羅思聰 LUO Si-cong

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

0 引言

巖口水庫工程是一項(xiàng)重要的水利工程，但由于歷史原因，其堰塞體存在較為嚴(yán)重的安全隱患。為了保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，改造與治理巖口水庫工程堰塞體已成為當(dāng)務(wù)之急。本研究旨在通過對(duì)堰塞體初期改造與治理方案設(shè)計(jì)的研究，提出可行性方案，為巖口水庫工程堰塞體的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支撐，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

巖口水庫是一類大型綜合利用工程，集防洪、供水、灌溉和發(fā)電于一體，具有極高的綜合利用價(jià)值。該項(xiàng)目包括一期工程和一期引水工程，總庫容高達(dá)1.17 億立方米。水庫樞紐由面板堆石壩、左岸泄洪洞、右岸泄洪洞、右岸取水及發(fā)電引水、生態(tài)發(fā)電站等一系列重要結(jié)構(gòu)組成。特別值得一提的是，面板堆石壩是在1996年印江巖口“9·18”特大泥石流堆積體基礎(chǔ)上加高、加固而成，最高可達(dá)68 米，是一項(xiàng)具有特殊意義的支擋結(jié)構(gòu)。

目前，這個(gè)工程項(xiàng)目正處于規(guī)模論證階段。本文將重點(diǎn)介紹堰塞體改建治理方案設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容，為您詳細(xì)解析這一工程項(xiàng)目的初期改造與治理方案設(shè)計(jì)的工程概況。通過深入研究和分析，期望能夠?yàn)閹r口水庫工程的進(jìn)一步發(fā)展提供有力的理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

2 堰塞湖形成的原因、 特點(diǎn)概述與前期搶險(xiǎn)應(yīng)急治理簡介

2.1 堰塞體概況

在1996年9月18 日晚上10 點(diǎn)左右，貴州省銅仁市印江縣的印江河左岸的巖口河段發(fā)生了一起巨大的牽引式深層基巖滑坡。這次滑坡的滑體從海拔670 米的斜坡上迅速?zèng)_入海拔474 米的河谷中，體積大約為260 萬立方米。這個(gè)滑體形成了高51.4 米的天然堆石壩體，并導(dǎo)致堰塞湖的水深達(dá)到42.24 米，庫容為3821 萬立方米。最高淹沒水位達(dá)到516.44 米，這起事件不僅堵塞了印江河，還阻斷了?。ń桑ㄌ遥┕?。這次滑坡對(duì)上游的朗溪集鎮(zhèn)以及周邊的4 個(gè)村莊造成了嚴(yán)重的影響，共有8655 人受災(zāi)。此外，還有98.67 公頃（1480 畝）的耕地、7058 間房屋以及裝機(jī)容量為1260 千瓦的犀牛洞電站被淹沒。更令人擔(dān)憂的是，這次滑坡還威脅到印江縣城、13 個(gè)村莊以及鄰縣的52000 名居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。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，該堰塞湖被劃分為“高度危險(xiǎn)”、“極端”級(jí)別的堰塞湖?？紤]到其災(zāi)害程度和災(zāi)情嚴(yán)重程度，堰塞湖被列為最危險(xiǎn)的一級(jí)。

2.2 成因分析

堰塞體是一種由堆積物、巖石等天然物質(zhì)在河流、山谷等地形中形成的天然或人工堆積體。邊坡地形地貌條件是堰塞體形成的重要因素之一。陡峭的邊坡和狹窄的河谷有利于堰塞體的形成。在這種地形條件下，大量的物質(zhì)容易在短時(shí)間內(nèi)積累并堵塞河道，形成堰塞體。在這種結(jié)構(gòu)下，上層硬土層能夠承受較大的壓力，而下層軟土層則容易發(fā)生塑性變形。當(dāng)上層硬土層發(fā)生破壞時(shí)，下層軟土層會(huì)迅速發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致大量的土石物質(zhì)滑落并形成堰塞體。大量的降雨會(huì)導(dǎo)致土壤飽和，降低土壤的強(qiáng)度，使得土石物質(zhì)容易發(fā)生滑坡和崩塌，進(jìn)而形成堰塞體。過度的開采、挖掘等工程活動(dòng)會(huì)破壞邊坡的穩(wěn)定性，導(dǎo)致土石物質(zhì)滑落并形成堰塞體。因此，邊坡地形地貌條件、坡體結(jié)構(gòu)特征、雨量豐富以及人類工程活動(dòng)都是堰塞體形成的重要因素。對(duì)于堰塞體的成因分析，需要綜合考慮這些因素，并采取相應(yīng)的措施來預(yù)防和控制堰塞體的形成。

