甘肃省淤地坝工程除险加固实践和启示

薛淑娟

(甘肃省水土保持局，甘肃 兰州730000)

甘肃深居内陆，境内分属黄河、长江和内陆河三大流域，属于青藏高原向黄土高原过渡地带，水土流失严重，生态环境脆弱。全省有土壤侵蚀面积20.12万km2，占土地总面积的44.35%。其中的黄河流域总面积约14.8万km2，每年输入黄河的泥沙约为5亿t，占全省土壤侵蚀总量的 32.62%，危害尤为严重。为了有效治理黄土高原地区水土流失，在水利部等国家部委的重视和支持下，甘肃省于1986年开始实施水土保持治沟骨干工程试点，2003年又开始实施小流域坝系工程建设。截至2013年底，全省黄土高原地区已建成各类淤地坝1 573座，其中骨干坝552座、中型坝435座、小型坝586座， 共计控制水土流失面积4 038 km2；设计总库容6.02 亿m3，其中拦泥库容1.51亿m3，设计淤地面积11 507 hm2，已淤库容0.71亿m3，淤成坝地约2 300 hm2。淤地坝的建成，形成了梁峁林草、山坡梯田、沟道库坝的三道防线，构建了小流域水土流失防御体系，取得了显著的成效。但是随着淤地坝工程建设的大规模开展，淤地坝的建设管理和安全运行也出现了一些问题，部分淤地坝存在安全隐患并带病运行，加大除险加固力度，确保工程安全，成为近年来淤地坝管理工作的重中之重。

1 淤地坝除险加固总体情况

在全面排查摸底的基础上,2011—2013年甘肃省财政厅安排专项资金4 500万元，与省水利厅联合开展了一期(3年)淤地坝除险加固工作。共除险加固病险淤地坝169座，其中骨干坝125座、中型坝44座，涉及庆阳、平凉、定西、天水、兰州、临夏、白银等7个市(州)的32个县(区)，占全省淤地坝建设县区的91.4%。在除险加固方案制定上,根据各病险坝具体病险情况，按照分类指导、分别对待的原则，采取了相应的除险加固措施，取得了良好效果，目前经除险加固的病险淤地坝已正常运行。

通过一期除险加固，不仅使169座病险淤地坝的险情得到彻底排除，安全隐患得到彻底整治，而且也积累了大量淤地坝除险加固经验，发现了淤地坝建设管理中存在的一些薄弱环节和问题，为今后如何进一步加强淤地坝建设管理找到了方向和切入点。

2 淤地坝病险特征及原因分析

2.1 病险特征

淤地坝存在的险情可归纳为两大类：一类是淤地坝自身存在的病险，如坝体裂缝、冲沟、陷穴、豁口、坡脚渗水、滑坡、滞洪库容不足、卧管局部受损和大部分毁坏、涵管尾水部位毁坏、出口陡坡明渠毁坏、涵管断裂、溢洪道局部和大部分毁坏、放水建筑物顶部岸坡或山体坍塌等。另一类是外在险情，主要发生在连环坝和三类病险坝上。在小流域坝系工程建设中，连环坝中下游坝的滞洪设计只考虑其控制流域区间的洪水流量，而当上游坝淤积库容超过设计值时，上下游坝安全风险会同步增大。三类病险坝就是下游有居民点、学校、工矿、道路等基础设施，溃坝后可能影响人民群众生命安全的病险坝。

2.2 原因分析

(1)前期筛选坝址不当。因立项时对坝址筛选不深不细，导致部分坝在建设前坝址下游就有村庄等，由此形成的三类病险坝要占到一期维修三类病险坝总数的50%。另外，在一期除险加固中，有13座淤地坝背水坡脚存在渗水或滑坡现象，主要是由于坝基存在季节性泉眼或坝体范围内岸坡存在砂砾夹层等渗水地质构造，随着丰水季节到来或库内水位升高，坝体背水坡开始渗水，引起背水坡脚沉陷或滑塌，形成病险坝。

(2)施工设计存在缺陷。一是由于坝肩及马道没有布设排水沟，造成55座淤地坝坝肩及坝体存在较大的冲沟，且多数是因岸坡径流长期冲刷坝体而造成的。二是有48座淤地坝因涵管出口位置过高，加上混凝土热胀冷缩、冻融、两侧土体的冻胀、岸坡土压力、地基沉陷等外因作用，使涵管出口陡坡明渠遭到毁坏。此类病险数量仅次于坝体冲沟，但其安全威胁要远远大于坝体冲沟。三是因未把影响建筑物安全的岸坡或山体的削坡纳入质量控制体系，致使13座淤地坝存在卧管、涵管或溢洪道顶部岸坡或山体滑塌造成放水建筑物毁坏的情形。

