临县淤地坝建设中存在的问题与处理对策

［关键词］ 水土保持；淤地坝；建设方法；临县

［摘 要］ 为了应对严重的水土流失状况，多年来临县共建成大中型淤地坝140座，针对淤地坝建设过程中岩石基础与土质坝体的结合和防渗、坝基及岸坡岩层渗水处理、特殊地质结构和地形条件下放水建筑物布置等问题，在淤地坝建设实践中提出了可操作性的处理对策，比如：采用防渗齿墙法使坝体与基础和岸坡紧密结合，解决了淤地坝的绕坝渗漏问题；采用小井式收集法和截潜流法收集渗水集中排出坝体，提高了淤地坝坝体的稳定性；采用卧管加竖井组合法和涵洞内布设跌水的方法提高放水建筑物的工程质量，降低了工程施工难度，减少了工程量，节约了工程投资等。

［中图分类号］ S157  ［文献标识码］ C  ［文章编号］ 1000－0941（2023）05－0036－03

临县位于黄河中游晋西黄土高原吕梁山西侧，地理坐标介于东经110°29′～111°18′、北纬37°36′～38°14′之间，属典型的黄土丘陵沟壑区，地形破碎复杂，水土流失十分严重。全县总土地面积2 976 km2，水土流失面积2 590 km2，占总土地面积的87.03%，其中强烈以上侵蚀面积占水土流失面积的85%以上，每年向黃河输送泥沙3 400万t，占山西省黄河流域年均输沙量的10%。为了应对严重的水土流失状况，临县建设了大量淤地坝，拥有丰富的淤地坝建设经验，2003年以来先后建成了万安沟小流域、吴家湾小流域、六家沟小流域坝系工程项目，每年县水利局还按照上级部署在其他沟道内分散建设淤地坝。临县建成的淤地坝全部为均质碾压土坝，类型有大、中、小型3种（其中大型坝76座、中型坝64座），控制流域面积395.21 km2，拦泥库容5 695.36万m3，淤积坝地836.65 hm2。近年来，大部分大型淤地坝通过除险加固新建了溢洪道，淤地坝枢纽由大坝、放水涵洞、溢洪道“三大件”组成，少部分依然为坝体、放水涵洞“两大件”，中型坝全部为坝体、放水涵洞“两大件”，小型坝只有坝体“一大件”。

2019年，习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话中指出：中游要突出抓好水土保持和污染治理，有条件的地方要大力建设旱作梯田、淤地坝等。一时间在黄河中游地区又掀起了淤地坝建设的高潮。尽管淤地坝是以拦蓄泥沙、淤积坝地为主，但是在汛期它还承担着防汛安保的功能。淤地坝的投资标准远远低于小型水库，但在防汛功能上它们作用相同，特别是一旦出现险情都会给下游带来巨大灾难，后果难以预测。所以，在淤地坝建设过程中要特别注重施工过程中的关键环节，遇到不同的地质、水文情况需要采取不同的技术方法。临县多年来在淤地坝工程建设实践中，采取和总结了不少适合黄土高原地区淤地坝建设的技术和方法，成效明显。

1 坝址处为基岩时坝体与基础和岸坡的结合及防渗处理  临县地处吕梁山地向黄河峡谷延伸的末端，地势东北高西南低，总体呈倾斜坡面。东北部黄土覆盖较厚，是淤地坝选址较理想的区域，早年间建设的淤地坝大部分分布在这一区域，而西南部尤其是沿黄各乡镇，基岩出露高，沟道下切严重，两岸为垂直状的石质岸坡，给新建淤地坝选址带来很大的难度。一方面，土质坝体与基岩难以结合，处理不当会形成一条贯穿的渗漏通道，为淤地坝后期运行埋下巨大隐患；另一方面，石质岸坡削坡时需要把坡面削成一个斜坡，但施工时只能根据岩石层理节理发育情况把边坡削成大体呈斜坡状的多个小台阶，施工难度和石方开挖量都很大。因此，对于这种坝址位于基岩上的淤地坝一般都采用防渗齿墙的方法。