2.3 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

通過對(duì)鉆孔資料的深入分析，了解到巖口水庫工程堰塞體的地質(zhì)特征。在高度501 至506 米的上部，堰塞體主要由塊石構(gòu)成，間雜少量的細(xì)砂。在相同高度的下部，主要由細(xì)砂構(gòu)成，夾雜少量的塊石。而在堰塞體底部，即高度471.3 至472.8 米以下的部分，為厚度2.7 至4.0 米的漂卵石層，主要由灰?guī)r、白云巖、砂巖等構(gòu)成，磨圓度良好。進(jìn)一步的研究表明，該壩基巖體屬于弱風(fēng)化、新巖體，已經(jīng)滿足了堆石物料的強(qiáng)度需求，因此初步判斷該壩體目前處于良好的穩(wěn)定狀態(tài)。然而，壩基巖體的壓縮強(qiáng)度和變形模量之間存在一定差異，這可能導(dǎo)致地基不均勻變形的情況。為避免這種情況，對(duì)可能出現(xiàn)的巖溶裂縫應(yīng)采取相應(yīng)的防滲措施。此外，由于該河段的巖石受風(fēng)化卸荷影響較大，因此需要采取合理的控制措施。鑒于堰塞體物質(zhì)成分復(fù)雜、松散塊石多、孔隙率大、局部懸空等特點(diǎn)，建議利用現(xiàn)有堰塞大壩作為巖口堆石料壩下游堆石區(qū)，同時(shí)在上游堆石區(qū)進(jìn)行新壩的加高和擴(kuò)建工程，以確保設(shè)計(jì)要求的實(shí)現(xiàn)。

2.4 前期搶險(xiǎn)應(yīng)急治理簡介

在巖口水庫壩體的初期改建及加固方案設(shè)計(jì)研究中，前期搶險(xiǎn)救災(zāi)工作被劃分為“應(yīng)急整治”和“總體治理”兩個(gè)階段，并進(jìn)行了初步探討。主要治理措施包括開挖兩個(gè)泄洪洞、整治滑坡體以及左岸邊坡的整治。

在堰塞壩治理工程中，壩頂高程為528 米，壩頂長130 米，平均寬度43.5 米，最大壩高53.8 米，上游和下游壩坡比均為1:3。在511 米上游邊坡處，采用干砌塊石護(hù)坡，并在其上加裝混凝土預(yù)制塊，同時(shí)在511 米高度布置馬道。在S303 省道下游斜坡上，修建一條上坡馬道（S303省道），在490 米海拔處安裝一個(gè)寬18 米的棱體，在480米海拔處布置一個(gè)寬10 米的平臺(tái)。下游坡面同樣采用干砌塊石護(hù)坡。

對(duì)于導(dǎo)泄洪洞，左岸1 號(hào)導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)水口高程為482 米，門洞式，完成斷面9 米×10 米，全長715 米。該項(xiàng)目于1996年11月動(dòng)工，1997年4月在進(jìn)水口處進(jìn)行海底巖塞爆破，2000年5月完工。2 號(hào)導(dǎo)流泄洪洞為高482 米的閘門洞隧洞，橫截面7 米×7 米×679 米。鉆探工作于1997年2月開始，2000年3月完成。3 號(hào)泄洪洞進(jìn)水口高程511 米，采用城門洞型式，橫截面5 米×7.4 米，總長度211 米。該工程于1996年10月動(dòng)工，1997年5月完工。在左岸邊坡治理中，采用爆破法拆除斜坡上的危巖體，并對(duì)滑坡殘余體設(shè)置I、II 類防滑支擋結(jié)構(gòu)。通過前期搶險(xiǎn)應(yīng)急治理，巖口水庫工程堰塞體改造與治理方案設(shè)計(jì)研究取得了顯著成果，為后續(xù)工程治理提供了有力保障。

3 永久整治工作的緊迫性和必要性

3.1 保障上游朗溪鎮(zhèn)社會(huì)穩(wěn)定，化解洪水威脅的緊迫任務(wù)

確保上游朗溪鎮(zhèn)社會(huì)穩(wěn)定、化解洪水威脅，是永久整治工作中的緊迫任務(wù)。通過加強(qiáng)防洪措施、改善排水系統(tǒng)、加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警等手段，有效減少洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)社會(huì)秩序和諧穩(wěn)定。這不僅是當(dāng)前急需解決的問題，也是對(duì)未來可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，具有極高的必要性和緊迫性[1]。

