孫 劍

(大同市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西大同 037004)

1 基本情況

大同市位于山西省東北部，地處黃土高原與內(nèi)蒙古高原交接地帶。氣候?yàn)榈湫蜏貛Т箨懶詺夂?，屬半干旱氣候區(qū)。氣溫晝夜溫差大，冬春交替季節(jié)極為明顯，冬季氣溫偏低。降水量年內(nèi)分布極不均勻，主要集中在6～9月內(nèi)，以短時(shí)暴雨為主。

東北—西南走向山脈構(gòu)成了本市的地貌骨架，尤其北部山脈山體陡峭，山嶺破碎。區(qū)域內(nèi)地表覆蓋大面積黃土，溝壑縱橫，水土流失嚴(yán)重。中部為斷陷盆地，三面環(huán)山。中北部豐稔山將盆地分為東北部天鎮(zhèn)陽(yáng)高盆地、中南部大同盆地兩大部分。區(qū)域內(nèi)以沖洪積平原為主，地勢(shì)平坦，土層深厚，地下水埋深較淺，是小型水庫(kù)分布的主要區(qū)域。

2 土壩壩體安全隱患的原因分析

該市早期的水利工程建設(shè)，受當(dāng)時(shí)的技術(shù)和資金條件所限，前期勘察設(shè)計(jì)工作普遍不足。水庫(kù)多處于黃土溝壑形成的河道中，無(wú)水文實(shí)測(cè)資料。水文資料的匱乏導(dǎo)致水庫(kù)的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，多數(shù)水庫(kù)僅有一二十年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而無(wú)校核標(biāo)準(zhǔn)，大壩的壩頂高程不滿足規(guī)范要求。由于未進(jìn)行地質(zhì)勘探工作，對(duì)壩基工程地質(zhì)條件(如:河床分層、土層厚度、分布情況)了解不清，沒(méi)有編制合理的設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致壩體工程存在諸多問(wèn)題，如:未對(duì)壩基和壩肩岸坡進(jìn)行徹底的清基處理，缺乏有效的防滲或截滲措施;壩體斷面偏瘦，壩坡偏陡;壩坡未設(shè)置護(hù)坡，易產(chǎn)生沖刷破壞;壩體未考慮防滲處理，壩后排水反濾設(shè)施不完善或未設(shè)反濾體，浸潤(rùn)線和出逸點(diǎn)較高，壩體漏水和壩后沼澤化現(xiàn)象嚴(yán)重;涵洞(管)和泄洪建筑物側(cè)墻與壩體結(jié)合處未設(shè)截水環(huán)、刺墻等截水措施，形成接觸滲漏等。

當(dāng)時(shí)的工程普遍未進(jìn)行料場(chǎng)勘探，上壩土料大多就近選取，導(dǎo)致壩體填筑成分繁雜。施工人員主要為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民群眾，缺乏技術(shù)人員指導(dǎo)，施工質(zhì)量難以控制。受到當(dāng)時(shí)生產(chǎn)條件的限制，施工機(jī)械多為馬車碾壓，或?yàn)槿斯ず粚?shí)，填筑土層超過(guò)40cm，層間結(jié)合不好，碾壓不均勻，加之土料含水量控制不嚴(yán)，壓實(shí)度和干容重偏低，工程隱患重重。

小型水庫(kù)由于數(shù)量巨大、布局分散，經(jīng)濟(jì)效益有限，且缺乏固定投資渠道，日常維護(hù)存在巨大困難。多數(shù)水庫(kù)存在管理人員不足、監(jiān)測(cè)管理難以到位、維修養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)缺乏、工程老化失修嚴(yán)重的情況。水庫(kù)管理工作不到位，工程運(yùn)行中遇到問(wèn)題不能及時(shí)處理也成為水庫(kù)病險(xiǎn)情況加劇的重要原因之一。

