病險淤地壩除險加固措施

劉鑾民

(寧夏吳忠市水務(wù)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(wù)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(fù)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(guān)領(lǐng)域未來一段時期內(nèi)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(shù)措施

1　工程概況

吳忠市同心縣面積4466 km2，轄7鎮(zhèn)4鄉(xiāng)2個管委會，170個行政村，人口總數(shù)達到39.8萬；當中農(nóng)業(yè)人數(shù)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(nóng)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(fēng)力平均土壤侵蝕模數(shù)為3 000 t/km2。

因為地處黃土丘陵溝壑區(qū)，土質(zhì)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(tài)環(huán)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(jù)工程重要性，有選擇的陸陸續(xù)續(xù)對10個以上病險淤地壩實施了穩(wěn)固和除險作業(yè)，保證了工程的正常功能發(fā)揮，取得了很好的防洪減災(zāi)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(shè)計淤積庫容，導(dǎo)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(shè)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(shù)都是黃土均質(zhì)碾壓壩，壩身裂隙通常包括兩壩肩的橫向裂隙以及庫區(qū)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(chǎn)生的背水坡坡角濕漉、滲水等問題，均使用增加反濾層、敷設(shè)微孔波紋管泄水體系等措施將水排出壩體，之后覆重并穩(wěn)定背水坡，保證坡腳干燥以及壩身穩(wěn)固。

2.4臥管方面

臥管經(jīng)常出現(xiàn)的損毀情況有：基體沉降導(dǎo)致的整體裂開；建筑質(zhì)量不佳加上凍脹導(dǎo)致的混凝土放水建筑物大面積的損毀；以往規(guī)劃蓋板與側(cè)墻都使用預(yù)制裝設(shè)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(dǎo)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(chǔ)，就繞開基礎(chǔ)進行重修；對不能繞開基礎(chǔ)的，對沉陷區(qū)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(yīng)權(quán)衡到不勻稱沉降等情況。對施工質(zhì)量不佳或預(yù)制安裝滲水的情況，需要拆卸并另行對現(xiàn)場實施整體澆灌。對山體滑坡埋沒程度小的情況，應(yīng)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(fā)生類似情況時，應(yīng)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(chǎn)生部分區(qū)域形變裂隙、水流從管壁外端溢出的情況，其對應(yīng)的除險加固措施是：①當出現(xiàn)管壁中部分裂隙而形變還較小的情況，應(yīng)在涵管中嵌入外直徑比原涵管內(nèi)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(jīng)沒有修理的意義，應(yīng)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(shè)施，應(yīng)盡可能讓排洪設(shè)施孔口高程下降[3]。

2.6明渠陡坡方面

明渠陡坡時常產(chǎn)生裂開、脹裂、山體滑坡埋沒或損毀、山坡洪峰沖擊等現(xiàn)象。對涵管孔口明渠平段位置，應(yīng)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(qū)域被毀壞，而有可能重設(shè)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(shè)。②針對原基礎(chǔ)全部損毀并且陡坡側(cè)墻被損毀的情況，應(yīng)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(jù)陡坡的尺寸應(yīng)添設(shè)鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩與鎮(zhèn)墩間應(yīng)相隔6～8m；出水口應(yīng)布置消能設(shè)備，應(yīng)依照挑流消能原則進行操作；塑鋼包裹的管口應(yīng)與壩腳相隔超過20m。[4]

2.7安全方面

對壩體后有村落、學(xué)校、公路等基礎(chǔ)設(shè)施的淤地壩；淤地壩下游有村落、學(xué)校、公路等基礎(chǔ)設(shè)施的情況，壩體被沖毀后會讓群眾直接面臨風(fēng)險。這種項目在設(shè)計階段，應(yīng)參考常規(guī)淤地壩建設(shè)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(chǔ)上提升安全標準，并制定加固修理預(yù)案，并且只能增加排洪設(shè)施，不準加高壩身。

3　病險淤地壩除險加固實例解析

依照設(shè)計洪峰、沙泥產(chǎn)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(quán)衡到各方面的因素極為關(guān)鍵。應(yīng)依照不同區(qū)域的水利環(huán)境、季節(jié)、泥沙的特征，參考病險壩的特點以及社會經(jīng)濟發(fā)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(xiāng)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(zhì)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?，F(xiàn)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(jù)現(xiàn)狀調(diào)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?lián)p壞嚴重，不能正常輸水。②壩后坡腳有沖溝，對壩體穩(wěn)定造成威脅。③壩后溝底需設(shè)置排水體。④現(xiàn)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?，F(xiàn)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(jié)石。上游壩坡砌護采用預(yù)制六角形混凝土板護坡，混凝土板厚0.08m，其下設(shè)0.2m砂礫石墊層，主壩砌護范圍從現(xiàn)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?，F(xiàn)狀涵臥管位于壩體左岸，臥管設(shè)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(shè)計斷面尺寸進行維修。每級臥管放水頂設(shè)置一孔放水，孔口直徑0.3m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

新建明渠位于現(xiàn)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(jié)構(gòu)，寬度0.8m，底板厚度0.2m，兩側(cè)墻厚度0.2m。

一級消力池后接12.7m直段、5.4m轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)與一級明渠相同；末端海漫段長度5m、寬度4.2m，干砌石結(jié)構(gòu)，厚度0.25m。

新建明渠陡坡平均每10m長度設(shè)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(chǔ)處理，新建明渠陡坡基礎(chǔ)位于濕陷場地，對基礎(chǔ)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(shè)計排水體橫向長度45m，兩端各伸入兩側(cè)土體1.0m。

前后壩坡與岸坡結(jié)合處均設(shè)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(shè)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(jīng)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(chǔ)上，增設(shè)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(cè)墻(懸臂式)高度1.5-5.3m;底板表面為鋼筋混凝土，基礎(chǔ)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(cè)墻高度5.5m，設(shè)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(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)?；A(chǔ)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(shù)1：0.1，渠深隨水面線下降而降低，深度由2.5m變?yōu)?.0m，比降1/2.5，跌差27m；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)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(shù)1∶0.1，池末端設(shè)尾坎，坎高0.5m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下為干拋石基礎(chǔ)。

消力池末端接海漫段，底寬13.6m，長度5m，漿砌石結(jié)構(gòu)，下為干拋石基礎(chǔ)，池末端入溝道。

新建溢洪道平均每10m長度設(shè)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(jié)　語

病險淤地壩除險加固作業(yè)要具體情況具體分析，最大程度地完善技術(shù)措施，讓除險加固預(yù)案體現(xiàn)出其應(yīng)用價值、經(jīng)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(fā)揮應(yīng)有的效能。對于壩體所處的方位，應(yīng)進行重點考察，查明淤地壩建設(shè)工程是不是能夠帶來泄洪排洪方面的本質(zhì)性改變；不能盲目選址、盲目開工，需要綜合水文條件、地質(zhì)地貌、氣候環(huán)境、生態(tài)保護等諸多層面的因素進行淤地壩除險加固建設(shè)。

[1]王桂娥.淤地壩建設(shè)在治理水土流失改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件中的作用[J].科技與企業(yè),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(jīng)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(qū)第Ⅰ副區(qū)淤地壩淤積調(diào)查的土壤侵蝕模數(shù)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(jiān)測技術(shù)和水土保持項目管理工作。

TV698.23

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