臨縣淤地壩建設(shè)中存在的問題與處理對策

［關(guān)鍵詞］ 水土保持；淤地壩；建設(shè)方法；臨縣

［摘 要］ 為了應(yīng)對嚴(yán)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(shè)過程中巖石基礎(chǔ)與土質(zhì)壩體的結(jié)合和防滲、壩基及岸坡巖層滲水處理、特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地形條件下放水建筑物布置等問題，在淤地壩建設(shè)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(chǔ)和岸坡緊密結(jié)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(wěn)定性；采用臥管加豎井組合法和涵洞內(nèi)布設(shè)跌水的方法提高放水建筑物的工程質(zhì)量，降低了工程施工難度，減少了工程量，節(jié)約了工程投資等。

［中圖分類號］ S157? ［文獻(xiàn)標(biāo)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(cè)，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)110°29′～111°18′、北緯37°36′～38°14′之間，屬典型的黃土丘陵溝壑區(qū)，地形破碎復(fù)雜，水土流失十分嚴(yán)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(qiáng)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(yīng)對嚴(yán)重的水土流失狀況，臨縣建設(shè)了大量淤地壩，擁有豐富的淤地壩建設(shè)經(jīng)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(nèi)分散建設(shè)淤地壩。臨縣建成的淤地壩全部為均質(zhì)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(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)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(shè)旱作梯田、淤地壩等。一時間在黃河中游地區(qū)又掀起了淤地壩建設(shè)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(dān)著防汛安保的功能。淤地壩的投資標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xiàn)險情都會給下游帶來巨大災(zāi)難，后果難以預(yù)測。所以，在淤地壩建設(shè)過程中要特別注重施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，遇到不同的地質(zhì)、水文情況需要采取不同的技術(shù)方法。臨縣多年來在淤地壩工程建設(shè)實踐中，采取和總結(jié)了不少適合黃土高原地區(qū)淤地壩建設(shè)的技術(shù)和方法，成效明顯。

1 壩址處為基巖時壩體與基礎(chǔ)和岸坡的結(jié)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(qū)域，早年間建設(shè)的淤地壩大部分分布在這一區(qū)域，而西南部尤其是沿黃各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，基巖出露高，溝道下切嚴(yán)重，兩岸為垂直狀的石質(zhì)岸坡，給新建淤地壩選址帶來很大的難度。一方面，土質(zhì)壩體與基巖難以結(jié)合，處理不當(dāng)會形成一條貫穿的滲漏通道，為淤地壩后期運(yùn)行埋下巨大隱患；另一方面，石質(zhì)岸坡削坡時需要把坡面削成一個斜坡，但施工時只能根據(jù)巖石層理節(jié)理發(fā)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(chǔ)和兩邊岸坡上開挖基槽，將風(fēng)化、破碎巖石挖除外運(yùn)，再在基槽內(nèi)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(jù)地質(zhì)情況、淤地壩的建設(shè)規(guī)模，防滲齒墻設(shè)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(jù)巖石高度設(shè)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(shè)置1道全封閉墻體。要根據(jù)工程所處的地質(zhì)及溝道地形情況選用合適的齒墻結(jié)構(gòu)，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(shè)，一般設(shè)置在壩軸線或壩體上游位置，這樣布設(shè)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(shè)置在壩體結(jié)合槽處，將壩體與基礎(chǔ)、岸坡緊密結(jié)合起來，阻斷了壩體結(jié)合部位的滲漏通道，防止形成繞壩滲漏現(xiàn)象；三是大大減少了壩體結(jié)合槽的挖填工程量，節(jié)約了工程投資。防滲齒墻不僅可以用在壩體的結(jié)合部位，還可以在放水建筑物、溢洪道、部分壩體維修的結(jié)合部位使用，如兔坂鎮(zhèn)楊家溝大型壩除險加固時溢洪道與壩體結(jié)合部位、青涼寺鄉(xiāng)大麻溝大型壩壩體缺口與巖石岸坡結(jié)合處、青涼寺鄉(xiāng)高家峁大型壩壩體缺口與巖石岸坡結(jié)合處均采用現(xiàn)澆混凝土防滲齒墻。經(jīng)實際計算對比，郭家溝大型壩采用防滲齒墻法比原結(jié)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(jié)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(shè)中防滲齒墻的運(yùn)用既保證了工程的施工質(zhì)量，又減少了工程量和工程投資，同時進(jìn)一步實踐了施工方法，總結(jié)了施工經(jīng)驗，豐富了淤地壩建設(shè)理論，起到了很好的推廣和示范作用。