3 均質(zhì)土壩的壩體加固措施

3.1 均質(zhì)土壩常見(jiàn)裂縫的處理措施

3.1.1 橫向裂縫處理

壩體裂縫是土壩運(yùn)行中常出現(xiàn)的現(xiàn)象，均質(zhì)土壩當(dāng)壩體發(fā)生不均勻沉降時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生與壩軸線垂直或斜交的裂縫，橫向裂縫常表現(xiàn)為防浪墻的開(kāi)裂。當(dāng)橫向裂縫的深度小于4m時(shí)，可采用開(kāi)挖回填的方法進(jìn)行處理。開(kāi)挖斷面采用梯形，深度比裂縫底深0.5m，長(zhǎng)度比裂縫端頭長(zhǎng)2m，同時(shí)沿壩軸線增設(shè)1～2道垂直結(jié)合齒槽，使開(kāi)挖部分與原壩體結(jié)合牢固。當(dāng)裂縫深度較大時(shí)，可采用黏土灌漿法。漿液的稠度控制在1∶1～1∶2.5之間，純黏土漿固結(jié)后可以與壩體填土形成整體。在處理深度較深的裂縫時(shí)，也可以采用上部開(kāi)挖回填、下部灌漿的方法。灌漿時(shí)應(yīng)注意避開(kāi)雨季和庫(kù)水位較高時(shí)施工。

3.1.2 縱向裂縫處理

對(duì)于縱向裂縫應(yīng)首先判斷是否是滑坡產(chǎn)生的裂縫，如果屬滑坡裂縫，應(yīng)采用上部減載、下部壓重的處理措施。最常采用的方法就是對(duì)壩坡進(jìn)行放緩處理，同時(shí)做好上游防滲和下游排水措施。

日前，從工業(yè)和信息化部獲悉：我國(guó)行政村通光纖比例已從電信普遍服務(wù)試點(diǎn)前的不到70%提升至目前的96%，行政村4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋率目前也已達(dá)到95%，極大提升了我國(guó)農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施能力，為鄉(xiāng)村振興和打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)提供了堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)保障。

該市地處黃土高原，許多地區(qū)存在濕陷性黃土。壩體填有此土料后，碳酸鹽類物質(zhì)遇水溶解，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，壩體就會(huì)發(fā)生顯著的下陷，從而形成沉降裂縫。對(duì)于濕陷黃土產(chǎn)生的縱向裂縫，應(yīng)將壩體滲水部位的不良土體徹底挖除，回填結(jié)構(gòu)性好的粉土。當(dāng)存在滑坡隱患時(shí)，還應(yīng)采取放緩壩坡、壓重固腳的方法。2009年大同縣杜莊水庫(kù)在壩頂靠下游側(cè)出現(xiàn)長(zhǎng)約100m的裂縫，最大縫寬約20cm。經(jīng)調(diào)查，該部分壩體為2008年村民填筑，裂縫產(chǎn)生的原因?yàn)閴误w填有濕陷性黃土，遇水沉陷所致。2011年進(jìn)行水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程時(shí)，對(duì)下游壩坡的濕陷黃土進(jìn)行挖除，回填結(jié)構(gòu)性好的土料，同時(shí)為了保證壩坡穩(wěn)定放緩了下游壩坡，壩體經(jīng)加固后運(yùn)行良好。

3.1.3 干縮或凍脹縫處理

在炎熱和寒冷天氣，壩體表面常出現(xiàn)一些細(xì)小的裂縫，這些裂縫分布較廣，方向沒(méi)有規(guī)律，縱橫交錯(cuò)，縫的間距比較均勻，一般與表面垂直，上寬下窄，縫寬往往小于1cm，深度不超過(guò)1m。這種裂縫為干縮或凍脹縫，裂縫的產(chǎn)生受季節(jié)影響較大，主要是壩體土料的含水量較大(大于最優(yōu)含水量)、施工期工序不好、護(hù)坡不能及時(shí)跟上造成的。因此，施工期合理安排工序，控制好施工質(zhì)量，可以有效預(yù)防此類裂縫的產(chǎn)生。

