關于巖口水庫工程堰塞體初期改造與治理方案設計研究

羅思聰 LUO Si-cong

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

巖口水庫工程是一項重要的水利工程，但由于歷史原因，其堰塞體存在較為嚴重的安全隱患。為了保障人民群眾的生命財產安全，改造與治理巖口水庫工程堰塞體已成為當務之急。本研究旨在通過對堰塞體初期改造與治理方案設計的研究，提出可行性方案，為巖口水庫工程堰塞體的安全穩定運行提供有力支撐，具有重要的現實意義和應用價值。

1 工程概況

巖口水庫是一類大型綜合利用工程，集防洪、供水、灌溉和發電于一體，具有極高的綜合利用價值。該項目包括一期工程和一期引水工程，總庫容高達1.17 億立方米。水庫樞紐由面板堆石壩、左岸泄洪洞、右岸泄洪洞、右岸取水及發電引水、生態發電站等一系列重要結構組成。特別值得一提的是，面板堆石壩是在1996年印江巖口“9·18”特大泥石流堆積體基礎上加高、加固而成，最高可達68 米，是一項具有特殊意義的支擋結構。

目前，這個工程項目正處于規模論證階段。本文將重點介紹堰塞體改建治理方案設計的研究內容，為您詳細解析這一工程項目的初期改造與治理方案設計的工程概況。通過深入研究和分析，期望能夠為巖口水庫工程的進一步發展提供有力的理論支持和實踐指導。

2 堰塞湖形成的原因、 特點概述與前期搶險應急治理簡介

2.1 堰塞體概況

在1996年9月18 日晚上10 點左右，貴州省銅仁市印江縣的印江河左岸的巖口河段發生了一起巨大的牽引式深層基巖滑坡。這次滑坡的滑體從海拔670 米的斜坡上迅速沖入海拔474 米的河谷中，體積大約為260 萬立方米。這個滑體形成了高51.4 米的天然堆石壩體，并導致堰塞湖的水深達到42.24 米，庫容為3821 萬立方米。最高淹沒水位達到516.44 米，這起事件不僅堵塞了印江河，還阻斷了印（江）—松（桃）公路。這次滑坡對上游的朗溪集鎮以及周邊的4 個村莊造成了嚴重的影響，共有8655 人受災。此外，還有98.67 公頃（1480 畝）的耕地、7058 間房屋以及裝機容量為1260 千瓦的犀牛洞電站被淹沒。更令人擔憂的是，這次滑坡還威脅到印江縣城、13 個村莊以及鄰縣的52000 名居民的生命和財產安全。根據《堰塞湖風險等級劃分標準》SL450-2009 的規定，該堰塞湖被劃分為“高度危險”、“極端”級別的堰塞湖。考慮到其災害程度和災情嚴重程度，堰塞湖被列為最危險的一級。

2.2 成因分析

堰塞體是一種由堆積物、巖石等天然物質在河流、山谷等地形中形成的天然或人工堆積體。邊坡地形地貌條件是堰塞體形成的重要因素之一。陡峭的邊坡和狹窄的河谷有利于堰塞體的形成。在這種地形條件下，大量的物質容易在短時間內積累并堵塞河道，形成堰塞體。在這種結構下，上層硬土層能夠承受較大的壓力，而下層軟土層則容易發生塑性變形。當上層硬土層發生破壞時，下層軟土層會迅速發生塑性變形，導致大量的土石物質滑落并形成堰塞體。大量的降雨會導致土壤飽和，降低土壤的強度，使得土石物質容易發生滑坡和崩塌，進而形成堰塞體。過度的開采、挖掘等工程活動會破壞邊坡的穩定性，導致土石物質滑落并形成堰塞體。因此，邊坡地形地貌條件、坡體結構特征、雨量豐富以及人類工程活動都是堰塞體形成的重要因素。對于堰塞體的成因分析，需要綜合考慮這些因素，并采取相應的措施來預防和控制堰塞體的形成。

2.3 工程地質評價

通過對鉆孔資料的深入分析，了解到巖口水庫工程堰塞體的地質特征。在高度501 至506 米的上部，堰塞體主要由塊石構成，間雜少量的細砂。在相同高度的下部，主要由細砂構成，夾雜少量的塊石。而在堰塞體底部，即高度471.3 至472.8 米以下的部分，為厚度2.7 至4.0 米的漂卵石層，主要由灰巖、白云巖、砂巖等構成，磨圓度良好。進一步的研究表明，該壩基巖體屬于弱風化、新巖體，已經滿足了堆石物料的強度需求，因此初步判斷該壩體目前處于良好的穩定狀態。然而，壩基巖體的壓縮強度和變形模量之間存在一定差異，這可能導致地基不均勻變形的情況。為避免這種情況，對可能出現的巖溶裂縫應采取相應的防滲措施。此外，由于該河段的巖石受風化卸荷影響較大，因此需要采取合理的控制措施。鑒于堰塞體物質成分復雜、松散塊石多、孔隙率大、局部懸空等特點，建議利用現有堰塞大壩作為巖口堆石料壩下游堆石區，同時在上游堆石區進行新壩的加高和擴建工程，以確保設計要求的實現。

