关于岩口水库工程堰塞体初期改造与治理方案设计研究

罗思聪 LUO Si-cong

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

0 引言

岩口水库工程是一项重要的水利工程，但由于历史原因，其堰塞体存在较为严重的安全隐患。为了保障人民群众的生命财产安全，改造与治理岩口水库工程堰塞体已成为当务之急。本研究旨在通过对堰塞体初期改造与治理方案设计的研究，提出可行性方案，为岩口水库工程堰塞体的安全稳定运行提供有力支撑，具有重要的现实意义和应用价值。

1 工程概况

岩口水库是一类大型综合利用工程，集防洪、供水、灌溉和发电于一体，具有极高的综合利用价值。该项目包括一期工程和一期引水工程，总库容高达1.17 亿立方米。水库枢纽由面板堆石坝、左岸泄洪洞、右岸泄洪洞、右岸取水及发电引水、生态发电站等一系列重要结构组成。特别值得一提的是，面板堆石坝是在1996年印江岩口“9·18”特大泥石流堆积体基础上加高、加固而成，最高可达68 米，是一项具有特殊意义的支挡结构。

目前，这个工程项目正处于规模论证阶段。本文将重点介绍堰塞体改建治理方案设计的研究内容，为您详细解析这一工程项目的初期改造与治理方案设计的工程概况。通过深入研究和分析，期望能够为岩口水库工程的进一步发展提供有力的理论支持和实践指导。

2 堰塞湖形成的原因、 特点概述与前期抢险应急治理简介

2.1 堰塞体概况

在1996年9月18 日晚上10 点左右，贵州省铜仁市印江县的印江河左岸的岩口河段发生了一起巨大的牵引式深层基岩滑坡。这次滑坡的滑体从海拔670 米的斜坡上迅速冲入海拔474 米的河谷中，体积大约为260 万立方米。这个滑体形成了高51.4 米的天然堆石坝体，并导致堰塞湖的水深达到42.24 米，库容为3821 万立方米。最高淹没水位达到516.44 米，这起事件不仅堵塞了印江河，还阻断了印（江）—松（桃）公路。这次滑坡对上游的朗溪集镇以及周边的4 个村庄造成了严重的影响，共有8655 人受灾。此外，还有98.67 公顷（1480 亩）的耕地、7058 间房屋以及装机容量为1260 千瓦的犀牛洞电站被淹没。更令人担忧的是，这次滑坡还威胁到印江县城、13 个村庄以及邻县的52000 名居民的生命和财产安全。根据《堰塞湖风险等级划分标准》SL450-2009 的规定，该堰塞湖被划分为“高度危险”、“极端”级别的堰塞湖。考虑到其灾害程度和灾情严重程度，堰塞湖被列为最危险的一级。

2.2 成因分析

堰塞体是一种由堆积物、岩石等天然物质在河流、山谷等地形中形成的天然或人工堆积体。边坡地形地貌条件是堰塞体形成的重要因素之一。陡峭的边坡和狭窄的河谷有利于堰塞体的形成。在这种地形条件下，大量的物质容易在短时间内积累并堵塞河道，形成堰塞体。在这种结构下，上层硬土层能够承受较大的压力，而下层软土层则容易发生塑性变形。当上层硬土层发生破坏时，下层软土层会迅速发生塑性变形，导致大量的土石物质滑落并形成堰塞体。大量的降雨会导致土壤饱和，降低土壤的强度，使得土石物质容易发生滑坡和崩塌，进而形成堰塞体。过度的开采、挖掘等工程活动会破坏边坡的稳定性，导致土石物质滑落并形成堰塞体。因此，边坡地形地貌条件、坡体结构特征、雨量丰富以及人类工程活动都是堰塞体形成的重要因素。对于堰塞体的成因分析，需要综合考虑这些因素，并采取相应的措施来预防和控制堰塞体的形成。

2.3 工程地质评价

通过对钻孔资料的深入分析，了解到岩口水库工程堰塞体的地质特征。在高度501 至506 米的上部，堰塞体主要由块石构成，间杂少量的细砂。在相同高度的下部，主要由细砂构成，夹杂少量的块石。而在堰塞体底部，即高度471.3 至472.8 米以下的部分，为厚度2.7 至4.0 米的漂卵石层，主要由灰岩、白云岩、砂岩等构成，磨圆度良好。进一步的研究表明，该坝基岩体属于弱风化、新岩体，已经满足了堆石物料的强度需求，因此初步判断该坝体目前处于良好的稳定状态。然而，坝基岩体的压缩强度和变形模量之间存在一定差异，这可能导致地基不均匀变形的情况。为避免这种情况，对可能出现的岩溶裂缝应采取相应的防渗措施。此外，由于该河段的岩石受风化卸荷影响较大，因此需要采取合理的控制措施。鉴于堰塞体物质成分复杂、松散块石多、孔隙率大、局部悬空等特点，建议利用现有堰塞大坝作为岩口堆石料坝下游堆石区，同时在上游堆石区进行新坝的加高和扩建工程，以确保设计要求的实现。