2 均質(zhì)碾壓土壩與巖石岸坡的結(jié)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(jié)合起來，可采用巖石岸坡與壩體結(jié)合部位水墜結(jié)合施工法[2]。水墜結(jié)合是指在修筑均質(zhì)土壩過程中沒有條件進(jìn)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(jié)合處采用小面積水墜方法，以增強(qiáng)壩體與巖石岸坡之間的結(jié)合度，防止繞壩肩滲流，提高壩體穩(wěn)定性，同時減少削坡工程量，降低工程投資。

在淤地壩建設(shè)過程中總結(jié)出的巖石岸坡水墜結(jié)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(jié)合部位圍成坑，先把水抽入坑內(nèi)，再把土填入水中，經(jīng)固結(jié)將壩體和巖石岸坡緊密結(jié)合在一起；土中灌水法就是在結(jié)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(nèi)，水滲入土中形成飽和狀態(tài)，固結(jié)后將壩體和巖石岸坡緊密結(jié)合起來。這兩種方法在淤地壩建設(shè)過程中效果良好，也可用于放水建筑物與壩體和岸坡的結(jié)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(zhì)岸坡的淤地壩采用了水墜結(jié)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(yùn)用了這種方法。

3 壩基及岸坡巖層滲水處理

巖層構(gòu)造中層理節(jié)理發(fā)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(xiàn)象。如果壩址處遇上這種地質(zhì)情況，那么處理不好的話就會導(dǎo)致壩坡滑塌、壩坡流泥、壩體與岸坡結(jié)合處形成沖溝等，破壞大壩穩(wěn)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(jié)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(diǎn)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(xù)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(lián)通，連續(xù)收集流水，覆蓋頂部，用塑料管將水集中排出壩體。經(jīng)過多年觀察，小井式收集法和截潛流法應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)中存在的問題與處理對策為減少工程量、節(jié)省投資、加快工程進(jìn)度，可根據(jù)實際地形采用臥管加豎井組合的放水建筑物結(jié)構(gòu)，具體組成為臥管—豎井—消力井—涵洞。根據(jù)實際地形在基巖上布設(shè)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(shè)在石質(zhì)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(yùn)行也安全可靠。

5 壩址基礎(chǔ)落差較大時涵洞內(nèi)設(shè)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(guī)布設(shè)，而是要根據(jù)實際地形和巖層結(jié)構(gòu)，采用涵洞內(nèi)布設(shè)跌水的方法。具體是根據(jù)壩址壩基巖層的平整度及落差按坡降分段整理基礎(chǔ)，分級布設(shè)跌水，跌水處設(shè)消力池，消減水流沖擊。這種涵洞內(nèi)設(shè)置跌水的方法，既減少了開挖工程量，節(jié)約了工程投資，又能更好地適應(yīng)涵洞內(nèi)的坡降。

6 放水建筑物和溢洪道結(jié)合運(yùn)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(chǔ)穩(wěn)定，同時滿足放水建筑物放水和溢洪道泄洪等要求，根據(jù)實際條件采用了放水建筑物和溢洪道結(jié)合運(yùn)用的方式。具體建筑物設(shè)置為豎井—涵洞—泄槽—消力池。在布設(shè)放水建筑物的基礎(chǔ)上加大建筑物（臥管、豎井、涵洞等）過水?dāng)嗝?，提高放水建筑物泄洪能力，達(dá)到溢洪道泄洪能力的要求，前期按放水建筑物放水運(yùn)行，后期按溢洪道泄洪運(yùn)行。采用這種結(jié)構(gòu)形式的算溝大型壩多年來運(yùn)行正常。

7 壩坡排水溝的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

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(jié)構(gòu)單薄，抗傾覆能力差，因此經(jīng)常出現(xiàn)倒塌、水毀現(xiàn)象。為了避免類似現(xiàn)象發(fā)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(jié)合，穩(wěn)定了排水溝的結(jié)構(gòu)。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(yùn)行基本正常，未出現(xiàn)倒塌和水毀情況。

［參考文獻(xiàn)］

[1] 牛越先，楊才敏，聶興山，等.淤地壩規(guī)劃設(shè)計與施工技術(shù)[M].太原：山西經(jīng)濟(jì)出版社，2011：194-199.

[2] 范瑞瑜.黃土高原壩系生態(tài)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(xué)士，主要從事水利工程、水土保持工程建設(shè)管理工作。

［收稿日期］ 2023-03-25

（責(zé)任編輯 李楊楊）