第３０卷第３期 ２０１４年２月 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉ２．３０Ⅳ０．３ Ｆｅｂ． ２Ｏ１４ 水土保持淤地坝除险加固维修技术探析 董俊天 （定西市安定区水土保持局，甘肃定西７４３０００） 摘要：水土保持病险淤地坝的病因和险情千差万别，结合安定区淤地坝管理运行中出现的主要问题，提出了一些 在坝体和放水建筑物等方面采取维修加固的关键性技术措施。 关键词：水土保持；淤地坝；除险加固维修；安定区 中图分类号：ＴＶ６４９ 新中国成立以来，特别是改革开放以来，安定区 水土保持淤地坝工程建设取得了长足发展，淤地坝 建设和施工管理技术也日益成熟，成为一种行之有 效的水土保持措施。这些淤地坝的建成运行，极大 地改善了项目区农业和农村基础条件，尤其是在滞 洪、拦泥、淤地、抗旱、行路、经营等方面发挥了十分 重要的作用。但是，各类淤地坝出现的老化、病险、 损毁及危害等情况也日益凸显。近年来，安定区在 病险淤地坝的处理方面进行了有益的探索和总结， 现总结提出一些观点，以供参考。 １病险淤地坝的主要类型 １．１ 坝体病险 主要包括四个方面的情况：一是已达到或超过 设计淤积高程；二是背水坡滑坡或坝体下半部严重 渗水；三是水毁决口或穿洞；四是坝体裂缝。 １．２放水建筑物病险 一是卧管裂缝，盖板与侧墙脱落，卧管与消力池 脱落；二是涵管断裂，已无法放水或从出口管壁外出 水严重；三是明渠断裂，侧墙倾覆，严重漏筋，已无法 正常排水。 ２病险淤地坝的加固维修技术 ２．１ 土坝坝体病险处理 ２．１．１ 已达到或超过设计淤积高程的工程 一是重新确定防洪标准。按照水土保持规范 （ＧＢ／Ｔ １６４５３—２００８）中关于淤地坝设计洪水标准 与淤积年限的分类标准，结合工程现有库容，重新确 定防洪标准，一般情况是骨干工程可降等为淤地坝 工程。防汛标准可由原设计的２００年一遇洪水调为 １００年一遇洪水设计。 二是开设溢洪道（洞）。开设较大尺寸的溢洪 道（洞）可排泄洪水和部分泥沙，改变原设计滞洪排 清的原则，减缓淤积速度，增加使用年限。 溢洪道（洞）的结构尺寸按新确定的防洪标准， 加上现有库容进行调洪验算得出。具体计算公式参 照水库溢洪道计算的相关内容进行。 溢洪道（洞）底高程按宁低勿高的原则布设。 一般应布设在原工程设计淤积高程，现淤积高程已 超过设计淤积高程的，溢洪道底可比现有淤积高程 降低ｌｍ布设。 溢洪道（洞）应尽可能布设在原状地基上，对局 部无法回避的软弱地基，可用开挖回填水泥土等强 化措施处理。 溢洪道通过坝体段应考虑到坝顶交通要求、岸 坡塌方堵塞威胁、冻胀等因素。当溢洪道底部高程 与坝顶相差超过３ｍ时，应做成溢洪洞形式。若淤 泥面已接近坝顶不足３ｍ时，可做成开敝式溢洪道。 对溢洪道在通过坝体段采用涵洞形式的，当设 计最高水位超过涵洞顶大于１ｍ时，涵洞进口应设 限流墙，限流墙后应设通气孔，限流墙和通气孑Ｌ结构 尺寸应计算得出。 溢洪道陡坡段结构尺寸由计算得出。但陡坡段 若有冻胀可能、岸坡塌方堵塞威胁时，可采用涵洞形 式，在陡坡进口洞顶应加设通气孔。 溢洪道尾水处理多采取挑流鼻坎形式，对挑流 鼻坎的基础开挖及护砌形式一定要充分考虑沟道下 切影响和回流水对陡坡末端的影响。若地形条件具 备布设消力池的，也可采用消力池形式。但不管采 用哪种形式，都应严格按照相关的计算公式确定结 构尺寸。 当布设溢洪道地基受限时，可采取大口径涵管 代替。 三是慎重加高坝体。因为加高坝体当时可提高 第３期 董俊天：水土保持淤地坝除险加固维修技术探析 １０ｌ 淤地坝的安全系数，但从长远考虑好，随着淤积库容 的减少，安全系数会逐步降低，险情会重新出现。因 此应慎重确定加高坝体方案。但在下列情况下可适 当加高坝体。１）现有坝顶高程未达到原设计坝高 的；２）现有库容严重不足，按新防洪标准设计的溢 洪道尺寸过大，且有加高坝体的条件；３）施工弃土 可加到坝顶增加坝高，增大安全系数的。 ２．１．２坝体背水坡已滑坡或背水坡下部渗水严重 无恢复的可能性。