3.2 增強(qiáng)印江縣城下游的防洪能力，確保居民生命安全的緊迫需求

隨著氣候變化和城市發(fā)展，洪水威脅日益加劇，而下游地區(qū)更容易受到洪水影響。因此，加強(qiáng)防洪工程建設(shè)、完善排水系統(tǒng)、提高應(yīng)急響應(yīng)能力等措施勢在必行。只有加強(qiáng)防洪能力，才能有效減少洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，最大限度地保護(hù)居民生命和財(cái)產(chǎn)安全[2]。這不僅是眼下亟需解決的問題，更關(guān)乎地方社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。因此，增強(qiáng)印江縣城下游的防洪能力，確保居民生命安全，是當(dāng)前永久整治工作中的緊迫需求和重要任務(wù)。

3.3 建立黔東北地區(qū)供水安全保障體系，解決工程性缺水問題的緊迫任務(wù)

黔東北地區(qū)是我國重要的農(nóng)業(yè)和工業(yè)基地，水資源供應(yīng)對(duì)其發(fā)展至關(guān)重要。然而，該地區(qū)存在工程性缺水問題，影響了供水安全。通過永久整治工作，可以改善水庫的供水功能，確保水資源的合理調(diào)配和利用，從而建立黔東北地區(qū)供水安全保障體系，解決工程性缺水問題[3]。這對(duì)于保障地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平具有重要意義。

4 堰塞體初期改造與治理方案設(shè)計(jì)

在巖口水庫工程中，堰塞體的初期形態(tài)是由滑坡引發(fā)的灰?guī)r塊石的堆積物。這種自然形成的堰塞體在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于一種硬巖堆石壩。考慮到這一特點(diǎn)，提出了基于現(xiàn)有堰塞體的改造方案：通過加高、加固和防滲處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐蛔瞎こ绦枨蟮亩咽瘔巍４伺e不僅能夠大幅度減少工程投資，還能有效縮短建設(shè)工期。在具體的設(shè)計(jì)方案中，綜合考量了工程特色、預(yù)算限制和施工時(shí)間等因素，決定在原堰塞體的基礎(chǔ)上進(jìn)行改建。改建的核心差異在于壩身防滲體系的選擇，常見的有黏土斜墻堆石壩、混凝土面板堆石壩以及混凝土防滲心墻堆石壩等三種壩型。

針對(duì)巖口水庫工程區(qū)域內(nèi)地基巖石大面積裸露、防滲土料稀缺的實(shí)際情況，選擇了混凝土面板堆石壩和混凝土防滲心墻堆石壩兩種壩型進(jìn)行深入的方案比選。這兩種壩型均能有效克服地基滲漏問題，且適應(yīng)于當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，有利于保障水庫工程的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1 混凝土面板堆石壩方案

在混凝土面板堆石壩方案中，計(jì)劃從壩體上游緣起，采用1:3 的坡比填筑至壩頂541.00 米，并在填筑材料上游增設(shè)面板、趾板及縫間止水體系。同時(shí)，提出了一種新的設(shè)計(jì)方案，即采用1:2 的坡比。壩頂全長224.80 米，壩頂高程為541.00 米，防浪墻頂部高程為542.20 米，壩頂寬度為10.0 米，趾板最低挖深473.00 米，壩高68.00 米。

為了改善上壩路條件，對(duì)上壩路進(jìn)行了部分改建。具體措施是在高程528.00 米至壩下游路段采用S303 省道，并在高程528.00 米至壩頂之間修建一條寬度為8.0 米、坡度為8%的上壩路，與原有S303 省道無縫對(duì)接。部分路段的坡比宜采用1:3.0。

為確保大壩的防滲效果，采取了鋼筋砼面板、趾板、縫間止水體系和防滲帷幕等措施。在趾板布置方面，河床與兩側(cè)壩肩部分的趾板位于弱風(fēng)化區(qū)的上部，而強(qiáng)風(fēng)化區(qū)則位于其下部。在趾板下方，埋設(shè)Φ25 錨索，并進(jìn)行固結(jié)注漿及帷幕注漿，帷幕注漿深度達(dá)到較弱水土層5.0 米，兩側(cè)各設(shè)一平注漿洞口，自壩一端向山中延伸約65 米。

針對(duì)面板的設(shè)計(jì)，在面板的上游設(shè)置了鋪蓋區(qū)和蓋重區(qū)。該區(qū)域的頂面高度為502.00 米，頂面寬度為3.0 米，從下往上逐步增厚，面板的上游坡度分別為1:2.0 和1:2.5。面板厚度為0.30-0.60 米，采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)。在面板的下游設(shè)置了特別墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、原滑坡堆積體區(qū)和原的大塊石拋填棱體區(qū)。同時(shí)，在下游壩坡528.00 至541.00 米范圍內(nèi)新建了0.6 米厚的干式碎石護(hù)砌護(hù)坡。