3.2 均質(zhì)土壩壩坡的加固措施

3.2.1 壩坡加固措施

從實(shí)地調(diào)查來(lái)看，當(dāng)前小型水庫(kù)的絕大多數(shù)大壩都存在壩體偏瘦，上、下游壩坡偏陡的問(wèn)題，在滲流條件作用下，易產(chǎn)生滑坡事故。處理此類滑坡隱患，均質(zhì)土壩中常見(jiàn)的做法是放緩和培厚壩坡。根據(jù)地勘鉆孔揭露，本地區(qū)壩體填筑土料多為粉土(Qml4)，根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SD 274—2001)的規(guī)定并進(jìn)行計(jì)算，壩體穩(wěn)定坡度上游應(yīng)不小于1∶2.5，下游不小于1∶2.25(當(dāng)壩高低于8m時(shí)，壩坡也可取1∶2.0)。當(dāng)壩體較高時(shí)，壩坡應(yīng)增設(shè)馬道，馬道以下壩坡應(yīng)比馬道以上壩坡緩，坡比差不宜超過(guò)0.5。壩頂寬度不應(yīng)小于5m。按照以上要求，許多水庫(kù)大壩的壩坡都不滿足規(guī)范要求，需要放緩壩坡?？紤]到當(dāng)前水庫(kù)大多都已運(yùn)行三四十年，并且不能放空水庫(kù)，壩體的加固措施應(yīng)采取“上游削坡，下游培厚”的方法。具體做法為先將水庫(kù)放水至死水位，把該高程處壩腳作為起點(diǎn)，根據(jù)需要設(shè)置不同類型的砌石護(hù)坡基礎(chǔ)，沿原上游壩坡向上向后削坡至設(shè)計(jì)壩頂高程，將下游壩坡的表土及草根清除干凈后，按設(shè)計(jì)的壩頂寬度和下游坡比進(jìn)行培厚碾壓處理，并將原有排水體接出到新壩腳。培厚土料可采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的粉土，碾壓后的壓實(shí)度應(yīng)不小于96%，同時(shí)還應(yīng)保證碾壓的均勻性。

3.2.2 壩腳排水措施

由于水庫(kù)壩體或壩基滲漏的原因，下游壩腳處河床土體的含水量會(huì)過(guò)飽和，有些甚至沼澤化，導(dǎo)致施工機(jī)械無(wú)法進(jìn)入進(jìn)行碾壓操作，這是下游壩坡進(jìn)行培厚施工時(shí)經(jīng)常遇到的問(wèn)題。遇到這種情況，施工時(shí)常采用的方法是先將表層軟基挖除并晾曬，之后拋填塊石及砂礫進(jìn)行換基處理，上部設(shè)置綜合式排水體，最后在排水體以上進(jìn)行壩坡的碾壓培厚施工。所謂綜合式排水體就是將褥墊式排水和棱體排水組合在一起，也可根據(jù)下游水位情況，將貼坡、棱體與褥墊排水結(jié)合在一起。如果壩腳處原有褥墊或棱體排水，則應(yīng)將原有排水體與新設(shè)置的排水體接通，新舊銜接部位均應(yīng)做好反濾處理，最少設(shè)置砂礫及粗砂墊層各一層，每層厚度不宜小于30cm。2012年大同縣下羊落水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中，對(duì)壩體下游壩坡進(jìn)行培厚時(shí)，由于壩腳淤泥過(guò)多，無(wú)法進(jìn)行壩體碾壓，施工中首先采用拋石換填軟基，然后在其上部布置褥墊排水和棱體排水相結(jié)合的綜合式排水體，最后進(jìn)行壩坡的碾壓施工并順利完成，各部位的施工質(zhì)量均滿足要求。

3.2.3 壓重體布置措施

壩坡放緩后，下游壩腳仍存在滑出壩腳以外的滑坡體時(shí)，就需要在滑坡段下部采取壓重固腳的措施，即增設(shè)壓重體，以增加抗滑力。壓重材料最好選用砂石料。在砂石料缺乏的地區(qū)可采用風(fēng)化土料，但夯實(shí)質(zhì)量應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度。有排水要求的，還應(yīng)考慮排水體的設(shè)置。壓重體的尺寸可根據(jù)試驗(yàn)和計(jì)算確定。對(duì)于小型水庫(kù)，尤其是壩高小于20m時(shí)，壓重體高度一般可取滑坡體高度的1/2～1/3。壓重體厚度，一般用石料可為3～5m;土料應(yīng)比石料大0.5～1倍。土料壓重體的坡度也應(yīng)放緩至1∶4。

3.3 壩體的防滲措施

3.3.1 水泥土防滲墻

小型水庫(kù)均質(zhì)土壩的壩體防滲工程中，多采用垂直防滲措施。近幾年水泥土攪拌樁防滲墻的使用較為普遍，這種防滲形式具有成墻防滲效果好、造價(jià)低、施工工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。由于小型水庫(kù)的壩高較低，壩體中含砂含礫極少，這種工法可以在壩頂進(jìn)行，因此在壩體防滲工程中應(yīng)用十分廣泛。在該市水庫(kù)工程施工中，這種工法的水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，摻入量多控制在15%左右，水泥漿液水灰比為0.5～0.65，成墻寬度不小于0.3m，墻體滲透系數(shù)不大于1×10－6cm/s。水泥土防滲墻也可以布置在上游壩腳處，上游護(hù)坡下同時(shí)配合鋪設(shè)防滲土工膜，用于壩體和壩基的統(tǒng)一防滲處理。

