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        臨縣淤地壩建設(shè)中存在的問(wèn)題與處理對(duì)策

        2023-06-11 18:24:05張寶艷
        中國(guó)水土保持 2023年5期

        [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(duì)嚴(yán)重的水土流失狀況,多年來(lái)臨縣共建成大中型淤地壩140座,針對(duì)淤地壩建設(shè)過(guò)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(wèn)題,在淤地壩建設(shè)實(shí)踐中提出了可操作性的處理對(duì)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(wèn)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(hào)] S157? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] C? [文章編號(hào)] 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(wàn)t,占山西省黃河流域年均輸沙量的10%。為了應(yīng)對(duì)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(yàn),2003年以來(lái)先后建成了萬(wàn)安溝小流域、吳家灣小流域、六家溝小流域壩系工程項(xiàng)目,每年縣水利局還按照上級(jí)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(kù)容5 695.36萬(wàn)m3,淤積壩地836.65 hm2。近年來(lái),大部分大型淤地壩通過(guò)除險(xiǎn)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(shū)記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)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(shí)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(kù),但在防汛功能上它們作用相同,特別是一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情都會(huì)給下游帶來(lái)巨大災(zāi)難,后果難以預(yù)測(cè)。所以,在淤地壩建設(shè)過(guò)程中要特別注重施工過(guò)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(lái)在淤地壩工程建設(shè)實(shí)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(shí)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(shì)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(lái)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(huì)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(shí)需要把坡面削成一個(gè)斜坡,但施工時(shí)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?tīng)畹亩鄠€(gè)小臺(tái)階,施工難度和石方開(kāi)挖量都很大。因此,對(duì)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(kāi)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(shí)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(wàn)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(wàn)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(lái),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(xiǎn)加固時(shí)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(shí)際計(jì)算對(duì)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(wàn)元降到了1.78萬(wàn)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(wàn)元降到了0.40萬(wàn)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(shí)進(jìn)一步實(shí)踐了施工方法,總結(jié)了施工經(jīng)驗(yàn),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(guò)程中,為了使土壩與巖石更加緊密地結(jié)合起來(lái),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(guò)程中沒(méi)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(shí)減少削坡工程量,降低工程投資。

        在淤地壩建設(shè)過(guò)程中總結(jié)出的巖石岸坡水墜結(jié)合方法中比較實(shí)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(gè)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(lái)。這兩種方法在淤地壩建設(shè)過(guò)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(wàn)安溝兩個(gè)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(cuò),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(huì)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(duì)壩體的破壞,在具體的實(shí)踐中總結(jié)出比較實(shí)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(gè)泉水溢出點(diǎn)位上開(kāi)挖砌筑一個(gè)小集水井,把水收集起來(lái),用塑料管把各個(gè)集水井連接起來(lái)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(kāi)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(guò)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(duì)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(kāi)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(wèn)題與處理對(duì)策為減少工程量、節(jié)省投資、加快工程進(jìn)度,可根據(jù)實(shí)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(shí)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(kāi)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(shí)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(shí)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(jí)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(kāi)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(wàn)安溝小流域算溝大型壩實(shí)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(shí)滿足放水建筑物放水和溢洪道泄洪等要求,根據(jù)實(shí)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(guò)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(lái)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(lái)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(jiǎn)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(lái)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(jì)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(jiǎn)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)

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