淤地坝除险加固采用封闭式溢洪道方案探讨

杜慧慧 贵晋

摘 要 淤地坝作为黄土高原最主要的沟道治理措施，在黄土高原水土保持生态建设中发挥着重要作用。受地形条件限制，除险加固时部分需增设溢洪道的淤地坝存在开挖工程量大、占地矛盾难协调等问题。采用封闭式溢洪道可以减少工程开挖量，解决砌石或混凝土防冻问题，改善受力条件，减小工程结构断面尺寸等。因此笔者就封闭式溢洪道方案在淤地坝除险加固中的运用进行分析。

关键词 淤地坝;除险加固;封闭式溢洪道

水土流失和干旱少雨是黄土高原地区作物种植的两大制约性因素。人们通过兴修水利、种植耐旱作物以及采取抗旱保墒的耕作技术以应对干旱少雨的制约。淤地坝作为黄土高原地区水土流失治理的重要工程措施，兼具淤地造田之效，是一种独具特色、因地制宜的土地利用方式。

1大中型淤地坝除险加固的必要性

淤地坝在拦蓄洪水泥沙，减轻下游危害，淤泥造田，促进增地增产增收，拦蓄洪水径流，发展灌溉，补充地下水，以坝代路、改善交通状况等方面发挥了重要作用。但随着使用时间的延长，加之管理不善，有不少的淤地坝存在安全隐患，急需除险加固。淤地坝病险的原因主要有：①部分已经淤满。②设计理念落后。③威胁下游安全[1]。

2封闭式溢洪道可行性分析

鉴于增设溢洪道存在的问题，对部分布设正常溢洪道有困难的淤地坝在确定除险加固方案时可考虑布设封闭式溢洪道。①减少工程开挖量。②解决砌石或混凝土防冻问题。甘肃省淤地坝主要分布在西北寒冷地区，部分地区最大冻土深甚至达到1.5m以上，考虑砌石或混凝土防冻问题，需要增加垫层的厚度、宽度及长度等。如果采用封闭式溢洪道，溢洪道施工后土方回填，则垫层可以减小或者取消。③改善受力條件。溢洪道由开敞式改为封闭式后，溢洪道箱涵为整体结构，全部埋于地下，两侧受力基本对称，受力条件得到改善。④便于后续设计。溢洪道由开敞式改为封闭式后，溢洪道形式基本固定，可以根据不同的设计宽度和过水流量，将溢洪道断面尺寸分为几种模式固定下来，有利于形成标准图集，便于后续设计[2]。

3淤地坝除险加固采用封闭式溢洪道方案

3.1 工程概况

口子滩骨干坝原设计坝控面积 3.15km2，总库容 50.62万m3，其中拦泥库容19.99万m3 ，滞洪库容 30.63万m3 ;由黄土均质坝和涵卧管两大件组成。坝高18.7m，坝顶长105m，坝顶宽4m，迎水坡比为1：2，背水坡坡比为1：1.5。坝顶高程2386.20m，拦泥高程为2379.81m，滞洪高程为2384.64m，坝轴线处沟底高程为2367.50m，淤积年限15年。口子滩骨干坝存在的主要问题是：a.由于口子滩骨干坝下游有花儿岔小学和村庄，影响下游安全且无溢洪道;b.由于死库容水位较高，外坡浸润线较高，坝坡有渗漏。通过分析论证，其存在的问题合乎实际，将口子滩骨干坝确定为病险淤地坝是合适的。

3.2 除险加固方案比选

泄水建筑物的型式主要有开敞式溢洪道和涵洞式溢洪道两种，它们的共同之处在于主要功能都是宣泄规划库容所不能容纳的洪水，保证坝体安全;不同之处在于开敞式溢洪道布设高程较高，断面面积较大，避免开挖而形成高边坡。

（1）结构尺寸。通过以上方案比选可知，开敞式溢洪道的断面尺寸最小为4.12m×2.5m（安全超高取 0.5m）;涵洞式溢洪道的断面尺寸为 2.0m×2.5m（侧墙高确定为 2.5m）。

（2）地形地质情况。口子滩骨干坝坝体范围地质属临洮沉积构造体系，沟床及沟槽两岸为黄土，且土层厚达 10m 以上，无不良地质现象存在;地形对称、垂直节理发育明显。左右岸坝肩均连接村社交通要道，左岸边有学校，右岸村道以上为村林场，且涵卧管布设于右岸。此外，由于右岸背水坡低洼处距坝顶高差达 7m，如果在 2482.64m 高程处布设开敞式溢洪道，则会造成背水坡脚外形成填方，导致基础不稳。根据以上布设要求和地质地形特点，口子滩骨干坝溢洪道布设位置不宜选在左岸。但根据实际地形，在右岸距卧管通气孔 17m 的范围内为原沟道岸坡，基础稳固，在高程 2381.20m 处适合布置涵洞式溢洪道。

（3）施工难度。相比泄洪洞，开敞式溢洪道布设位置高，坝体以外基础悬空，稳定性差，开挖断面大，结构支模、拆模难度大，危险系数高，回填难度大，施工困难多，会造成林场部分林木损毁，并阻断主要交通道路。

（4）运行管理。如果采用开敞式溢洪道，由于两岸岸坡渗水严重，极易发生冻胀破坏;淤地坝的主要作用之一为沟通两岸交通，如果不架设工作桥，便会阻断交通，造成群众出行困难;因此，当采用开敞式溢洪道，将不利于该坝的运行和管理。

（5）工程量对比。经估算，开敞式溢洪道总工程量为 21275.45m3 ，总投资 138.35元;泄洪洞总工程量为 19430.17m3 ，总投资 135 万元。因此，在流量相同的条件下，通过对布设高程、断面结构尺寸、地质地形、施工难度、运行管理、抗冻张能力、结构稳定性、工程量等因素及条件的对比分析，溢洪道型式可确定为涵洞式溢洪道（泄洪洞）;布设位置宜选择在右岸岸坡，且轴线距通气孔 11.5m 处，与坝轴线夹角 56°。

3.3 除险加固方案

根据病险认定报告和确认时的实际病险情况，确定了口子滩骨干坝除险加固初步设计方案，该除险加固方案具体为：①按照 200 年一遇校核洪水标准，在右岸坝肩增设溢洪道;②拆除消力池出口损毁扭面，用浆砌石重新砌筑;③在坝体背水坡与岸坡结合处设置 U 型断面的排水沟，将坝面来水引至坝脚以外。泄洪洞布设位置、两岸基本情况、低凹地、原涵卧管布设位置25等情况。

总之，文章结合工程实例，就溢洪道布设方案进行了详细地探讨，期望能够对同类型工程起到借鉴作用。

参考文献

[1] 庄硕.猴山水库溢洪道设计方案比选研究[J].东北水利水电，2020，38（1）：7-9.

[2] 袁斌.水库溢洪道方案比选与试验模拟研究[J].中国水能及电气化，2020，（1）：34-38，25.