防渗齿墙的做法是先沿坝轴线方向在基础和两边岸坡上开挖基槽，将风化、破碎岩石挖除外运，再在基槽内砌筑浆砌石或者浇筑混凝土形成一道封闭的防渗墙体。实际施工中根据地质情况、淤地坝的建设规模，防渗齿墙设1～3道不等。防渗齿墙的形式分为半封闭式和全封闭式两种[1]。半封闭式防渗齿墙是沿坝轴线方向随着沟道地形根据岩石高度设置1～3道半封闭墙体；全封闭式防渗齿墙是沿坝轴线方向在沟道两岸设置1道全封闭墙体。要根据工程所处的地质及沟道地形情况选用合适的齿墙结构，在沟道比较宽、两岸基岩出露较高的坝址处宜选用半封闭式防渗齿墙，如万安沟坝系谈花沟中型坝，六家沟坝系刘家沟大型坝、高家沟大型坝、庄头沟大型坝、三河岔大型坝、庙沟大型坝、上沟中型坝、井沟中型坝等均采用了半封闭式浆砌石防渗齿墙；在沟道较窄、基岩出露较低的坝址处宜选用全封闭式防渗齿墙，如万安沟坝系中的郭家沟大型坝、小五甲中型坝，六家沟坝系中的小花甲大型坝、蔚家洼大型坝、高家沟中型坝等均采用了全封闭式浆砌石防渗齿墙。

防渗齿墙沿坝轴线布设，一般设置在坝轴线或坝体上游位置，这样布设的原因：一是为了遵循大坝“上拦下排”的基本属性；二是正好将防渗齿墙设置在坝体结合槽处，将坝体与基础、岸坡紧密结合起来，阻断了坝体结合部位的渗漏通道，防止形成绕坝渗漏现象；三是大大减少了坝体结合槽的挖填工程量，节约了工程投资。防渗齿墙不仅可以用在坝体的结合部位，还可以在放水建筑物、溢洪道、部分坝体维修的结合部位使用，如兔坂镇杨家沟大型坝除险加固时溢洪道与坝体结合部位、青凉寺乡大麻沟大型坝坝体缺口与岩石岸坡结合处、青凉寺乡高家峁大型坝坝体缺口与岩石岸坡结合处均采用现浇混凝土防渗齿墙。经实际计算对比，郭家沟大型坝采用防渗齿墙法比原结合槽法工程量减少2 688 m3，投资由4.98万元降到了1.78万元，减少64%；上沟中型坝采用防渗齿墙法比原结合槽法工程量减少1 386 m3，投资由2.43万元降到了0.40万元，减少84%。临县淤地坝建设中防渗齿墙的运用既保证了工程的施工质量，又减少了工程量和工程投资，同时进一步实践了施工方法，总结了施工经验，丰富了淤地坝建设理论，起到了很好的推广和示范作用。

2 均质碾压土坝与岩石岸坡的结合处理

在碾压土坝施工过程中，为了使土坝与岩石更加紧密地结合起来，可采用岩石岸坡与坝体结合部位水坠结合施工法[2]。水坠结合是指在修筑均质土坝过程中没有条件进行整体大坝水力冲填施工的，采用碾压方法筑坝，而在坝体和岩石岸坡结合处采用小面积水坠方法，以增强坝体与岩石岸坡之间的结合度，防止绕坝肩渗流，提高坝体稳定性，同时减少削坡工程量，降低工程投资。

在淤地坝建设过程中总结出的岩石岸坡水坠结合方法中比较实用而有效的方法有两种，即水中填土法和土中灌水法。水中填土法就是在结合部位围成坑，先把水抽入坑内，再把土填入水中，经固结将坝体和岩石岸坡紧密结合在一起；土中灌水法就是在结合部位先铺一层土，再在上面围成一个坑，然后把水灌入坑内，水渗入土中形成饱和状态，固结后将坝体和岩石岸坡紧密结合起来。这两种方法在淤地坝建设过程中效果良好，也可用于放水建筑物与坝体和岸坡的结合处理中，很容易掌握和推广。在临县建成的淤地坝中，大部分石质岸坡的淤地坝采用了水坠结合施工方法，在六家沟和万安沟两个坝系中就有22座大中型淤地坝运用了这种方法。

