張淑玉

（山西省聞喜縣水務局，043800，聞喜）

聞喜縣位于山西省西南部，運城市北端，運城盆地與臨汾盆地交界處，屬黃土高原區(qū)?？h境內地形復雜，河谷、塬地、丘陵、山地并存，歷史上是一個易旱易澇地區(qū)。新中國成立以后，全縣興建了大量水利設施，增強了抗御自然災害的能力。其中以土石壩為主要樞紐工程的中小型水庫共16座，總庫容 5 318.45萬 m3，興利庫容2 342.01萬 m3，灌溉面積 1.05萬 hm2，在歷年的防洪、灌溉等方面發(fā)揮了很大的作用。然而以土石壩為主要樞紐的水庫大多修建于20世紀50—70年代，興建時間早，工程標準低，建筑配套設施不健全，至今保留下來的水庫僅6座。在報廢的10座水庫中，有4座是潰壩造成的；2座是大壩存在安全隱患大，對下游威脅嚴重被拆除；2座因為沒有清水水源被放棄；2座淤積嚴重而報廢。水庫大多位于偏僻的丘陵山區(qū)，居高臨下，土石壩潰決時，水庫水量突然下泄，造成水庫水位陡落和下游水位暴漲。這種潰壩形成的潰壩波不僅可能引起庫區(qū)塌岸和其他損失，更嚴重的是會導致水庫下游地區(qū)災害性的后果。為了加強土石壩潰壩的防治，確保土石壩的安全運行，近年在土石壩潰壩的原因與防治方面進行了探索。

一、土石壩潰壩的基本原因

土石壩潰壩一般由洪水溢出壩頂和壩體存在質量問題造成管涌、結構破壞或滑坡引起，也可能由管理人員管理不當引起。

1.洪水漫頂

聞喜縣的晉莊水庫、坑東水庫、上丁水庫在1977年7月29日的特大暴雨（點雨量達464mm，歷時2小時55分）中由洪水漫頂造成潰壩。經分析造成洪水漫頂?shù)闹饕蛴幸韵聨c：一是超標準洪水入庫。 上游發(fā)生特大暴雨，導致超標準洪水入庫；上游水庫大壩潰決，引發(fā)的超標準洪水入庫；上游流域范圍內水文系數(shù)增加導致洪水增大等因素引起潰壩事件。二是壩頂高程不夠。主要表現(xiàn)在原設計考慮不充分，設計壩頂高程不夠；壩頂在多年運行中發(fā)生沉降，達不到原設計要求；遇到惡劣的氣候，風浪過大等因素引起潰壩事件。三是泄洪能力不足。原設計考慮不周，溢洪道或泄洪洞的泄洪能力不足；長期或集中降雨造成岸坡滑坡，堵塞溢洪道或泄洪洞；上游漂浮物堵塞溢洪道或泄洪洞，泄水斷面減少等因素誘發(fā)洪水漫頂而引起潰壩事件。

2.土石壩壩體存在質量問題

（1）土石壩壩體滲漏的原因

滲漏可分為壩體滲漏和壩基滲漏，壩體或壩基滲流導致土體顆粒流失產生集中滲流。

壩體滲漏的主要原因有：壩體不均勻沉降產生橫向裂縫；壩體質量差，存在水平薄弱層，產生水平透水；下游壩體沒有反濾體，或反濾體不滿足反濾要求；白蟻蟻路形成漏水通道；壩體質量差，水位長時間超高，水力劈裂產生水平裂縫。

壩基滲漏的主要原因有：上游鋪蓋的防滲能力不足或長度、厚度不夠，壩基和兩岸接合面未做截滲處理或處理不徹底，河槽和兩岸砂卵石未截斷或壩基灌漿沒有做到設計標準，地質勘探不夠準確。

（2）土石壩結構破壞

造成壩體滑坡的原因有：大壩整體穩(wěn)定性差，強度指標不夠；排水系統(tǒng)損壞，壩體浸潤線過高；壩坡過陡，運行中上游水位發(fā)生驟降事件等。壩體滑坡通常先由裂縫開始，引起壩體的一部分失去穩(wěn)定，發(fā)生滑動，如果不能及時搶救則發(fā)生潰壩事件。另外，當壩基內有軟弱夾層時，也可能發(fā)生塑性流動，影響壩的穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在：

