闻喜县土石坝溃坝原因与防治对策

张淑玉

（山西省闻喜县水务局，043800，闻喜）

闻喜县位于山西省西南部，运城市北端，运城盆地与临汾盆地交界处，属黄土高原区。县境内地形复杂，河谷、塬地、丘陵、山地并存，历史上是一个易旱易涝地区。新中国成立以后，全县兴建了大量水利设施，增强了抗御自然灾害的能力。其中以土石坝为主要枢纽工程的中小型水库共16座，总库容 5 318.45万 m3，兴利库容2 342.01万 m3，灌溉面积 1.05万 hm2，在历年的防洪、灌溉等方面发挥了很大的作用。然而以土石坝为主要枢纽的水库大多修建于20世纪50—70年代，兴建时间早，工程标准低，建筑配套设施不健全，至今保留下来的水库仅6座。在报废的10座水库中，有4座是溃坝造成的；2座是大坝存在安全隐患大，对下游威胁严重被拆除；2座因为没有清水水源被放弃；2座淤积严重而报废。水库大多位于偏僻的丘陵山区，居高临下，土石坝溃决时，水库水量突然下泄，造成水库水位陡落和下游水位暴涨。这种溃坝形成的溃坝波不仅可能引起库区塌岸和其他损失，更严重的是会导致水库下游地区灾害性的后果。为了加强土石坝溃坝的防治，确保土石坝的安全运行，近年在土石坝溃坝的原因与防治方面进行了探索。

一、土石坝溃坝的基本原因

土石坝溃坝一般由洪水溢出坝顶和坝体存在质量问题造成管涌、结构破坏或滑坡引起，也可能由管理人员管理不当引起。

1.洪水漫顶

闻喜县的晋庄水库、坑东水库、上丁水库在1977年7月29日的特大暴雨（点雨量达464mm，历时2小时55分）中由洪水漫顶造成溃坝。经分析造成洪水漫顶的主要原因有以下几点：一是超标准洪水入库。 上游发生特大暴雨，导致超标准洪水入库；上游水库大坝溃决，引发的超标准洪水入库；上游流域范围内水文系数增加导致洪水增大等因素引起溃坝事件。二是坝顶高程不够。主要表现在原设计考虑不充分，设计坝顶高程不够；坝顶在多年运行中发生沉降，达不到原设计要求；遇到恶劣的气候，风浪过大等因素引起溃坝事件。三是泄洪能力不足。原设计考虑不周，溢洪道或泄洪洞的泄洪能力不足；长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，泄水断面减少等因素诱发洪水漫顶而引起溃坝事件。

2.土石坝坝体存在质量问题

（1）土石坝坝体渗漏的原因

渗漏可分为坝体渗漏和坝基渗漏，坝体或坝基渗流导致土体颗粒流失产生集中渗流。

坝体渗漏的主要原因有：坝体不均匀沉降产生横向裂缝；坝体质量差，存在水平薄弱层，产生水平透水；下游坝体没有反滤体，或反滤体不满足反滤要求；白蚁蚁路形成漏水通道；坝体质量差，水位长时间超高，水力劈裂产生水平裂缝。

坝基渗漏的主要原因有：上游铺盖的防渗能力不足或长度、厚度不够，坝基和两岸接合面未做截渗处理或处理不彻底，河槽和两岸砂卵石未截断或坝基灌浆没有做到设计标准，地质勘探不够准确。

（2）土石坝结构破坏

造成坝体滑坡的原因有：大坝整体稳定性差，强度指标不够；排水系统损坏，坝体浸润线过高；坝坡过陡，运行中上游水位发生骤降事件等。坝体滑坡通常先由裂缝开始，引起坝体的一部分失去稳定，发生滑动，如果不能及时抢救则发生溃坝事件。另外，当坝基内有软弱夹层时，也可能发生塑性流动，影响坝的稳定。主要表现在：

