新疆皮山縣波斯干水庫除險(xiǎn)加固壩體方案的分析與確定

王 勇

（新疆奎屯農(nóng)七師勘測設(shè)計(jì)研究院（有限公司） 新疆奎屯 833200）

1 波斯干水庫概況

波斯干水庫是普斯開河出山口上游7 km處的一座山區(qū)攔河水庫，承擔(dān)著普斯開河下游防洪任務(wù)，其保護(hù)對象為保護(hù)桑株鄉(xiāng)10隊(duì)、20隊(duì)的人口約1500人，保護(hù)農(nóng)田200 hm2，同時(shí)承擔(dān)了下游灌區(qū)302 hm2農(nóng)田的灌溉任務(wù)，水庫主要由大壩、泄洪涵洞、放水涵洞、放水渠等建筑物組成。

2 水庫現(xiàn)狀存在的主要問題

根據(jù)水庫運(yùn)行情況和大壩隱患勘察結(jié)果分析，波斯干水庫存在以下病險(xiǎn)問題：

（1）水庫淤積嚴(yán)重：水庫歷經(jīng)30余年運(yùn)行，加之普斯開河流域上游植被差，水土流失嚴(yán)重，水庫淤積逐年增加，現(xiàn)已淤積128.83萬m3左右，壩前淤積厚度最大達(dá)13 m,是低液限粉土層。

（2）壩頂填筑質(zhì)量差：波斯干水庫未進(jìn)行正規(guī)勘測設(shè)計(jì)，施工采用水力沖填的方法進(jìn)行填筑，壩體填料不密實(shí)，中等透水性，部分壩段出現(xiàn)連續(xù)分布的小型沖溝，危及大壩安全。

（3）壩體、壩基結(jié)合處滲透破壞嚴(yán)重：壩體填筑時(shí)未進(jìn)行壩肩和壩基的清基處理及防止?jié)B透破壞的工程處理，現(xiàn)已表現(xiàn)出壩基滲透破壞現(xiàn)象。

（4）抗洪能力不夠：水庫大壩的實(shí)際抗洪能力小于300年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，連30年一遇的設(shè)計(jì)洪水也無法抗御，防洪不安全，大壩曾多次出現(xiàn)險(xiǎn)情。

（5）壩基滲透不穩(wěn)定：經(jīng)分析計(jì)算壩基滲透不穩(wěn)定。

3 除險(xiǎn)加固的必要性和迫切性

（1）波斯干水庫是桑株鄉(xiāng)10隊(duì)、20隊(duì)灌區(qū)的生命線，是該灌區(qū)的唯一水源，春季兩隊(duì)302 hm2耕地的灌溉完全依賴水庫調(diào)節(jié)。

（2）波斯干水庫目前存在的防洪安全問題，已嚴(yán)重威脅工程的安全和水庫效益的正常發(fā)揮。灌區(qū)耕地位于河槽中，水庫下游河道兩岸人口密集，河道已無排洪通道，已被耕地和居民地所占。自工程投入運(yùn)行以來幾乎年年抗洪搶險(xiǎn)，水庫長期帶病運(yùn)行。

（3）波斯干水庫淤積嚴(yán)重，現(xiàn)僅有庫容21.17萬m3，又是桑株鄉(xiāng)的唯一水源，已無法滿足下游灌溉需要,必須進(jìn)行除險(xiǎn)加固，達(dá)到原設(shè)計(jì)蓄水位相應(yīng)300萬m3庫容的要求。

（4）波斯干水庫的除險(xiǎn)加固是維護(hù)和田地區(qū)社會政治穩(wěn)定的需要。

（5）水庫的除險(xiǎn)加固無論在防洪保安上、還是在灌溉增效上對皮山縣都具有極大的意義，因此該水庫的除險(xiǎn)加固是非常必要的，亦是可行的。

4 除險(xiǎn)加固的工程措施

針對水庫存在的問題和大壩安全評價(jià)，建議加固除險(xiǎn)，波斯干水庫除險(xiǎn)加固采取主要工程措施如下：

（1）壩體加高：水庫大壩0-010～0+410壩頂高程由現(xiàn)1886.72～1888.49 m加高至1889.00 m。

（2）新建混凝土防浪護(hù)坡410 m：0-030～0+380新建混凝土護(hù)坡，護(hù)坡厚度0.15m，沿坡長每2.5 m分縫，水平方向每3 m分縫，錯(cuò)縫布置，縫寬8 mm。護(hù)坡下鋪設(shè)土工膜，膜下鋪設(shè)20 cm砂礫石墊層。