(3)施工质量不达标。工程质量是淤地坝安全运行的根本保证，一期除险加固中，我们发现的质量问题主要集中在以下3个方面：①涵管质量问题。有23座淤地坝存在涵管裂缝或断裂、严重毁坏等情形，大部分是由于原黄河上中游试点单坝工程未设计涵管管床，当水位上升到一定程度后，引起涵管地基发生不均匀沉陷，导致涵管出现裂缝或断裂，进而完全丧失排水功能。还有一部分是基础处理不当、管材质量差、安装不符合规范等造成的。②卧管质量问题。有21座淤地坝存在卧管及消力池局部或全部毁坏等情形，大部分是由于施工质量太差所致，也有一小部分是由于卧管基础处理不到位、水流冲刷等原因所致。③土坝碾压质量问题。有35座淤地坝存在一定数量、大小和深度不一的坝体裂缝，其主要是由黄土的湿陷性而造成的，也有部分是由于坝体填筑时铺土过厚或压实度达不到规范要求(不小于1.55 t/m3)所致。

(4)运行管护不到位。三类病险坝中，其中一部分属于淤地坝修建在先，但由于对下游沟道的巡查、干预不及时，导致在洪水线范围内建村庄、建厂房、建交通设施，形成了三类病险坝。如经过定西市安定区响河沟流域出口的312国道，最低处与沟道高差不足1.5 m，致使流域内的郭川、牟家川、曹家湾、田家河等多座骨干坝变成了三类病险坝；庆城县莲池开发区的兴建，使上游的前山沟、宁洼沟、红土沟2#等多座骨干坝也变成了三类病险坝，对下游形成潜在威胁。另外，由于骨干坝坝体相对高大，坝面及两岸岸坡集流面大，每次降雨之后，细小的冲沟得不到及时夯填，时间一长，就会形成大冲沟，影响坝体安全。

3 淤地坝建设管理节点控制

(1)完善淤地坝的设计施工。一是在前期坝址勘查、筛选时，应注意加强对下游村庄等设施的勘查，防止淤地坝一立项就是三类病险坝的情况，同时探明坝址处的地质状况，避开存在渗水等不良地质状况的坝址。二是要在坝肩及马道上布设排水沟，没有布设的可通过适度开挖，再夯填，最后在坝肩及马道内侧配套排水沟等措施进行除险加固。有条件的地方主张采用预制U形槽，预制U形槽不仅安装方便，而且质量有保证，便于维护。对于个别岸坡或坝顶道路来水较多，对坝体或放水建筑物冲刷或毁坏严重，需要采取截流措施的病险坝，须修筑大尺寸的混凝土或浆砌石截水沟。三是在涵管设计时，只要地质条件允许，就将其放到沟道底部，尽可能避免设置陡坡明渠。另外，涵管位置越低死库容就越小，能够实现对库内滞洪水位的有效控制，可最大限度地减小防汛压力。

(2)严把工程质量关。一要严格控制土坝碾压质量。在碾压土坝坝体施工时，必须严格控制铺土厚度(机械碾压每层厚度不得超过25 cm，人工夯填每层厚度不得超过10 cm)、土壤最优含水量(不同土类最优含水量不同，应通过试验确定)、压实干容重等各项指标，确保坝体碾压质量达到设计要求。二要严格控制涵管施工质量。在涵管安装时，必须从地基选择、基础处理、管床钢筋砼浇筑、涵管接头处理及安装、涵管外部两侧三角支墩和截水环砼浇筑等各个环节严格控制质量，任一环节出现问题就可能给工程埋下安全隐患，导致涵管失去排水功能，甚至威胁到坝体的整体安全。三要严格控制卧管施工质量。在卧管施工时，也应从地基选择、基础处理、卧管钢筋砼浇筑、卧管节头承插缝处理、节头橡胶带止水等各个环节严格控制质量，防止卧管在日后的运行中遭到损坏。另外，我们在对坝体和放水建筑物进行质量控制的同时，必须把影响建筑物安全的岸坡或山体的削坡纳入质量控制体系，进行质量控制。不同土质的岸坡稳定性不同，一般黄土要求削坡比为1 ∶1，有条件的要削至1 ∶1.5以下，必要时还要进行开级，一般两台高差6～12 m，平台宽1.5～2.0 m。削坡开级后的坡面，必要时还要采取植物措施进行护坡。

