滑坡體未處置下的堰塞湖后續(xù)處置實(shí)踐

盧少為，翁朝暉，黃 雍，王彩虹

（湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院，武漢430064）

堰塞湖應(yīng)急處置后，堰塞體殘留部分穩(wěn)定性、泄流通道的穩(wěn)定性和行洪能力仍會(huì)影響堰塞體下游的防洪安全，需要進(jìn)行后續(xù)永久處置。我國堰塞湖后續(xù)永久性處置，有的堰塞湖采取清除方案［1］、徹底消除潰堰風(fēng)險(xiǎn)；有的大型堰塞湖經(jīng)過應(yīng)急處置后風(fēng)險(xiǎn)依然較大，經(jīng)過防洪除險(xiǎn)、移民安置等，使其成為除險(xiǎn)、防洪、供水、灌溉、發(fā)電的大型水利樞紐工程，如2014年8月云南紅石巖堰塞湖［2］；有的大型堰塞湖經(jīng)綜合評(píng)估后采用休養(yǎng)生息的方式，充分發(fā)揮生態(tài)修復(fù)功能，經(jīng)過一段時(shí)間讓其形成自然穩(wěn)定的堰塞湖，如2008年5月唐家山堰塞湖［3-6］。而滑坡體未處置情況下的堰塞湖后續(xù)處置，國內(nèi)尚無相關(guān)實(shí)例與經(jīng)驗(yàn)［7，8］。

2011年6月14日，湖北省十堰房縣上龕鄉(xiāng)二荒坪村平渡河中游河段由于山體滑坡、堵塞河道形成堰塞湖。二荒坪堰塞體堰塞湖攔蓄洪水約150萬m3，堰體結(jié)構(gòu)較松散，一旦潰堰將給下游河道兩岸居民、農(nóng)田及沿線重要建筑物帶來嚴(yán)重的洪水災(zāi)害。險(xiǎn)情發(fā)生后，在堰塞體頂部左側(cè)開挖泄水渠進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)，應(yīng)急處置后庫容約60 萬m3。根據(jù)《堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)》（SL450-2009）的規(guī)定，結(jié)合堰塞湖現(xiàn)狀，確定湖北房縣二荒坪堰塞湖規(guī)模為?。?）型，危險(xiǎn)等級(jí)為高危險(xiǎn)［9］。

2011年9月平渡河發(fā)生秋汛，泄水渠發(fā)生淘蝕而擴(kuò)展，塊石、石渣在洪水的推動(dòng)下向下游河道蔓延，直接影響了下游百戶溝電站的正常運(yùn)用、亟須對(duì)堰塞湖進(jìn)行后續(xù)整治。由于滑坡體尚未處置，工期緊、施工難度大。在堰塞湖后續(xù)處置中秉著“不擾動(dòng)現(xiàn)有堰塞體”的原則，用較少的投資挽救了堰塞湖下游移民及電站廢棄的重大損失，帶來了顯著的防洪效益和社會(huì)效益。

1 堰塞湖后續(xù)處置的難點(diǎn)、原則及方案

1.1 難點(diǎn)及原則

房縣二荒坪堰塞湖由山體滑坡形成，滑坡體高差達(dá)278 m，堰塞體主要由粒徑為20～50 cm 的頁巖塊體。如采用挖除方案，施工難度大、成本高，且無棄渣場。據(jù)房縣人民政府根據(jù)國家相關(guān)文件精神議定的處置方案，滑坡體由國土資源部門負(fù)責(zé)處置，堰塞體及河道綜合整治由水利部門承擔(dān)。本工程設(shè)計(jì)階段，滑坡體尚未進(jìn)行處置，滑坡體滑緣上殘存的石渣尚處于極限平衡狀態(tài)，堰塞體存在潰堰洪水及水土流失災(zāi)害隱患，如實(shí)施堰塞體開挖或擾動(dòng)，施工安全無法保證。

本次對(duì)堰塞體的處置設(shè)計(jì)以盡可能不擾動(dòng)現(xiàn)有堰塞體的原則來擬定設(shè)計(jì)方案。因地制宜，就地永久性保護(hù)，不擾動(dòng)滑坡體、不挖除堰塞體，避免施工期重大安全隱患，節(jié)省工期。

1.2 處置方案

根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則及施工要求，可在堰腳布置一級(jí)或多級(jí)透水性混凝土重力壩攔渣，可考慮單級(jí)超高壩、單級(jí)溢流壩、兩級(jí)溢流壩及多級(jí)溢流壩方案，經(jīng)表1綜合比選，采用兩級(jí)透水型攔渣壩方案、結(jié)合堰頂防護(hù)進(jìn)行整治。堰塞湖后續(xù)處置方案平面布置、縱剖面分別見圖1、圖2，堰頂防護(hù)橫剖面見圖3，透水型混凝土重力壩剖面見圖4。