一是工程的实际效益大小，有无 恢复必要；二是洪水漫顶工程常常存在实际来水面 积大于设计来水面积；原设计坝高偏低，实际库容偏 小等因素；三是未垮坝的部分坝体质量是否达标；四 是放水建筑物是否完好；五是按原设计高程恢复后 是否会继续存在隐患。 在认真分析各种因素后，若确定恢复水毁决口 为加固维修方案时，具体施工要求同土坝施工要求。 的工程 定西市安定区现有的淤地坝工程，由于建设期 受资金不足的，普遍存在土坝坝坡过陡、背水坡 脚未设反滤体、坝体施工碾压质量差等问题。以上 各种情况都可造成坝背水坡滑坡；库内水位并不高， 但背水坡浸润线溢出点且很高的现象。针对这类问 题可采取增设反滤体并加缓背水坡下部坝坡的方 案。 目前采用的反滤体形式多为微孔波纹管网状布 设形式排水。具体布设形式为：在现有滑坡面或有 渗水的区域布设网状微孔波纹管，在波纹管上盖土 并放缓坝坡，达到坝内渗水经波纹管排出，波纹管上 新填筑的土体始终处于干燥状态，增加抵抗力。 背水坡滑坡处理要点：一是若现库内水位较低 时，在运行后期浸润线溢出点可能会抬高，波纹管布 设最高点一定要布在可能的侵润线溢出点以上；二 是新加坝体高度应高出波纹管最高点２ｍ以上；顶 部应设较宽平台，平台上做混凝土排水渠；坝坡大于 ｌ：３，碾压质量同坝体设计；三是波纹管应网状或 “ｓ”型布设，网格密度视渗水量大小确定，一般网格 间距按不大于３ｍ考虑；网格连接采用三通或四通， 连接点一定要牢固；网状布设或“ｓ”型布设都不允 许出现局部倒流水现象；四是当坝体背水坡两岸山 体有渗水时，网状波纹管布设范围应延伸到岸坡，和 坝体背水坡波纹管一并考虑布设，坝体放缓加固部 分也应同时考虑；五是网状波纹管布设出坝体后应 集中到一根或数根较粗的塑料管内，将渗水引至背 水坡脚２０ｍ以外。 ２．１．３土坝水毁决口或穿洞的工程 土坝决口或穿洞原因很多，常见的有洪水漫顶 所致、施工期岸坡削坡不到位，致使坝体和岸坡结合 部出现严重的横向裂缝、坝体碾压质量差造成坝体 多处出现严重的纵横向裂缝、放水建筑物和坝体结 合部连接不到位、山洪冲刷坝体等因素。 处理方案：对已严重决口或穿洞的淤地坝工程 确定处理方案一定要慎重。首先必须分析本工程有 若穿洞的工程必须将坝体全部挖开后施工。若施工 地有水源条件的，尽量采用水中倒土的施工方法。 ２．１．４坝体裂缝的工程 常见的坝体裂缝有上下游方向的横向裂缝和沿 坝轴线方向的纵向裂缝。 横向裂缝的产生的原因主要有：一是施工期岸 坡削坡不到位；二是坝体碾压质量差；三是碾压坝体 下有大范围的堆积虚土施工时未清除。横向裂缝的 大小与产生原因的严重程度有关。当坝顶出现横向 裂缝且深度不超过２ｍ时属正常沉陷裂缝，若裂缝 很多且深度很深时，说明坝体施工出现了严重的问 题。 纵向裂缝的产生的原因主要有：一是坝坡过陡； 二是坝体碾压质量差。 裂缝处理：横向裂缝处理多采用开挖回填与灌 浆结合的方式。纵向裂缝只可采用开挖回填方式。 坝体裂缝处理要点：一是开挖深度一般为２～ ３ｍ，视裂缝大小可深可浅，开挖边坡不陡于 １：０．７５；二是开挖前先在裂缝处灌注白灰水，以便 开挖过程中能准确判断裂缝走向和深度；三是灌浆 部分有条件的可采用压力灌浆；四是灌注泥浆颗粒 必须很细，灌注时采取先稀后稠的顺序进行；五是灌 浆完成后对开挖部分回填；六是此种方式必须经多 次处理才可完成；七是纵向裂缝不可采用灌浆，故开 挖深度应视裂缝深度确定。 ２．２放水建筑物病险处理 ２．２．１ 卧管 卧管常见的病害有地基沉陷引起的整体断裂； 施工质量差加之冻胀造成的混凝土局部或大部损 坏；原设计盖板和侧墙采用预制安装施工，不具备承 压能力；山体滑坡掩埋或摧毁。 由于地基沉陷造成卧管断裂的，在维修时若能 通过转换方向避开原地基时应尽量避开原地基重新 修建，对无法避开原地基的，对沉陷段采用水泥土等 高强措施处理。卧管混凝土浇筑时，应考虑不均匀 沉陷因素。施工质量差和预制安装的，应拆除重做。 １０２ 甘肃科技 第３０卷 山体滑塌掩埋不严重的应首先削缓卧管上部山 处理方案：一是对山洪和山体滑坡产生的危害 体，然后开挖出被埋卧管；对山体削坡困难大，以后还 有可能滑坡的，应尽量先将掩埋卧管尽最大可能把下 部的孔口掏出，然后将卧管走向转换到安全的位置重 新做。