3 坝基及岸坡岩层渗水处理

岩层构造中层理节理发育，岩石裂隙纵横交错，降雨形成的地表水缓慢渗到岩层缝隙中，又从祼露的岩层部位渗出，形成了岩石岸坡及沟底泉水涌出的现象。如果坝址处遇上这种地质情况，那么处理不好的话就会导致坝坡滑塌、坝坡流泥、坝体与岸坡结合处形成冲沟等，破坏大坝稳定，最终造成坝体毁坏。为了避免坝基及岸坡岩层渗水对坝体的破坏，在具体的实践中总结出比较实用而有效的两种方法，即小井式收集法和截潜流法。

小井式收集法是在坝基及岸坡局部有泉水集中渗出的情况下，收集泉水排出坝体的一种方法。具体的处理办法是在每个泉水溢出点位上开挖砌筑一个小集水井，把水收集起来，用塑料管把各个集水井连接起来将水排出坝体。截潜流法是在坝基及岸坡处有大面积泉水连续渗出的情况下，收集泉水排出坝体的一种方法。具体的处理办法是在岸坡边脚处和坝基溢水处开挖并砌筑廊道，相互联通，连续收集流水，覆盖顶部，用塑料管将水集中排出坝体。经过多年观察，小井式收集法和截潜流法应用效果很好，解决了坝基及岸坡处渗水对坝体的破坏。

4 卧管加竖井组合的放水建筑物

卧管一般是布设在坝体上游沟道两岸边坡上的放水建筑物，有的沟道岩层出露较高，布设卧管开挖工程量较大，而且施工难度大。 张宝艳：临县淤地坝建设中存在的问题与处理对策为减少工程量、节省投资、加快工程进度，可根据实际地形采用卧管加竖井组合的放水建筑物结构，具体组成为卧管—竖井—消力井—涵洞。根据实际地形在基岩上布设竖井，竖井由井筒和消力井组成，涵洞在消力井顶部与竖井井筒连接，卧管布设在石质岸坡上部的土基上与竖井连接。这样施工既减少了石方开挖工程量，又利于放水建筑物合理布置，后期运行也安全可靠。

5 坝址基础落差较大时涵洞内设跌水

有些坝址处沟道落差较大，部分基巖裸露的坝址位置甚至形成上、下断崖，因此涵洞不能按常规布设，而是要根据实际地形和岩层结构，采用涵洞内布设跌水的方法。具体是根据坝址坝基岩层的平整度及落差按坡降分段整理基础，分级布设跌水，跌水处设消力池，消减水流冲击。这种涵洞内设置跌水的方法，既减少了开挖工程量，节约了工程投资，又能更好地适应涵洞内的坡降。

6 放水建筑物和溢洪道结合运用

在万安沟小流域算沟大型坝实施中，为了减少下游的拆除工程量和保持基础稳定，同时满足放水建筑物放水和溢洪道泄洪等要求，根据实际条件采用了放水建筑物和溢洪道结合运用的方式。具体建筑物设置为竖井—涵洞—泄槽—消力池。在布设放水建筑物的基础上加大建筑物（卧管、竖井、涵洞等）过水断面，提高放水建筑物泄洪能力，达到溢洪道泄洪能力的要求，前期按放水建筑物放水运行，后期按溢洪道泄洪运行。采用这种结构形式的算沟大型坝多年来运行正常。

7 坝坡排水沟的结构改进

坝坡排水沟多年来一直是采用浆砌石砌筑20 cm厚的矩形断面，由于结构单薄，抗倾覆能力差，因此经常出现倒塌、水毁现象。为了避免类似现象发生，采用梯形断面、混凝土浇筑，这样既施工简便，又与坝体紧密结合，稳定了排水沟的结构。在建成的大、中型淤地坝中均采用了混凝土梯形断面的排水沟，建成多年来排水沟运行基本正常，未出现倒塌和水毁情况。

［参考文献］

[1] 牛越先，杨才敏，聂兴山，等.淤地坝规划设计与施工技术[M].太原：山西经济出版社，2011：194-199.

[2] 范瑞瑜.黄土高原坝系生态工程[M].郑州：黄河水利出版社，2004：290-308.

［作者简介］ 张宝艳（1986—），男，山西临县人，工程师，学士，主要从事水利工程、水土保持工程建设管理工作。

［收稿日期］ 2023-03-25

（责任编辑 李杨杨）