表1 透水性混凝土重力壩方案比選

圖1 堰塞湖后續(xù)處置方案平面布置圖

圖2 堰塞湖后續(xù)處置方案縱剖面圖

圖3 堰塞湖后續(xù)處置方案B-B橫剖面圖

圖4 堰塞湖后續(xù)處置方案C-C橫剖面圖

（1）在堰腳布置首座透水型混凝土重力壩。壩體采用堆石與自密實(shí)混凝土互層，設(shè)多層混凝土排水管，排水管進(jìn)口段設(shè)反濾體。為了盡量加大溢流前緣總寬，不設(shè)非溢流壩段，采用全斷面溢流。壩趾高程低于原河床約3.0 m，以增大壩趾水墊厚度，降低流速。為了增大溢流面抵抗推移質(zhì)磨耗，溢流堰頂及下游壩面采用常態(tài)混凝土澆筑，兩岸坡面采用鉆孔植筋掛網(wǎng)后噴15 cm 厚混凝土保護(hù)。壩基河槽深槽采用混凝土塞回填，混凝土塞在上下游方向?qū)捰谝缌鲏?，以增加壩體整體穩(wěn)定性。

（2）在堰塞體下游河道上布置第二級(jí)透水型混凝土重力壩，使第一級(jí)攔蓄大部分推移質(zhì)、少量推移質(zhì)進(jìn)入下游二級(jí)攔渣壩庫內(nèi)，同時(shí)利用次級(jí)溢流壩形成的水墊塘作為首級(jí)溢流壩的消力池。

（3）為增強(qiáng)堰塞體漫堰洪水的抗沖刷能力，選用抗沖能力強(qiáng)、透水性好且適應(yīng)變形的格賓石籠網(wǎng)對(duì)堰頂和泄流渠進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)河道中堰塞體石渣堆積情況，確定對(duì)堰塞體表面泄流槽右側(cè)與底面進(jìn)行防護(hù)，在泄流槽底面鋪設(shè)1 m厚格賓石籠網(wǎng)，右岸邊坡采用6 m高的格賓擋墻防護(hù)，總面積12 000 m2。

2 堰塞湖后續(xù)處置工程設(shè)計(jì)及施工特點(diǎn)

2.1 三重防護(hù)、永久治理堰塞體

在堰塞體后續(xù)處置中，采用三重防護(hù)措施、永久治理堰塞體。第一重防護(hù)措施為堰頂防護(hù)，即在堰塞體頂部采用格賓石籠網(wǎng)及格賓擋墻防護(hù)堰塞體表面應(yīng)急泄水渠，防止水流沖刷、淘蝕堰塞體導(dǎo)致潰堰；第二重防護(hù)為在堰腳布置首座透水型混凝土重力壩攔渣，為后續(xù)整治的重點(diǎn)和核心；第三重防護(hù)為在下游布置第二級(jí)透水型混凝土重力壩，攔截進(jìn)入下游第二級(jí)透水溢流攔渣壩庫內(nèi)的推移質(zhì)，同時(shí)作為一級(jí)壩的消能設(shè)施。構(gòu)成堰塞體的頁巖塊體經(jīng)三重防護(hù)，有效阻止了推移質(zhì)向下游推移，消除潰堰風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了堰塞湖長治久安。

2.2 透水型混凝土重力壩

混凝土重力壩采用了透水壩的設(shè)計(jì)，在混凝土重力壩壩體內(nèi)設(shè)多層混凝土排水管，預(yù)制混凝土排水管上下、左右間距40 m，直徑30 cm，貫通上下游壩面，排水管進(jìn)口段設(shè)反濾體。透水壩的設(shè)計(jì)減小壩內(nèi)石渣剪力，避免造成二次滑坡，進(jìn)而避免二次滑坡沖擊庫水引起涌浪、造成次生災(zāi)害。透水壩的設(shè)計(jì)減少了上游水壓力和基底揚(yáng)壓力，減小了滑動(dòng)力和傾覆力，增加了抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性，在安全系數(shù)一定的情況下，減小了壩體斷面和工程量，降低工程投資。

透水型混凝土重力壩施工采用自密實(shí)混凝土的施工工藝，有效解決工期緊、任務(wù)重，施工場地限制的實(shí)際問題。自密實(shí)混凝土其強(qiáng)度、彈模等基本力學(xué)性能與普通大體積混凝土相近，利用專用自密實(shí)混凝土高流動(dòng)性、高穿透性的特點(diǎn)，依靠自重完全填充堆石的空隙，形成完整、密實(shí)、水化熱低、滿足強(qiáng)度要求的大體積混凝土。