①壩體變形造成裂縫，使壩體失穩(wěn)：筑壩質量差，土質干裂，干密度低；大壩兩岸岸坡過陡或有陡坡；筑壩材料抗拉力?。辉瓲钔廖刺幚?；長時間降水使上游側壩體飽和；心墻填土質量差等原因造成大壩發(fā)生橫向裂縫、縱向裂縫或水平裂縫等未及時搶修造成大壩失穩(wěn)。

②庫水位快速下降，大壩失穩(wěn)：溢洪道和壩體接合處產生滲流破壞而沖毀；人工扒口泄洪扒口過大；下泄洪水沖刷下游壩腳，引起大壩失穩(wěn)。

③在洪水荷載下安全系數(shù)不足：長期降雨使得大壩上部飽和，強度降低，產生縱向裂縫減小了阻滑力；裂縫進水，加大了推力；壩坡過陡；新老壩體接合處質量差等原因導致大壩安全系數(shù)不足，繼發(fā)壩體失穩(wěn)誘發(fā)潰壩。小張水庫在2003年秋季連續(xù)降雨30余天，大壩上部飽和，下游排水不暢，大壩壩體浸潤線長時間過高，壩體強度降低，產生大壩背水坡滑坡，搶救無效發(fā)生了潰壩事件。

（3）溢洪道、涵洞、泄洪洞出現(xiàn)故障

壩體、溢洪道或泄洪洞所在的山體發(fā)生不均勻沉降，導致溢洪道、涵洞、泄洪洞發(fā)生斷裂、裂縫或坍塌；放水涵洞的涵管質量不達標或與土石壩之間無可靠的阻水圈防滲；壩體和涵管之間接合部位填筑質量差等原因也可造成潰壩。

3.管理不當

（1）水庫建設

聞喜縣水庫建設時期為1958—1976年，大多數(shù)水庫為邊勘探、邊設計、邊施工的“三邊”工程，工程質量難以保證；管理設計不當，造成水庫使用后庫區(qū)塌方、水庫淤積等。

（2）重建輕管

由于資金不到位或管理技術手段落后，缺乏必要的監(jiān)測設施，水庫長期得不到正常養(yǎng)護，老化失修嚴重；法律法規(guī)不完善，管理人員盲目蓄水，擅自抬高汛限水位，抬高溢洪道底板，在溢洪道上筑臨時子堰擋水；管理人員不按時做監(jiān)測和巡視，盲目運用等原因導致潰壩。

二、潰壩防治措施和技術

1.土石壩防漫頂措施

土石壩防治洪水漫頂?shù)闹饕胧┦翘岣咚畮斓姆篮闃藴?，有以下四種方法：一是適當增高大壩，增加調蓄能力。二是加大泄洪設施能力，增加泄量。三是加高大壩和加大溢洪能力相結合，既減少大壩增加的高度，又增加泄洪能力；既提高了水庫的防洪能力，還可以降低成本，減少投資。四是控制上游洪水。對上游進行水土流失治理，減少入庫泥沙，保障水庫庫容；在上游修建水庫、淤地壩或對已有的水庫、淤地壩等工程進行除險加固，增加上游控制洪水的能力，以減少和控制上游洪水，減少水庫的防洪壓力。

2.土石壩滲漏的防治措施

對土石壩的滲漏處理原則是“上截下排”。上截是指在上游采取防滲措施，封堵滲漏入口，防止庫水滲入，提高壩體和壩基的防滲能力，或者延長滲透途徑，降低滲透坡降，盡量減少滲透水流滲入壩體和壩基。下排是指在下游采取反濾導滲排水設施，使?jié)B入壩身和壩基的滲水，在不帶走土顆粒的前提下，安全通暢地排到下游，保持土體的滲透穩(wěn)定。根據(jù)土石壩滲漏的部位和特征可將防滲漏分為防壩體滲漏、防壩基和壩肩繞壩滲漏。