2.4 前期抢险应急治理简介

在岩口水库坝体的初期改建及加固方案设计研究中，前期抢险救灾工作被划分为“应急整治”和“总体治理”两个阶段，并进行了初步探讨。主要治理措施包括开挖两个泄洪洞、整治滑坡体以及左岸边坡的整治。

在堰塞坝治理工程中，坝顶高程为528 米，坝顶长130 米，平均宽度43.5 米，最大坝高53.8 米，上游和下游坝坡比均为1:3。在511 米上游边坡处，采用干砌块石护坡，并在其上加装混凝土预制块，同时在511 米高度布置马道。在S303 省道下游斜坡上，修建一条上坡马道（S303省道），在490 米海拔处安装一个宽18 米的棱体，在480米海拔处布置一个宽10 米的平台。下游坡面同样采用干砌块石护坡。

对于导泄洪洞，左岸1 号导流泄洪洞进水口高程为482 米，门洞式，完成断面9 米×10 米，全长715 米。该项目于1996年11月动工，1997年4月在进水口处进行海底岩塞爆破，2000年5月完工。2 号导流泄洪洞为高482 米的闸门洞隧洞，横截面7 米×7 米×679 米。钻探工作于1997年2月开始，2000年3月完成。3 号泄洪洞进水口高程511 米，采用城门洞型式，横截面5 米×7.4 米，总长度211 米。该工程于1996年10月动工，1997年5月完工。在左岸边坡治理中，采用爆破法拆除斜坡上的危岩体，并对滑坡残余体设置I、II 类防滑支挡结构。通过前期抢险应急治理，岩口水库工程堰塞体改造与治理方案设计研究取得了显著成果，为后续工程治理提供了有力保障。

3 永久整治工作的紧迫性和必要性

3.1 保障上游朗溪镇社会稳定，化解洪水威胁的紧迫任务

确保上游朗溪镇社会稳定、化解洪水威胁，是永久整治工作中的紧迫任务。通过加强防洪措施、改善排水系统、加强监测预警等手段，有效减少洪灾风险，保障居民生命财产安全，维护社会秩序和谐稳定。这不仅是当前急需解决的问题，也是对未来可持续发展的重要基础，具有极高的必要性和紧迫性[1]。

3.2 增强印江县城下游的防洪能力，确保居民生命安全的紧迫需求

随着气候变化和城市发展，洪水威胁日益加剧，而下游地区更容易受到洪水影响。因此，加强防洪工程建设、完善排水系统、提高应急响应能力等措施势在必行。只有加强防洪能力，才能有效减少洪灾风险，最大限度地保护居民生命和财产安全[2]。这不仅是眼下亟需解决的问题，更关乎地方社会稳定和经济可持续发展。因此，增强印江县城下游的防洪能力，确保居民生命安全，是当前永久整治工作中的紧迫需求和重要任务。

3.3 建立黔东北地区供水安全保障体系，解决工程性缺水问题的紧迫任务

黔东北地区是我国重要的农业和工业基地，水资源供应对其发展至关重要。然而，该地区存在工程性缺水问题，影响了供水安全。通过永久整治工作，可以改善水库的供水功能，确保水资源的合理调配和利用，从而建立黔东北地区供水安全保障体系，解决工程性缺水问题[3]。这对于保障地区的经济发展和居民生活水平具有重要意义。

4 堰塞体初期改造与治理方案设计

在岩口水库工程中，堰塞体的初期形态是由滑坡引发的灰岩块石的堆积物。这种自然形成的堰塞体在结构上相当于一种硬岩堆石坝。考虑到这一特点，提出了基于现有堰塞体的改造方案：通过加高、加固和防渗处理，将其转变为一座符合工程需求的堆石坝。此举不仅能够大幅度减少工程投资，还能有效缩短建设工期。在具体的设计方案中，综合考量了工程特色、预算限制和施工时间等因素，决定在原堰塞体的基础上进行改建。改建的核心差异在于坝身防渗体系的选择，常见的有黏土斜墙堆石坝、混凝土面板堆石坝以及混凝土防渗心墙堆石坝等三种坝型。

针对岩口水库工程区域内地基岩石大面积裸露、防渗土料稀缺的实际情况，选择了混凝土面板堆石坝和混凝土防渗心墙堆石坝两种坝型进行深入的方案比选。这两种坝型均能有效克服地基渗漏问题，且适应于当地地质条件，有利于保障水库工程的长期稳定运行。

4.1 混凝土面板堆石坝方案

在混凝土面板堆石坝方案中，计划从坝体上游缘起，采用1:3 的坡比填筑至坝顶541.00 米，并在填筑材料上游增设面板、趾板及缝间止水体系。同时，提出了一种新的设计方案，即采用1:2 的坡比。坝顶全长224.80 米，坝顶高程为541.00 米，防浪墙顶部高程为542.20 米，坝顶宽度为10.0 米，趾板最低挖深473.00 米，坝高68.00 米。