(3)加强淤地坝运行管护。管护不到位是造成部分淤地坝坝体冲沟严重的主要原因。必须按照行政首长负责制和岗位责任制的要求，逐级落实行政责任人、部门责任人，逐坝落实管护人，将淤地坝的防汛责任和管护责任落到实处。同时，应加强管护巡查，防止后期形成三类病险坝。

4 建 议

(1)完善淤地坝相关规范。一是由于《水土保持综合治理技术规范 沟壑治理技术》(GB/T 16453.3—2008)、《水土保持治沟骨干工程技术规范》(SL 289—2003)等技术规范中没有排水沟设计内容，因此在技术规范中应补充完善排水沟设计章节，明确坝肩及马道排水沟结构型式、设计依据、标准等。二是技术规范对干容重的规定过于笼统(压实后不小于1.55 t/m3)，比较适合于黄壤土、黄黏土，而对沙壤土、沙土等自然干容重比较大的土类来说，压实度要求偏小，因此还应对不同土类的压实干容重做出不同规定。

(2)增加溢洪道设计及投资概算。此期除险加固中，对29座滞洪库容严重不足的病险坝和12个坝系的连环坝，采取了增设溢洪洞的除险措施。由于我省已建淤地坝中只有30座骨干坝(按照坝体、涵卧管、溢洪道三大件设计)和121座中型淤地坝(按照坝体、溢洪道两大件设计)设计有溢洪道，其余骨干坝和中型坝均采用坝体、涵卧管两大件设计，没有溢洪道，而在后期运行中实际淤积库容会超过设计淤积库容，致使滞洪库容越来越小，工程安全性能逐渐降低，特别是对于涵卧管丧失放水功能的坝及连环坝来说，安全隐患尤为严重。根据2013年调查结果，全省已经达到或超过淤积库容的骨干坝和中型坝已经达到227座，为总数的23%，且呈逐年增加趋势。因此，建议国家有关部门增加对未布设溢洪道淤地坝的投资概算，进行改造维修，增设溢洪道(洞)，确保工程安全、长效运行。

(3)加大新技术、新材料的推广应用。定西市安定区堡子川骨干坝建于1987年，运行已超过设计淤积年限，滞洪库容严重不足，浸润线过高，岸坡软弱，加之右岸坡来水冲刷，原布设的排水涵管多次断裂、多次维修，找不到有效整治办法。2011年采取了几项除险加固措施，终使险情得到了有效排除，具体为：①采用浆砌石泄洪渠拦截右岸山坡来水和道路来水；②修筑背水坡排水渠；③用φ800 HDPE塑钢缠绕管替代原预制砼涵管进行排水；④夯实回填坝体水毁区。借鉴此坝除险的成功经验，2012—2013年，在处理陡坡明渠毁坏、涵管断裂等险情时，特别是当其原状地基软弱或遭到破坏时，我们采用φ600～800 HDPE塑钢缠绕管替代原现浇砼明渠、预制砼涵管，包括在一些库容不足，需增设小断面溢洪道时，我们也尝试采用HDPE塑钢缠绕管泄洪，实施和运行效果都非常好。另外，在处理背水坡渗水或渗水造成滑坡时，我们借鉴水坠坝微孔波纹管排水的经验，采取开挖或清理软弱地基、铺设网状φ60 PE微孔波纹管排水，再覆土夯实的方法，同样取得了成功，这些技术和方法都值得大力推广。

(4)落实运行管护经费。多年来,淤地坝建成后管护经费的落实一直是困扰淤地坝管理的一大难题。截至目前，全省只有12个县落实了淤地坝岁修经费，18个县落实了淤地坝管护经费，其中有15个县将管护经费纳入县财政预算，但即使落实了岁修经费和管护经费的，也存在经费严重不足的情况。因此，建议淤地坝建设县切实履行好地方管护职责，把淤地坝管护经费纳入地方财政预算，实行一人一坝管护制，逐坝落实维修经费和管护人员报酬，这样才能为安全隐患的排查和整治提供强有力的资金保障，实现淤地坝安全生产“零事故”的目标。