①坝体变形造成裂缝，使坝体失稳：筑坝质量差，土质干裂，干密度低；大坝两岸岸坡过陡或有陡坡；筑坝材料抗拉力小；原状土未处理；长时间降水使上游侧坝体饱和；心墙填土质量差等原因造成大坝发生横向裂缝、纵向裂缝或水平裂缝等未及时抢修造成大坝失稳。

②库水位快速下降，大坝失稳：溢洪道和坝体接合处产生渗流破坏而冲毁；人工扒口泄洪扒口过大；下泄洪水冲刷下游坝脚，引起大坝失稳。

③在洪水荷载下安全系数不足：长期降雨使得大坝上部饱和，强度降低，产生纵向裂缝减小了阻滑力；裂缝进水，加大了推力；坝坡过陡；新老坝体接合处质量差等原因导致大坝安全系数不足，继发坝体失稳诱发溃坝。小张水库在2003年秋季连续降雨30余天，大坝上部饱和，下游排水不畅，大坝坝体浸润线长时间过高，坝体强度降低，产生大坝背水坡滑坡，抢救无效发生了溃坝事件。

（3）溢洪道、涵洞、泄洪洞出现故障

坝体、溢洪道或泄洪洞所在的山体发生不均匀沉降，导致溢洪道、涵洞、泄洪洞发生断裂、裂缝或坍塌；放水涵洞的涵管质量不达标或与土石坝之间无可靠的阻水圈防渗；坝体和涵管之间接合部位填筑质量差等原因也可造成溃坝。

3.管理不当

（1）水库建设

闻喜县水库建设时期为1958—1976年，大多数水库为边勘探、边设计、边施工的“三边”工程，工程质量难以保证；管理设计不当，造成水库使用后库区塌方、水库淤积等。

（2）重建轻管

由于资金不到位或管理技术手段落后，缺乏必要的监测设施，水库长期得不到正常养护，老化失修严重；法律法规不完善，管理人员盲目蓄水，擅自抬高汛限水位，抬高溢洪道底板，在溢洪道上筑临时子堰挡水；管理人员不按时做监测和巡视，盲目运用等原因导致溃坝。

二、溃坝防治措施和技术

1.土石坝防漫顶措施

土石坝防治洪水漫顶的主要措施是提高水库的防洪标准，有以下四种方法：一是适当增高大坝，增加调蓄能力。二是加大泄洪设施能力，增加泄量。三是加高大坝和加大溢洪能力相结合，既减少大坝增加的高度，又增加泄洪能力；既提高了水库的防洪能力，还可以降低成本，减少投资。四是控制上游洪水。对上游进行水土流失治理，减少入库泥沙，保障水库库容；在上游修建水库、淤地坝或对已有的水库、淤地坝等工程进行除险加固，增加上游控制洪水的能力，以减少和控制上游洪水，减少水库的防洪压力。

2.土石坝渗漏的防治措施

对土石坝的渗漏处理原则是“上截下排”。上截是指在上游采取防渗措施，封堵渗漏入口，防止库水渗入，提高坝体和坝基的防渗能力，或者延长渗透途径，降低渗透坡降，尽量减少渗透水流渗入坝体和坝基。下排是指在下游采取反滤导渗排水设施，使渗入坝身和坝基的渗水，在不带走土颗粒的前提下，安全通畅地排到下游，保持土体的渗透稳定。根据土石坝渗漏的部位和特征可将防渗漏分为防坝体渗漏、防坝基和坝肩绕坝渗漏。

（1）坝体的防渗漏措施

①灌浆。对土石坝进行防渗漏处理的灌浆方式有充填灌浆和劈裂灌浆两种。

充填灌浆是在裂缝部位用低压将泥浆灌入坝体内充填裂缝和空隙，增强坝体的整体性，此法适用于均质土坝和宽心墙坝。

劈裂灌浆是沿坝轴布置灌浆孔，利用一定的灌浆压力将坝体沿轴线方向劈裂的同时灌注合适的泥浆，填充或堵塞与劈裂缝连通的裂缝、漏洞，待浆液析水后与坝体紧密结合形成连续的防渗帷幕。劈裂灌浆适用于坝体质量普遍不好，坝体外部有裂缝、坍塌、浸润线溢出点过高、坝后有大面积散浸、坝体有明显的渗漏或坝体内部有较多隐患但性质和部位又不能确定等问题。