3.3.2 高噴灌漿

均質(zhì)土壩的壩體防滲工程中，另一種常用的垂直防滲措施就是高噴灌漿。高噴灌漿可以選擇用灌黏土漿或黏土水泥漿的方法進(jìn)行堵漏和截滲，一般可在滲漏壩段沿壩軸線布設(shè)一排孔，然后可根據(jù)實(shí)際需要，再沿迎水方向增設(shè)一排，如滲漏非常嚴(yán)重也可在下游增設(shè)第3排孔，以達(dá)到預(yù)定的防滲效果。高噴灌漿的排距和孔距大致相當(dāng)，可選用1.2～1.8m左右。采用高噴灌漿時(shí)，應(yīng)充分考慮工程投資及施工機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)的影響，當(dāng)工程投資受限時(shí)則應(yīng)考慮分段、分期實(shí)施。

3.3.3 復(fù)合土工膜鋪設(shè)

壩體防滲也可以采用上游壩坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜的方法，鋪膜范圍應(yīng)從壩趾至校核洪水位間全面鋪設(shè)。壩端應(yīng)深入岸坡，挖截水槽固埋，如遇土沙層，周邊截水槽應(yīng)截至相對(duì)不透水層。鋪膜的起始高程，即壩趾截水槽應(yīng)截至壩基相對(duì)不透水層，底寬不應(yīng)小于0.2倍的上下游水頭差。土工膜應(yīng)選擇“二布一膜”的形式，重量不應(yīng)低于400g/m2。施工時(shí)土工膜鋪設(shè)不應(yīng)拉得太緊，以保證膜本身的良好伸縮性，同時(shí)保證膜體不能有破損，膜間粘接牢固，粘貼寬度控制在20cm左右為佳。

3.3.4 刺墻和截水環(huán)的布置

在壩體與鋼性建筑物的接觸部位，必須增設(shè)截滲刺墻和截水環(huán)等防滲體，以延長(zhǎng)滲徑，這是避免發(fā)生接觸滲漏的重要途徑之一。刺墻等防滲體的底面應(yīng)與建筑物基底建在同一高程，施工完畢回填壩體土?xí)r，應(yīng)在防滲體表面刷三遍黏土漿后，局部進(jìn)行人工夯實(shí)，并且務(wù)必保證夯實(shí)質(zhì)量。如:渾源縣神溪水庫(kù)，土壩與泄洪閘邊墩銜接段未設(shè)置刺墻，由于接觸滲漏導(dǎo)致閘室右岸翼墻外側(cè)壩體被水沖開(kāi)缺口，險(xiǎn)些造成潰壩事故。此后的維修加固中，對(duì)泄洪閘兩側(cè)壩體土開(kāi)挖后重新進(jìn)行填筑碾壓，并在泄洪閘左、右翼墻外側(cè)增設(shè)8m長(zhǎng)刺墻。經(jīng)過(guò)加固處理后的部位運(yùn)行至今未出現(xiàn)問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)水庫(kù)破壞以小型水庫(kù)最多，約占96%，破壞水庫(kù)中以土石壩所占的比例最大，約為98.3%。因此，加快和提高小型水庫(kù)土壩壩體加固工程建設(shè)，是保證小型水庫(kù)安全運(yùn)行的重要途徑。水庫(kù)壩體加固是一項(xiàng)非常重要的綜合性水利科學(xué)技術(shù)，關(guān)系到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，水利工程技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)真進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)、嚴(yán)格保證施工質(zhì)量、管理人員應(yīng)該細(xì)心管理、精心維護(hù)，保證水庫(kù)工程的安全運(yùn)行。

1 謝堆才．基于寧夏地區(qū)水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的個(gè)案分析［J］．水利建設(shè)與管理，2013(1):27-28．

2 孛永平．小水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案的選?。跩］．中國(guó)農(nóng)村水利水電，2012(4):145-146．

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4 白靜，王文龍．深圳市小型水庫(kù)大壩防滲處理方案［J］．中國(guó)農(nóng)村水利水電，2012(8):129-131．