保持,2014(03):22-24.

[3]程君.西吉县病险淤地坝加固维修工程效益分析及经济评价[J].价值工程,2013(27):64-65.

[4]刘立峰,杜芳艳,马宁等.基于黄土丘陵沟壑区第Ⅰ副区淤地坝淤积调查的土壤侵蚀模数计算[J].水土保持通报,2015,35(6):124-129.

1007-7596(2016)07-0082-03

2016-05-26

刘銮民(1977-)，男，安徽灵璧人，工程师，从事水土保持监测技术和水土保持项目管理工作。

TV698.23

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