一般情况下最好布设在坝体和岸坡交界处。 ２．２．２ 涵管 在维修时应尽可能的将溢洪道全部做成涵洞形式， 并在上覆土防冻胀；二是对断面尺寸过大不易做涵 洞必须做明渠的，在设计时应针对运行时可能产生 的危害，对地基、岸坡、混凝土质量等方面做特别的 强化措施，以防重新损坏。 ２．３连环坝的加固维修 涵管最大的病险为管内局部变形裂缝，水流从 管壁外侧流出。原因多为涵管地基在软弱基础上； 由于多数连环坝在治沟骨干工程设计时都是 管床质量差造成不均匀沉陷所致。 处理方案：一是当管内局部破裂但变形不十分严 重的工程，采用方法是在涵管内套塞外直径比原涵管 内直径小的钢管（采用新型ＰＥ高强度管也可以），对 两根管中间的缝隙采用压力灌注高强度水泥砂浆密 封。此办法虽然减少了过流量，但还能起到排水作 用；二是若涵管严重破裂，已无内套小直径管道的可 能，只能放弃维修。此时应挖开原涵管进口，用混凝 土将进口封堵。考虑到坝体工程的安全，应开设溢洪 道，溢洪道进口底高程应尽最大可能降低。 ２．２．３ 明渠 常见明渠存在的问题有严重断裂；混凝土质量 差加之冻胀破坏；山体滑坡掩埋或摧毁；山坡洪水冲 刷。 处理方案：淤地坝明渠出现病险的原因大多数 为施工质量差加之冻胀所致。因此在确定处理方案 时一定要针对病害产生的原因采取相应的处理措 施。一是今后凡需重新做的明渠尽可能的采取涵管 形式并埋于冻土层以下，这样可防止冻胀；山体滑坡 掩埋；山坡洪水冲刷；涵管材料还可保证工程质量。 涵管直径应和坝内涵管相同；二是对原地基严重破 坏的工程，可采用按新管线地面高程改变涵管高程 或走向的方式布设。对不易变化高程和走向的工 程，可对水毁段的地基采用水泥土回填等强化措施 处理；三是原设计明渠变为涵管，在涵管进口（即坝 内涵管出口处）应布设检查井。该检查井即可作为 检修之用，同时在涵管陡坡段水流加快后起到通气 孔的作用；四是涵管管材应采用钢丝缠绕ＰＥ管，管 径按泄流量大小确定；五是涵管不再做管床，但视坡 度大小应做镇墩，镇墩间距一般为８一ｌＯｍ；涵管出 口不再做消力池，按挑流消能考虑；需将出口处的镇 墩做深做宽，以防回水冲刷涵管出口段。六是涵管 出口应尽可能远离坝脚２０ｍ以上。 ２．２．４溢洪道 溢洪道病险主要有：施工质量差、外部洪水冲毁 侧墙或地基、山体塌方掩埋或摧毁。 按照单坝能满足骨干坝的防洪标准为设计原则， 但对连环坝相互之间的防洪安全问题考虑不足， 特别是当遇到特殊情况下（如超标准洪水、地震灾 害、工程质量出问题等），坝系的安全基本没有考 虑。淤地坝坝系经过近２Ｏ多年的建设和运行，我 们已经明显的看到连环坝系在确保安全运行方面 存在很大的问题。为了确保坝系的安全运行，仅 按原设计思路是存在很大安全隐患的，因此必须 对坝系工程重新进行安全评估。近两年在淤地坝 除险加固中我们已对部分连环坝采取了开设溢洪 道的措施。但由于没有确定统一的标准和要求， 所开设的溢洪道过水流量标准不尽统一。部分坝 系安全隐患并没有消除。 为此，在淤地坝坝系安全运行管理和除险加固 设计中应考虑以下几点：一是凡连环骨干坝从第二 个起都应开设溢洪道（洞），溢洪道（洞）的设计过流 量应加上上一级坝溢洪道（洞）的流量；二是考虑到 连环坝垮坝后的危害程度，凡需开设溢洪道（洞）的 工程，统一在原设计防洪标准上提高一个防洪等级 进行调洪计算，确定溢洪道（洞）的水力尺寸；三是 不再考虑上游垮坝对下游坝的影响。 ２．４坝后有重要设施工程的加固维修 前面提到的淤地坝病险加固维修的多种情况， 但不包括坝后有重要设施，垮坝后对人民生命财产 会造成重大损失的工程（包括单坝工程或坝系工 程）。此类工程原设计时一般都按照正常淤地坝工 程设计洪水标准设计，故在今后运行管理中建议：一 是比原设计提高一个防洪标准，确定加固维修方案； 二是只可开设溢洪道（洞），不可加高坝体；三是应 进行溃坝分析，并按溃坝分析结果制定防洪预案；四 是对本类工程进行安全评估，包括近几年已加固维 修过的工程。根据评估结果确定加固维修方案和管 理运行方案。 致谢，本文在搜集整理过程中得到了享受国务 院特殊津贴的教授级高级工程师景亚安的精心指 导，在此表示衷心的感谢。