②黏土斜墙防渗。采用黏土、黏壤土作为防渗材料，在原坝体上游面分层填筑、人工夯实或机械碾压成斜墙来截堵渗流、防治坝体渗漏的一种防渗漏处理方式。此防渗方式施工简单，造价低廉，适用于坝体不高、坝坡稳定、坝体渗漏较严重的小型土石坝。

③土工膜防渗。土工膜防渗用于均质坝和斜墙坝。其施工设计包括：铺膜范围，铺膜厚度，土工膜的链接，下垫层处理，土工膜铺设，保护层，特殊部位处理。

④套井回填黏土防渗墙。套井回填黏土防渗墙是利用冲抓式打井机在土石坝的渗漏区域内的原有防渗体中打井，用黏土料进行分层回填夯实形成一个连续的截水墙，截断坝身或坝基渗流。此法适用于均质土坝和宽心墙坝的渗漏处理。

⑤振动沉模防渗混凝土板墙。振动防渗模板技术，是利用强力振动原理将空腹模板沉入土中达到设计深度后，边振动边拔模板向空腹内注满混凝土浆体，形成单块板墙，而后再继续作业，将板墙连起来，形成连续的防渗模板。

⑥导渗处理。用于坝身渗漏处理的导渗措施有导渗沟和贴坡培厚导渗等。

（2）坝基和坝肩绕坝渗漏的防渗漏措施

①高压喷射灌浆。高压喷射灌浆适用于软弱土层、沙层、沙砾石层，也可用于较大粒径的卵石层、漂卵石层的坝基防渗加固。

②坝基和坝肩基岩帷幕灌浆。当基岩漏水量大，影响坝体和坝基的安全时，应进行基岩帷幕灌浆。

③黏土截水槽。在土石坝上游坡脚以内用开槽回填黏土的方法将地基透水层和接触渗漏层截断以达到防渗的目的。

④坝基压渗导渗。当坝基发生翻沙冒水、管涌或流土现象时，则不宜开沟导渗，宜采用压渗措施，即在渗水出露地段适当范围内，先铺设反滤垫层，然后填石料或土料压盖。

3.提高土石坝的稳定性措施

（1）滑坡的防治措施

常见的滑坡处理方法有开挖回填、放缓坝坡、增设防滑体、多种土料掺和和增加防渗设施等。

①开挖回填。无论是坝体滑动还是深入基础的深层滑动都需要将松散体的松散部分全部挖除，再用合格土料回填夯实，使其达到设计要求的抗剪强度。在背水坡开挖回填时，要翻筑和维修好坝趾的排水设施，使其保持排水畅通，并起到压脚抗滑的作用。

②放缓坝坡。对于因坝坡过陡、坝体单薄而引起的滑坡应结合滑坡体的整治放缓坝坡，一般可采用在滑坡体上部与裂缝上侧陡坡部分进行削坡。加厚时应将原坝坡面挖成阶梯，用与原坝体相同的土料分层回填夯实，同时还应建新的排水体与原有排水棱体接通。