为了改善上坝路条件，对上坝路进行了部分改建。具体措施是在高程528.00 米至坝下游路段采用S303 省道，并在高程528.00 米至坝顶之间修建一条宽度为8.0 米、坡度为8%的上坝路，与原有S303 省道无缝对接。部分路段的坡比宜采用1:3.0。

为确保大坝的防渗效果，采取了钢筋砼面板、趾板、缝间止水体系和防渗帷幕等措施。在趾板布置方面，河床与两侧坝肩部分的趾板位于弱风化区的上部，而强风化区则位于其下部。在趾板下方，埋设Φ25 锚索，并进行固结注浆及帷幕注浆，帷幕注浆深度达到较弱水土层5.0 米，两侧各设一平注浆洞口，自坝一端向山中延伸约65 米。

针对面板的设计，在面板的上游设置了铺盖区和盖重区。该区域的顶面高度为502.00 米，顶面宽度为3.0 米，从下往上逐步增厚，面板的上游坡度分别为1:2.0 和1:2.5。面板厚度为0.30-0.60 米，采用钢筋砼结构。在面板的下游设置了特别垫层区、过渡区、主堆石区、原滑坡堆积体区和原的大块石抛填棱体区。同时，在下游坝坡528.00 至541.00 米范围内新建了0.6 米厚的干式碎石护砌护坡。

典型的大坝剖面如图1 所示。

4.2 混凝土防渗心墙堆石坝方案

针对坝体防渗心墙，提出了一种以坝体上缘为起点，按1:3 的坡比进行坝体高541.00 米的坝体，并在坝体轴线处设置混凝土防渗心墙。在新填料与原有堰塞之间设置了心墙。坝顶全长224.80 米，坝顶541.00 米，防浪墙顶部542.20 米，坝顶宽10.0 米，最高坝高68.00 米。上游坝坡坡比为1:2.0，在0.2 米的基础上，设置了一道厚度为0.2 米的混凝土面板，并在此基础上设置0.4 米厚的碎石垫层。

在原上坝路S303 省道的基础上，对其进行了局部改建。其中，在高528.00 米至坝下游路段，采用原有的S303省道，在高程528.00 米-坝顶之间修建一条新的上坝路，与原有的S303 省道进行无缝对接，路基宽度8.0 米，坡度为8%。部分路段的坡比宜采用1:3.0。

为实现全封闭控制，采取了砼防渗心墙+防渗帷幕的结合型式。在坝体轴线方向上，设置了一道长216.28 米的混凝土防渗心墙。墙厚按B=H/J 计算，墙的最大工作水头H=67.47m，墙的允许水力坡降J 允=50～60，结合估算结果、国内类似工程经验，墙厚取1.2m。墙底切割穿过滑坡堆积物及河床冲积层，直贯至基岩1 米左右，河床段心墙底高467.90 米；在大坝基础和坝肩岩心两侧各设1 道孔距1.5 米的不透水帷幕。在两侧各有一块平坦的注浆洞口，从坝的一端一直向山中延伸大约65.0 米。帷幕底至较弱水（q=5Lu）5.0 米，河床段为434.50 米，防渗墙底部及左右两侧均有帷幕。

大坝剖面如图2 所示。

图2 混凝土防渗心墙堆石坝典型剖面图

4.3 确定治理方案

在岩口水库工程中，首先对堰塞体所在地的地形地质条件进行了详细勘察。考虑到堰塞体物质组成复杂、均一性差、孤块石含量高、孔隙率大、局部架空等特点，需要对地质条件进行充分分析，以确定合适的治理方案。

在材料选择方面，对混凝土面板堆石坝方案和混凝土防渗心墙坝方案进行了比较。虽然混凝土面板堆石坝方案的投资略高于混凝土防渗心墙坝方案，但其投资差距所占工程总投资比例较小。同时，混凝土面板堆石坝在施工过程中不确定因素较少，施工工期保证率较高。在施工总布置和工程占地方面，对混凝土面板堆石坝方案和混凝土防渗心墙坝方案进行了对比。混凝土面板堆石坝方案在施工总布置和工程占地方面具有一定的优势[4]。在环境影响方面，对混凝土面板堆石坝方案和混凝土防渗心墙坝方案进行了评估。混凝土面板堆石坝方案在环境影响方面较小。在工程安全方面，对混凝土面板堆石坝方案和混凝土防渗心墙坝方案进行了分析。混凝土面板堆石坝方案在施工过程中安全性较高，且在运行期中一旦发生渗漏，较容易查明渗漏部位，检修难度较小。因此最终选定了混凝土面板堆石坝方案。

5 结语

通过对岩口水库工程堰塞体初期改造与治理方案设计的研究，笔者深刻认识到解决洪水威胁和供水安全问题的紧迫性和必要性。在此基础上，对混凝土面板堆石坝方案和混凝土防渗心墙堆石坝方案进行比选，并最终确定了治理方案。这将为保障周边地区社会稳定、居民生命安全和解决供水问题提供重要参考，推动岩口水库工程的永久整治工作迈出坚实的一步。