2.4 前期搶險應急治理簡介

在巖口水庫壩體的初期改建及加固方案設計研究中，前期搶險救災工作被劃分為“應急整治”和“總體治理”兩個階段，并進行了初步探討。主要治理措施包括開挖兩個泄洪洞、整治滑坡體以及左岸邊坡的整治。

在堰塞壩治理工程中，壩頂高程為528 米，壩頂長130 米，平均寬度43.5 米，最大壩高53.8 米，上游和下游壩坡比均為1:3。在511 米上游邊坡處，采用干砌塊石護坡，并在其上加裝混凝土預制塊，同時在511 米高度布置馬道。在S303 省道下游斜坡上，修建一條上坡馬道（S303省道），在490 米海拔處安裝一個寬18 米的棱體，在480米海拔處布置一個寬10 米的平臺。下游坡面同樣采用干砌塊石護坡。

對于導泄洪洞，左岸1 號導流泄洪洞進水口高程為482 米，門洞式，完成斷面9 米×10 米，全長715 米。該項目于1996年11月動工，1997年4月在進水口處進行海底巖塞爆破，2000年5月完工。2 號導流泄洪洞為高482 米的閘門洞隧洞，橫截面7 米×7 米×679 米。鉆探工作于1997年2月開始，2000年3月完成。3 號泄洪洞進水口高程511 米，采用城門洞型式，橫截面5 米×7.4 米，總長度211 米。該工程于1996年10月動工，1997年5月完工。在左岸邊坡治理中，采用爆破法拆除斜坡上的危巖體，并對滑坡殘余體設置I、II 類防滑支擋結構。通過前期搶險應急治理，巖口水庫工程堰塞體改造與治理方案設計研究取得了顯著成果，為后續工程治理提供了有力保障。

3 永久整治工作的緊迫性和必要性

3.1 保障上游朗溪鎮社會穩定，化解洪水威脅的緊迫任務

確保上游朗溪鎮社會穩定、化解洪水威脅，是永久整治工作中的緊迫任務。通過加強防洪措施、改善排水系統、加強監測預警等手段，有效減少洪災風險，保障居民生命財產安全，維護社會秩序和諧穩定。這不僅是當前急需解決的問題，也是對未來可持續發展的重要基礎，具有極高的必要性和緊迫性[1]。

3.2 增強印江縣城下游的防洪能力，確保居民生命安全的緊迫需求

隨著氣候變化和城市發展，洪水威脅日益加劇，而下游地區更容易受到洪水影響。因此，加強防洪工程建設、完善排水系統、提高應急響應能力等措施勢在必行。只有加強防洪能力，才能有效減少洪災風險，最大限度地保護居民生命和財產安全[2]。這不僅是眼下亟需解決的問題，更關乎地方社會穩定和經濟可持續發展。因此，增強印江縣城下游的防洪能力，確保居民生命安全，是當前永久整治工作中的緊迫需求和重要任務。

3.3 建立黔東北地區供水安全保障體系，解決工程性缺水問題的緊迫任務

黔東北地區是我國重要的農業和工業基地，水資源供應對其發展至關重要。然而，該地區存在工程性缺水問題，影響了供水安全。通過永久整治工作，可以改善水庫的供水功能，確保水資源的合理調配和利用，從而建立黔東北地區供水安全保障體系，解決工程性缺水問題[3]。這對于保障地區的經濟發展和居民生活水平具有重要意義。

4 堰塞體初期改造與治理方案設計

在巖口水庫工程中，堰塞體的初期形態是由滑坡引發的灰巖塊石的堆積物。這種自然形成的堰塞體在結構上相當于一種硬巖堆石壩。考慮到這一特點，提出了基于現有堰塞體的改造方案：通過加高、加固和防滲處理，將其轉變為一座符合工程需求的堆石壩。此舉不僅能夠大幅度減少工程投資，還能有效縮短建設工期。在具體的設計方案中，綜合考量了工程特色、預算限制和施工時間等因素，決定在原堰塞體的基礎上進行改建。改建的核心差異在于壩身防滲體系的選擇，常見的有黏土斜墻堆石壩、混凝土面板堆石壩以及混凝土防滲心墻堆石壩等三種壩型。

針對巖口水庫工程區域內地基巖石大面積裸露、防滲土料稀缺的實際情況，選擇了混凝土面板堆石壩和混凝土防滲心墻堆石壩兩種壩型進行深入的方案比選。這兩種壩型均能有效克服地基滲漏問題，且適應于當地地質條件，有利于保障水庫工程的長期穩定運行。

4.1 混凝土面板堆石壩方案

在混凝土面板堆石壩方案中，計劃從壩體上游緣起，采用1:3 的坡比填筑至壩頂541.00 米，并在填筑材料上游增設面板、趾板及縫間止水體系。同時，提出了一種新的設計方案，即采用1:2 的坡比。壩頂全長224.80 米，壩頂高程為541.00 米，防浪墻頂部高程為542.20 米，壩頂寬度為10.0 米，趾板最低挖深473.00 米，壩高68.00 米。