③增设防滑体。在弄清滑坡的滑动位置和范围后，在滑坡体坡脚增设防滑体。增设防滑体的方式一般有三种：抛石压脚、砌石固脚和镇压台。

④多种土料掺和。对原筑坝土料物理学指标较差而当地又缺乏适宜的筑坝土料时，采用多种土料掺和或用含石土来提高土料的物理学指标。

⑤增设防渗设施。在高水位下，由于坝体渗漏引起的下游坝体滑坡，均应根据具体情况，在整治滑坡的同时采取“前堵后排”的防渗导渗设施。

（2）土石坝处理塌陷的措施

①翻土夯实。在条件许可的情况下，即没有管涌、渗水或漏洞等险情的情况下均可以采用此法。具体做法是：先将塌坑内的松土翻出，然后按原坝体部位要求的土料回填。

②堵塞封堵。发生在临水坡的水下坍塌，凡是不具备降低水位或水不太深的情况下可采用此法。使用草袋、麻袋或编织袋装黏土直接在水下填实塌坑。必要时可再抛投黏性土，加以封堵和帮宽，以免塌坑处形成渗透通道。

③填筑滤料。塌坑发生在背水坡，伴随发生管涌、渗水或漏洞，形成跌窝，除尽快对坝的迎水坡渗漏通道进行堵截外，对塌坑可采取此法。具体做法：先将塌坑内松土或软弱土清除，然后在背水坡塌坑处，按导渗要求，铺设反滤层，进行填筑。

④填筑塌坑注意事项。在翻筑时，应按土质留足坡度，以免塌陷扩大，并要便于填筑。在填筑时应查明原因，采取不同方法。在填筑的过程中，必须密切注意上游水情，以免发生重大事故。

三、闻喜县土石坝的防震加固措施

闻喜县所处位置属于山西省地震亚区、怀来西安地震带的南部，地震对土石坝影响比较大，其地震基本烈度为Ⅶ度。地震对土石坝造成的危害通常有：滑坡、裂缝、液化等。关于滑坡和裂缝的加固与一般工程破坏的加固类同；对于液化的加固，一般对表层和深度不大的液化层可挖除并换填非液化土。当挖除困难或不经济时，则必须采取加固措施，使其达到与设计烈度相适应的密度。具体有以下几种加固措施：一是表面夯实法。对厚度不大的饱和松砂地基，可采用重锤夯实。二是表层振动压层法。对厚度不大的饱和松砂地基，也可采用履带式拖拉机或振动碾压振密。三是振冲法。这是一种地基加固的技术，使用于加固松散的、均匀的饱和砂土坝体和坝基，原理是使砂土先期振动液化，以提高土石坝抗震能力，保障整个坝体的抗震稳定性。四是振冲置换桩法。振冲成孔后，向孔里回填砂或碎石等。该法用于软弱土层和中细砂层，对坝基加固十分有效，已在一些水库加固坝基中应用。五是抛石和填土压重。对于上游坝体的加固，可采用坝脚处抛石压重，在坝坡上采取振冲加固或振动碾压加固。

实行科学化管理，首先是提高管理人员素质，针对管理人员素质普遍偏低的现状，闻喜县水务局分批分期有计划地进行业务培训，提高业务素质。其次是制定切实可行的管理方法。一是管理措施正规化。2008年3月闻喜县水务局将辖区内的6座小型水库全部收回水务局统一管理，并在管理人员内部层层落实目标责任制，实行定岗、定人、定责、定奖罚。二是管理方法科学化。2008年对中型水库吕庄水库进行了除险加固，对5座小型水库进行了大坝安全鉴定工作，为除险加固和维修保养提供科学依据。重新制定工程运行和管理方案，加强对隐患部位发展变化的检查观测。三是管理内容规范化。根据有关规范、规定，建立健全大坝、溢洪道、放水涵洞观测制度、检查制度、运行操作规程、养护制度的工程管理规定，明确工程管理的具体内容和具体方法。通过科学化管理，闻喜县的土石坝工程效益得到提高，水库的库容库貌有了很大的改观。

[1]水利部水利建设与管理总站编写.小型水库管理[M].北京:中国计划出版社，2003.

[2]孙明权，沈长松.水工建筑物[M].北京：中央广播电视大学出版社，2006.

[3]张淑玉.小型水库大坝安全鉴定初探[J].山西水利，2009（10）.