（1）壩體的防滲漏措施

①灌漿。對土石壩進行防滲漏處理的灌漿方式有充填灌漿和劈裂灌漿兩種。

充填灌漿是在裂縫部位用低壓將泥漿灌入壩體內充填裂縫和空隙，增強壩體的整體性，此法適用于均質土壩和寬心墻壩。

劈裂灌漿是沿壩軸布置灌漿孔，利用一定的灌漿壓力將壩體沿軸線方向劈裂的同時灌注合適的泥漿，填充或堵塞與劈裂縫連通的裂縫、漏洞，待漿液析水后與壩體緊密結合形成連續(xù)的防滲帷幕。劈裂灌漿適用于壩體質量普遍不好，壩體外部有裂縫、坍塌、浸潤線溢出點過高、壩后有大面積散浸、壩體有明顯的滲漏或壩體內部有較多隱患但性質和部位又不能確定等問題。

②黏土斜墻防滲。采用黏土、黏壤土作為防滲材料，在原壩體上游面分層填筑、人工夯實或機械碾壓成斜墻來截堵滲流、防治壩體滲漏的一種防滲漏處理方式。此防滲方式施工簡單，造價低廉，適用于壩體不高、壩坡穩(wěn)定、壩體滲漏較嚴重的小型土石壩。

③土工膜防滲。土工膜防滲用于均質壩和斜墻壩。其施工設計包括：鋪膜范圍，鋪膜厚度，土工膜的鏈接，下墊層處理，土工膜鋪設，保護層，特殊部位處理。

④套井回填黏土防滲墻。套井回填黏土防滲墻是利用沖抓式打井機在土石壩的滲漏區(qū)域內的原有防滲體中打井，用黏土料進行分層回填夯實形成一個連續(xù)的截水墻，截斷壩身或壩基滲流。此法適用于均質土壩和寬心墻壩的滲漏處理。

⑤振動沉模防滲混凝土板墻。振動防滲模板技術，是利用強力振動原理將空腹模板沉入土中達到設計深度后，邊振動邊拔模板向空腹內注滿混凝土漿體，形成單塊板墻，而后再繼續(xù)作業(yè)，將板墻連起來，形成連續(xù)的防滲模板。

⑥導滲處理。用于壩身滲漏處理的導滲措施有導滲溝和貼坡培厚導滲等。

（2）壩基和壩肩繞壩滲漏的防滲漏措施

①高壓噴射灌漿。高壓噴射灌漿適用于軟弱土層、沙層、沙礫石層，也可用于較大粒徑的卵石層、漂卵石層的壩基防滲加固。

②壩基和壩肩基巖帷幕灌漿。當基巖漏水量大，影響壩體和壩基的安全時，應進行基巖帷幕灌漿。

③黏土截水槽。在土石壩上游坡腳以內用開槽回填黏土的方法將地基透水層和接觸滲漏層截斷以達到防滲的目的。

④壩基壓滲導滲。當壩基發(fā)生翻沙冒水、管涌或流土現(xiàn)象時，則不宜開溝導滲，宜采用壓滲措施，即在滲水出露地段適當范圍內，先鋪設反濾墊層，然后填石料或土料壓蓋。

3.提高土石壩的穩(wěn)定性措施

（1）滑坡的防治措施

常見的滑坡處理方法有開挖回填、放緩壩坡、增設防滑體、多種土料摻和和增加防滲設施等。

①開挖回填。無論是壩體滑動還是深入基礎的深層滑動都需要將松散體的松散部分全部挖除，再用合格土料回填夯實，使其達到設計要求的抗剪強度。在背水坡開挖回填時，要翻筑和維修好壩趾的排水設施，使其保持排水暢通，并起到壓腳抗滑的作用。

②放緩壩坡。對于因壩坡過陡、壩體單薄而引起的滑坡應結合滑坡體的整治放緩壩坡，一般可采用在滑坡體上部與裂縫上側陡坡部分進行削坡。加厚時應將原壩坡面挖成階梯，用與原壩體相同的土料分層回填夯實，同時還應建新的排水體與原有排水棱體接通。

