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淤地坝除险加固工程实践与思考
吕梁地处晋西黄土高原,生态脆弱,沟壑纵横,缺林少绿,土地贫瘠,干旱缺水,全市13个县(市、区)中有10个是国家划定的水土流失严重县,是全国水土流失最为严重的地区之一。全市水土流失面积14 691 km2,占全市国土总面积的69.6%,占全省水土流失总面积的13.6%。新中国成立以来,吕梁人民坚持不懈地开展水土保持生态建设,取得显著成绩,尤其是淤地坝,作为黄土高原地区小流域综合治理中的最后一道防线,起着滞洪拦泥、淤地造田、控制沟蚀等不可替代的作用。目前,全市的淤地坝数量达到12 221座(其中骨干坝308座、中型坝278座、小型坝11 635座)。
1淤地坝存在的问题
目前,全市库容在10万m3以上的大中型淤地坝绝大部分组成为大坝、放水建筑物“两大件”,有泄洪设施的很少,这些坝经过多年运行,老化失修,安全隐患严重,且部分坝下游有村庄及重要基础设施,防洪压力非常大,不满足水利部《关于进一步加强淤地坝等水土保持拦挡工程建设管理和安全运行的若干意见》(水保〔2010〕455号)文件要求。
1.1 浆砌石溢洪道质量有缺陷
受地形地质、技术水平、经济等条件限制,现有部分淤地坝在建坝时只按大坝、放水建筑物“两大件”考虑,造成后期修建溢洪道困难,部分工程虽有溢洪道,但单一浆砌石溢洪道在有些地方不满足运行需要,修了塌、塌了修的现象时有发生。究其原因:一是地质因素引起的损毁。二是设计有一定的缺陷。三是浆砌石施工质量达不到设计要求。四是地基超挖后有回填土现象。
1.2 淤面高于排洪渠底
当淤地坝达到或超过设计淤积高程后,为了保障淤地坝安全度汛,有些已经在坝的左岸或右岸开设临时排洪渠,但持续运行后,会出现淤面高、排洪渠底低的情况,若在排洪渠位置增设溢洪道,则会出现溢流堰顶高程低于现有淤积高程的情况。
1.3 涵洞不能正常出流
受地基的不均匀沉陷、有压过水等影响,部分淤地坝泄水涵洞出现刚性破坏,致使涵洞不能正常出流,形成病险淤地坝。
2淤地坝除险加固技术创新
针对淤地坝病险状况,吕梁市按照“因地制宜、安全第一、经济合理”的原则积极进行探索和实践,并取得显著成效。
2.1 将浆砌石溢洪道改为砼溢洪道
从2019年开始,山西省在淤地坝除险加固中针对浆砌石溢洪道存在的问题,将浆砌石溢洪道改为砼溢洪道,在实践中取得了良好的效果。
当淤地坝淤积库容未达到设计淤积高程需要增设溢洪道时,溢流堰顶在淤面或淤面以上的位置,这时可将浆砌石溢洪道改为砼溢洪道。
2.2 探索实施竖井式溢洪道
对一些地形条件不适宜修建开敞式溢洪道的淤地坝,大胆探索实施了竖井式溢洪道,即大竖井、大涵洞。2019年吕梁市率先设计了2座竖井式溢洪道,得到了山西省水利水保专家组的认同,省水利厅批准了设计方案,获准施工。
当两大件淤地坝的淤积库容已经超过设计淤积库容,库区和坝体有排洪渠且排洪渠底与淤面高差>3 m时,可在排洪渠位置修建竖井式溢洪道。
2.3 溢流堰顶低于淤面的溢洪道
当两大件淤地坝的淤积库容已经达到或超过设计淤积库容,库区和坝体已有排洪渠,排洪渠底与淤面高差<3 m,且在排洪渠位置修建溢洪道时可选用溢流堰顶低于淤面的溢洪道。
经在柳林县呼家圪台骨干坝除险加固设计中应用,下泄流量明显增大,滞洪库容明显减少,淤面以上水深明显减少,侧墙高度明显增加,除险加固后更加安全,其方法具有一定的推广价值[1]。
2.4 顶管穿越法修复水毁涵洞
2018年吕梁市率先进行了淤地坝水毁涵洞顶管穿越法试验,经省水利厅验收,达到了预期效果。淤地坝输水涵洞毁坏,通常采用坝体大开挖的方式进行修复,但这种修复方法存在三大问题:一是开挖工程量大,修复造价较高,不经济;二是施工期较长,影响已成坝地的耕作生产;三是在施工过程中存在安全隐患。顶管穿越是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术,为了快速、经济、有效地解决淤地坝输水涵洞损毁修复,以晋西黄土丘陵沟壑区柳林县杨家沟骨干坝为对象,引入顶管穿越技术,对涵洞损毁进行了修复试验,排除了病险情,保证了正常运行。顶管穿越最大特点是在施工过程中对地表扰动范围小,经济、环保。针对杨家沟骨干坝的具体情况,结合调研获得的相关参数,试验设计在46 m损毁涵洞内穿越内径Φ700螺旋焊管,连接消力池,穿管纵坡1/100;每节钢管长6.0 m,共8节;拱涵与螺旋焊管之间用M7.5水泥砂浆填至600 mm,剩余500 mm填入C25泵用砼。完成顶管并密封固定,待钢管替代涵洞正常输水运行时,拆除蓄水围堰,整理好坝坡。该方法比常规的大开挖法修复涵洞节约投资30%左右。专家组在审查淤地坝除险加固工程设计的会议上多次推荐。输水涵洞修复,采用大开挖法费时、费工、危险性大;运用顶管穿越技术修复,达到了省时、省工、危险性小的目的。总结两项修复技术,证明顶管穿越技术是修复淤地坝损毁涵洞的有效方法[2]。
文章来源:《吕梁教育学院学报》 网址: http://www.lljyxyxb.cn/qikandaodu/2021/0220/506.html
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