典型的大壩剖面如圖1 所示。

4.2 混凝土防滲心墻堆石壩方案

針對(duì)壩體防滲心墻，提出了一種以壩體上緣為起點(diǎn)，按1:3 的坡比進(jìn)行壩體高541.00 米的壩體，并在壩體軸線處設(shè)置混凝土防滲心墻。在新填料與原有堰塞之間設(shè)置了心墻。壩頂全長224.80 米，壩頂541.00 米，防浪墻頂部542.20 米，壩頂寬10.0 米，最高壩高68.00 米。上游壩坡坡比為1:2.0，在0.2 米的基礎(chǔ)上，設(shè)置了一道厚度為0.2 米的混凝土面板，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置0.4 米厚的碎石墊層。

在原上壩路S303 省道的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了局部改建。其中，在高528.00 米至壩下游路段，采用原有的S303省道，在高程528.00 米-壩頂之間修建一條新的上壩路，與原有的S303 省道進(jìn)行無縫對(duì)接，路基寬度8.0 米，坡度為8%。部分路段的坡比宜采用1:3.0。

為實(shí)現(xiàn)全封閉控制，采取了砼防滲心墻+防滲帷幕的結(jié)合型式。在壩體軸線方向上，設(shè)置了一道長216.28 米的混凝土防滲心墻。墻厚按B=H/J 計(jì)算，墻的最大工作水頭H=67.47m，墻的允許水力坡降J 允=50～60，結(jié)合估算結(jié)果、國內(nèi)類似工程經(jīng)驗(yàn)，墻厚取1.2m。墻底切割穿過滑坡堆積物及河床沖積層，直貫至基巖1 米左右，河床段心墻底高467.90 米；在大壩基礎(chǔ)和壩肩巖心兩側(cè)各設(shè)1 道孔距1.5 米的不透水帷幕。在兩側(cè)各有一塊平坦的注漿洞口，從壩的一端一直向山中延伸大約65.0 米。帷幕底至較弱水（q=5Lu）5.0 米，河床段為434.50 米，防滲墻底部及左右兩側(cè)均有帷幕。

大壩剖面如圖2 所示。

圖2 混凝土防滲心墻堆石壩典型剖面圖

4.3 確定治理方案

在巖口水庫工程中，首先對(duì)堰塞體所在地的地形地質(zhì)條件進(jìn)行了詳細(xì)勘察?？紤]到堰塞體物質(zhì)組成復(fù)雜、均一性差、孤塊石含量高、孔隙率大、局部架空等特點(diǎn)，需要對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行充分分析，以確定合適的治理方案。

在材料選擇方面，對(duì)混凝土面板堆石壩方案和混凝土防滲心墻壩方案進(jìn)行了比較。雖然混凝土面板堆石壩方案的投資略高于混凝土防滲心墻壩方案，但其投資差距所占工程總投資比例較小。同時(shí)，混凝土面板堆石壩在施工過程中不確定因素較少，施工工期保證率較高。在施工總布置和工程占地方面，對(duì)混凝土面板堆石壩方案和混凝土防滲心墻壩方案進(jìn)行了對(duì)比?；炷撩姘宥咽瘔畏桨冈谑┕た偛贾煤凸こ陶嫉胤矫婢哂幸欢ǖ膬?yōu)勢[4]。在環(huán)境影響方面，對(duì)混凝土面板堆石壩方案和混凝土防滲心墻壩方案進(jìn)行了評(píng)估?；炷撩姘宥咽瘔畏桨冈诃h(huán)境影響方面較小。在工程安全方面，對(duì)混凝土面板堆石壩方案和混凝土防滲心墻壩方案進(jìn)行了分析?；炷撩姘宥咽瘔畏桨冈谑┕み^程中安全性較高，且在運(yùn)行期中一旦發(fā)生滲漏，較容易查明滲漏部位，檢修難度較小。因此最終選定了混凝土面板堆石壩方案。

5 結(jié)語

通過對(duì)巖口水庫工程堰塞體初期改造與治理方案設(shè)計(jì)的研究，筆者深刻認(rèn)識(shí)到解決洪水威脅和供水安全問題的緊迫性和必要性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土面板堆石壩方案和混凝土防滲心墻堆石壩方案進(jìn)行比選，并最終確定了治理方案。這將為保障周邊地區(qū)社會(huì)穩(wěn)定、居民生命安全和解決供水問題提供重要參考，推動(dòng)巖口水庫工程的永久整治工作邁出堅(jiān)實(shí)的一步。