③增設防滑體。在弄清滑坡的滑動位置和范圍后，在滑坡體坡腳增設防滑體。增設防滑體的方式一般有三種：拋石壓腳、砌石固腳和鎮(zhèn)壓臺。

④多種土料摻和。對原筑壩土料物理學指標較差而當?shù)赜秩狈m宜的筑壩土料時，采用多種土料摻和或用含石土來提高土料的物理學指標。

⑤增設防滲設施。在高水位下，由于壩體滲漏引起的下游壩體滑坡，均應根據(jù)具體情況，在整治滑坡的同時采取“前堵后排”的防滲導滲設施。

（2）土石壩處理塌陷的措施

①翻土夯實。在條件許可的情況下，即沒有管涌、滲水或漏洞等險情的情況下均可以采用此法。具體做法是：先將塌坑內的松土翻出，然后按原壩體部位要求的土料回填。

②堵塞封堵。發(fā)生在臨水坡的水下坍塌，凡是不具備降低水位或水不太深的情況下可采用此法。使用草袋、麻袋或編織袋裝黏土直接在水下填實塌坑。必要時可再拋投黏性土，加以封堵和幫寬，以免塌坑處形成滲透通道。

③填筑濾料。塌坑發(fā)生在背水坡，伴隨發(fā)生管涌、滲水或漏洞，形成跌窩，除盡快對壩的迎水坡滲漏通道進行堵截外，對塌坑可采取此法。具體做法：先將塌坑內松土或軟弱土清除，然后在背水坡塌坑處，按導滲要求，鋪設反濾層，進行填筑。

④填筑塌坑注意事項。在翻筑時，應按土質留足坡度，以免塌陷擴大，并要便于填筑。在填筑時應查明原因，采取不同方法。在填筑的過程中，必須密切注意上游水情，以免發(fā)生重大事故。

三、聞喜縣土石壩的防震加固措施

聞喜縣所處位置屬于山西省地震亞區(qū)、懷來西安地震帶的南部，地震對土石壩影響比較大，其地震基本烈度為Ⅶ度。地震對土石壩造成的危害通常有：滑坡、裂縫、液化等。關于滑坡和裂縫的加固與一般工程破壞的加固類同；對于液化的加固，一般對表層和深度不大的液化層可挖除并換填非液化土。當挖除困難或不經濟時，則必須采取加固措施，使其達到與設計烈度相適應的密度。具體有以下幾種加固措施：一是表面夯實法。對厚度不大的飽和松砂地基，可采用重錘夯實。二是表層振動壓層法。對厚度不大的飽和松砂地基，也可采用履帶式拖拉機或振動碾壓振密。三是振沖法。這是一種地基加固的技術，使用于加固松散的、均勻的飽和砂土壩體和壩基，原理是使砂土先期振動液化，以提高土石壩抗震能力，保障整個壩體的抗震穩(wěn)定性。四是振沖置換樁法。振沖成孔后，向孔里回填砂或碎石等。該法用于軟弱土層和中細砂層，對壩基加固十分有效，已在一些水庫加固壩基中應用。五是拋石和填土壓重。對于上游壩體的加固，可采用壩腳處拋石壓重，在壩坡上采取振沖加固或振動碾壓加固。

實行科學化管理，首先是提高管理人員素質，針對管理人員素質普遍偏低的現(xiàn)狀，聞喜縣水務局分批分期有計劃地進行業(yè)務培訓，提高業(yè)務素質。其次是制定切實可行的管理方法。一是管理措施正規(guī)化。2008年3月聞喜縣水務局將轄區(qū)內的6座小型水庫全部收回水務局統(tǒng)一管理，并在管理人員內部層層落實目標責任制，實行定崗、定人、定責、定獎罰。二是管理方法科學化。2008年對中型水庫呂莊水庫進行了除險加固，對5座小型水庫進行了大壩安全鑒定工作，為除險加固和維修保養(yǎng)提供科學依據(jù)。重新制定工程運行和管理方案，加強對隱患部位發(fā)展變化的檢查觀測。三是管理內容規(guī)范化。根據(jù)有關規(guī)范、規(guī)定，建立健全大壩、溢洪道、放水涵洞觀測制度、檢查制度、運行操作規(guī)程、養(yǎng)護制度的工程管理規(guī)定，明確工程管理的具體內容和具體方法。通過科學化管理，聞喜縣的土石壩工程效益得到提高，水庫的庫容庫貌有了很大的改觀。

[1]水利部水利建設與管理總站編寫.小型水庫管理[M].北京:中國計劃出版社，2003.

[2]孫明權，沈長松.水工建筑物[M].北京：中央廣播電視大學出版社，2006.

[3]張淑玉.小型水庫大壩安全鑒定初探[J].山西水利，2009（10）.