2.3 一級(jí)、二級(jí)溢流壩的總體布局

在堰腳和下游適當(dāng)位置各布置一道溢流壩，使第一級(jí)溢流壩高于次級(jí)溢流壩，利用第一級(jí)溢流壩壩后庫容攔蓄大部分推移質(zhì)，少量推移質(zhì)進(jìn)入下游二級(jí)攔渣壩庫內(nèi)。精心布置兩級(jí)溢流壩位置，既可以起到利用第一級(jí)攔蓄大部分推移質(zhì)，同時(shí)也可以利用次級(jí)溢流壩形成的水墊塘作為首級(jí)溢流壩的消力池，而次級(jí)溢流壩由于高度較小，過壩水流可利用原河槽作為天然海漫消能。創(chuàng)造性布置兩道溢流壩，整體工程量較低、攔渣效果較好。此外，為了盡量加大溢流前緣總寬，不設(shè)非溢流壩段，采用全斷面溢流。為使過堰水流較好地歸入下游河槽，并盡可能消除一部分水能，壩趾高程低于原河床約3.0 m，以增大壩趾水墊厚度，降低流速。

2.4 應(yīng)急處置和永久性處置相結(jié)合的整治方式

為減輕潰堰風(fēng)險(xiǎn)，在前期應(yīng)急處置時(shí)已在堰頂開挖泄流渠，后期結(jié)合應(yīng)急處置進(jìn)行永久性處置。根據(jù)潰壩洪水計(jì)算成果［10］，發(fā)生設(shè)計(jì)洪水時(shí)堰塞體上的洪水流速超過堰塞體表層石渣的抗沖流速，從而沖刷、淘蝕堰塞體，可能最終導(dǎo)致潰堰。為增強(qiáng)堰塞體漫堰洪水的抗沖刷能力，對(duì)堰塞體表面進(jìn)行防沖加固是十分必要的。傳統(tǒng)的干砌塊石、漿砌塊石和混凝土預(yù)制塊的抗沖流速一般不超過5 m/s，且透水性較差，選用抗沖能力強(qiáng)、透水性好且適應(yīng)變形的格賓石籠網(wǎng)進(jìn)行表面保護(hù)。

2.5 透水型混凝土重力壩的施工工藝

上下游透水型混凝土重力壩采用自密實(shí)混凝土的施工工藝，有效解決工期緊、任務(wù)重，施工場地限制的實(shí)際問題。將大粒徑的塊石直接堆放入倉，然后從堆石體的表面澆筑無需任何振搗的專用自密實(shí)混凝土，并利用專用自密實(shí)混凝土高流動(dòng)性、高穿透性的特點(diǎn)，依靠自重完全填充堆石的空隙，形成完整、密實(shí)、水化熱低、滿足強(qiáng)度要求的大體積混凝土。

3 結(jié) 論

湖北省十堰房縣堰塞湖發(fā)生后，堰塞湖潰堰洪水分析、綜合整治設(shè)計(jì)、施工等工作陸續(xù)展開，于2014年5月順利通過竣工驗(yàn)收。堰塞湖后續(xù)處置工程安全監(jiān)測結(jié)果表明，工程運(yùn)行以來堰體穩(wěn)定，保證了下游的防洪安全，實(shí)現(xiàn)了堰塞湖的長治久安。結(jié)合我國各類堰塞湖后續(xù)處置，得出幾點(diǎn)結(jié)論如下。

（1）滑坡體處置之前對(duì)堰塞湖后續(xù)處置，施工安全往往不能保證。采用“不擾動(dòng)現(xiàn)有堰塞體的原則”，能避免施工期重大安全隱患，節(jié)省工期，工程總投資較低。

（2）采用格賓石籠網(wǎng)對(duì)堰塞體頂部（包括應(yīng)急泄流槽）進(jìn)行防護(hù)，結(jié)合應(yīng)急處置實(shí)施加固，節(jié)省投資，較多，效果較好。

（3）本文提出的透水型混凝土重力壩的設(shè)計(jì)，減少了上游水壓力和基底揚(yáng)壓力，增加了抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性，減小了工程量，降低了工程投資。

（4）采用“三重防護(hù)”的布置方案，能有效阻止推移質(zhì)向下游推移，實(shí)現(xiàn)對(duì)堰塞湖后續(xù)永久整治。在國內(nèi)尚無類似處置實(shí)踐的背景下，本工程為滑坡體未處置條件下的堰塞湖后續(xù)治理起到了示范作用。

（5）上下游透水型混凝土重力壩采用自密實(shí)混凝土的施工工藝，能有效解決工期緊、任務(wù)重、施工場地限制的實(shí)際問題。 □