山丘區小型水庫壩坡沖刷原因及措施

陳會勝，趙玉承，莊新樂

（1.莒縣水利局，山東 莒縣 276500；2.山東濱海水利工程有限公司，山東 莒縣 276500；3.莒縣水利建筑安裝隊，山東 莒縣 276500）

莒縣現有小型水庫212座，其中小（1）型水庫21座，小（2）型水庫 191座，總庫容 8274 萬 m3，興利庫容4868萬m3。2018年莒縣年降水量達1060mm，局地短時強降雨2.5h達到199mm，遭受了自1974年、1998年以來最強降雨襲擊，水庫安全運行受到了極大的考驗，部分自建庫以來從未溢洪的小型水庫出現溢洪現象，個別小型水庫出現背水坡水沖溝、局部滑坡等輕微險情。針對這一情況，進行了認真的分析研究，及時制定維修養護方案，對水毀工程進行維修養護，取得了較好的效果。

1 山坡洪水沖刷壩坡原因

1.1 山坡洪水匯集壩頂，造成背水坡滑坡

山丘區小型水庫兩側壩端多連接至兩岸山坡，兩岸山坡高程較高，部分壩段還作為交通道路連接兩岸山坡，路長坡陡，遇到強降雨，兩岸山坡雨水通過兩岸道路短時間匯流到大壩壩頂上，沖刷壩坡；由于大壩壩頂路面平整，山坡洪水匯集到大壩壩頂后水流放緩，洪水中攜帶的泥沙沉積在大壩壩頂，致洪水水面抬升漫過壩頂路沿石，洪水散排（無組織排水）沖刷背水坡，造成背水坡坡面水沖溝，嚴重時發生滑坡現象。

1.2 雨水入滲沖刷，造成土石壩滑坡

產生土石壩滑坡的基本因素，實質上是滑動力的增加與抗滑力的不足。汛期雨水長期入滲，土壤含水量飽和，致使壩體或壩基內孔隙水壓力改變，改變了壩體抗滑力與滑動力的平衡，滑動力增加，抗滑力下降；遭遇短時強降雨，壩頂水流漫過路沿石直接沖刷壩坡，形成水沖溝，嚴重地導致壩體失穩滑坡。

1.3 水庫背水坡橫向排水溝設置不合理

水庫大壩壩頂排水口設計時，一般均未充分考慮壩端兩岸山坡匯水量，排水口對應排水溝間隔50m設置一處，間隔較大，在瞬時大量山洪匯聚壩頂的情況下，造成壩頂排水不暢，水面抬升漫過路沿石沖刷壩坡。

1.4 草皮護坡質量較差，造成水沖溝

小型水庫除險加固工程實施時，背水坡一般采用當地礫石、粗砂石、壤土等散狀材料壓實填筑，土質情況差、土壤貧瘠，不利于草皮生長。莒縣春旱、冬寒、土質差等原因，導致小型水庫背水坡草皮生長緩慢、質量較差。背水坡草皮質量差，不能有效地固土、防沖刷，遇到水流沖刷壩體時，極易形成水沖溝，嚴重時可能發生壩體滑坡。

2 主要措施

2.1 采取工程措施，阻斷壩端山坡洪水

一是對左右兩側壩端防汛路整修硬化，采用C25混凝土路面，增加左右兩側壩端的抗沖刷能力，防止雨水對坡面沖刷，減少來水中泥沙含量。

二是在路兩側設置排水溝，將可能匯入大壩壩頂的洪水向兩側排水溝分流，減少壩頂來水量。排水溝采用M10漿砌毛石砌筑，內側采用粗料石鑲面，排水溝溝底、溝頂均采用M15水泥砂漿抹面，排水溝尺寸為0.6m×0.6m（寬×深）。

三是在防汛路路面選擇合適的位置設置截水溝，將兩側山體匯集的雨水通過截水溝向兩側排水溝內分流，盡可能地減少壩頂來水量。截水溝頂部設雨水篦子，下部采用M10漿砌毛石砌筑。這樣通過防汛路硬化、路兩側設置排水溝、路面設置截水溝擋水坎等工程措施，實現了對山洪的有效攔截、層層分流，有效地減小了大壩壩頂的來水量，防止泥沙沉積壩頂，降低了背水坡出現沖溝、滑坡的可能性。

2.2 增加背水坡橫向排水溝數量，加大排水能力

《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》（SL189-2013）中規定橫向排水溝可50～100m設置一條；根據莒縣山丘區小型水庫實際情況，充分考慮山坡洪水來水量，應加大背水坡橫向排水溝密度，將橫向排水溝間距可調整為20～30m，同時增加排水溝寬度，增大排水溝排水能力，確保山洪能夠及時下泄，保證壩體安全。

2.3 抬高壩頂路沿石高度，加大擋水能力

壩頂路沿石主要作用是將壩頂洪水流約束導入排水溝內，使壩頂排水由散排（無組織排水）變為集中排水（有組織排水），防止水流沖刷壩坡。在項目實施中，將水庫壩頂路沿石外露面高度由5cm加大到8cm，同時對壩肩培土加固，增加路沿石的穩定性，增大路沿石攔截洪水能力。

3 結語

山丘區小型水庫大壩壩頂多連接兩岸山坡，遭遇短時強降雨山坡易形成較大水流直接匯流至大壩壩頂，易造成泥沙淤積、水面抬升漫過壩頂路沿石，導致雨水散排（無組織排水）沖刷背水坡，對水庫背坡壩體造成沖刷、滑坡等危害，影響水庫大壩安全運行。莒縣針對山坡洪水的處理方案較好地解決了這一難題，值得在山丘區小型水庫除險加固、維修養護等工程中推廣應用。