為了改善上壩路條件，對上壩路進行了部分改建。具體措施是在高程528.00 米至壩下游路段采用S303 省道，并在高程528.00 米至壩頂之間修建一條寬度為8.0 米、坡度為8%的上壩路，與原有S303 省道無縫對接。部分路段的坡比宜采用1:3.0。

為確保大壩的防滲效果，采取了鋼筋砼面板、趾板、縫間止水體系和防滲帷幕等措施。在趾板布置方面，河床與兩側壩肩部分的趾板位于弱風化區的上部，而強風化區則位于其下部。在趾板下方，埋設Φ25 錨索，并進行固結注漿及帷幕注漿，帷幕注漿深度達到較弱水土層5.0 米，兩側各設一平注漿洞口，自壩一端向山中延伸約65 米。

針對面板的設計，在面板的上游設置了鋪蓋區和蓋重區。該區域的頂面高度為502.00 米，頂面寬度為3.0 米，從下往上逐步增厚，面板的上游坡度分別為1:2.0 和1:2.5。面板厚度為0.30-0.60 米，采用鋼筋砼結構。在面板的下游設置了特別墊層區、過渡區、主堆石區、原滑坡堆積體區和原的大塊石拋填棱體區。同時，在下游壩坡528.00 至541.00 米范圍內新建了0.6 米厚的干式碎石護砌護坡。

典型的大壩剖面如圖1 所示。

4.2 混凝土防滲心墻堆石壩方案

針對壩體防滲心墻，提出了一種以壩體上緣為起點，按1:3 的坡比進行壩體高541.00 米的壩體，并在壩體軸線處設置混凝土防滲心墻。在新填料與原有堰塞之間設置了心墻。壩頂全長224.80 米，壩頂541.00 米，防浪墻頂部542.20 米，壩頂寬10.0 米，最高壩高68.00 米。上游壩坡坡比為1:2.0，在0.2 米的基礎上，設置了一道厚度為0.2 米的混凝土面板，并在此基礎上設置0.4 米厚的碎石墊層。

在原上壩路S303 省道的基礎上，對其進行了局部改建。其中，在高528.00 米至壩下游路段，采用原有的S303省道，在高程528.00 米-壩頂之間修建一條新的上壩路，與原有的S303 省道進行無縫對接，路基寬度8.0 米，坡度為8%。部分路段的坡比宜采用1:3.0。

為實現全封閉控制，采取了砼防滲心墻+防滲帷幕的結合型式。在壩體軸線方向上，設置了一道長216.28 米的混凝土防滲心墻。墻厚按B=H/J 計算，墻的最大工作水頭H=67.47m，墻的允許水力坡降J 允=50～60，結合估算結果、國內類似工程經驗，墻厚取1.2m。墻底切割穿過滑坡堆積物及河床沖積層，直貫至基巖1 米左右，河床段心墻底高467.90 米；在大壩基礎和壩肩巖心兩側各設1 道孔距1.5 米的不透水帷幕。在兩側各有一塊平坦的注漿洞口，從壩的一端一直向山中延伸大約65.0 米。帷幕底至較弱水（q=5Lu）5.0 米，河床段為434.50 米，防滲墻底部及左右兩側均有帷幕。

大壩剖面如圖2 所示。

圖2 混凝土防滲心墻堆石壩典型剖面圖

4.3 確定治理方案

在巖口水庫工程中，首先對堰塞體所在地的地形地質條件進行了詳細勘察。考慮到堰塞體物質組成復雜、均一性差、孤塊石含量高、孔隙率大、局部架空等特點，需要對地質條件進行充分分析，以確定合適的治理方案。

在材料選擇方面，對混凝土面板堆石壩方案和混凝土防滲心墻壩方案進行了比較。雖然混凝土面板堆石壩方案的投資略高于混凝土防滲心墻壩方案，但其投資差距所占工程總投資比例較小。同時，混凝土面板堆石壩在施工過程中不確定因素較少，施工工期保證率較高。在施工總布置和工程占地方面，對混凝土面板堆石壩方案和混凝土防滲心墻壩方案進行了對比。混凝土面板堆石壩方案在施工總布置和工程占地方面具有一定的優勢[4]。在環境影響方面，對混凝土面板堆石壩方案和混凝土防滲心墻壩方案進行了評估。混凝土面板堆石壩方案在環境影響方面較小。在工程安全方面，對混凝土面板堆石壩方案和混凝土防滲心墻壩方案進行了分析。混凝土面板堆石壩方案在施工過程中安全性較高，且在運行期中一旦發生滲漏，較容易查明滲漏部位，檢修難度較小。因此最終選定了混凝土面板堆石壩方案。

5 結語

通過對巖口水庫工程堰塞體初期改造與治理方案設計的研究，筆者深刻認識到解決洪水威脅和供水安全問題的緊迫性和必要性。在此基礎上，對混凝土面板堆石壩方案和混凝土防滲心墻堆石壩方案進行比選，并最終確定了治理方案。這將為保障周邊地區社會穩定、居民生命安全和解決供水問題提供重要參考，推動巖口水庫工程的永久整治工作邁出堅實的一步。