（3）新建壩頂蓋面410 m：0-030～0+380，路寬5 m，蓋面材料采用泥結(jié)碎石。

（4）新建槽孔混凝土防滲墻410 m，0-030～0+380，防滲墻厚度0.3 m。

5 壩體方案比選

5.1 壩體加高和清淤方案比選

波斯干水庫由于多年淤積，現(xiàn)有庫容僅剩21.17萬m3，要恢復(fù)原設(shè)計(jì)庫容，只有加高壩體或?qū)λ畮烨逵賰煞N方案。經(jīng)過超高復(fù)核和分析計(jì)算，若對壩體加高，全壩段平均加高約1.00 m左右；若對水庫進(jìn)行清淤，水庫需清淤167萬m3以后方可恢復(fù)原設(shè)計(jì)庫容。

5.2 比選結(jié)果

從適用條件、技術(shù)難度、施工條件、工程措施對其他部分工程的影響及工程投資（直接費(fèi)）等五個(gè)方面對兩方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，詳見表1。

表1 壩體兩種除險(xiǎn)加固方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

從技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來看，波斯干水庫壩體的水庫加高方案優(yōu)于壩體清淤方案，故推薦采用壩體加高方案。

6 防滲方案比選

6.1 壩體、壩基垂直防滲和壩體護(hù)坡防滲壩基垂直防滲方案比選

根據(jù)以上壩體方案比選，推薦采用加高方案，壩頂高程加高至 1890.00 m，上游壩坡 1：4.0，下游壩坡 1：3.5，根據(jù)壩體、壩基滲流穩(wěn)定分析，在正常水位和設(shè)計(jì)洪水位工況下右岸壩段、壩體、壩基滲透不穩(wěn)定，考慮到防滲體系的完整性及壩長較短，對壩線（0＋000～0+410）進(jìn)行防滲加固處理，處理長度410 m。

一種方案是對壩體采用劈裂灌漿，壩基采用帷幕灌漿：壩體劈裂灌漿固結(jié)厚度0.3 m；漿液密度1.4 g/cm3，起劈壓力0.4 MPa?？拙?0 m。壩基帷幕灌漿帷幕厚度1.3 m，灌漿壓力0.2 MPa，孔距2.5 m。首先進(jìn)行壩基帷幕灌漿，結(jié)合1序劈裂灌漿孔安排1序帷幕灌漿孔；結(jié)合2序劈裂灌漿孔安排2序帷幕灌漿孔；再安排3序帷幕灌漿孔。

另外一種方案是對壩體上游采用C20混凝土護(hù)坡加一布一膜防滲，壩基采用C5塑性混凝土防滲墻防滲。上游C20混凝土護(hù)坡厚15 cm，下設(shè)一布一膜（250 g/m2PE 0.5 mm），膜下鋪設(shè)20 cm砂礫石墊層，設(shè)置部位從壩坡腳至壩頂。

C5塑性混凝土防滲墻軸線布置在上游壩坡腳處，防滲墻施工平臺寬度8.0 m，導(dǎo)向槽深1.5m，槽凈寬0.4m，防滲墻厚0.3m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C5，抗?jié)B標(biāo)號W6。

6.2 比選結(jié)果

根據(jù)上述壩體防滲的兩個(gè)方案，從方案的適用條件，技術(shù)難度，施工條件及工程投資等四個(gè)方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較及效果，詳見表2。

表2 防滲加固兩種方案比較表

從表2的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來看，波斯干水庫壩體混凝土護(hù)坡防滲、壩基垂直防滲方案較優(yōu)于壩體、壩基垂直防滲方案，故推薦采用壩體混凝土護(hù)坡防滲加壩基C5塑性混凝土墻垂直防滲方案。

7 最終采取方案

通過對壩體加高和防滲方案的比選以及對壩體和壩基滲流穩(wěn)定、邊坡穩(wěn)定計(jì)算，最終確定對波斯干水庫除險(xiǎn)加固采取如下工程措施：

（1）壩體加高：水庫大壩0-010～0+410壩頂高程由現(xiàn)1886.72 m～1888.49 m加高至1889.00 m。

（2）新建混凝土防浪護(hù)坡410 m：0-030～0+380新建混凝土護(hù)坡，護(hù)坡厚度0.15 m，沿坡長每2.5 m分縫，水平方向每3 m分縫，錯(cuò)縫布置，縫寬8 mm。護(hù)坡下鋪設(shè)土工膜，膜下鋪設(shè)20 cm砂礫石墊層。

（3）新建壩頂蓋面 410 m：0-030～0+380，路寬 5 m，蓋面材料采用泥結(jié)碎石。

（4）新建槽孔混凝土防滲墻 410 m，0-030～0+380，防滲墻厚度0.3 m。

水庫除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施，取得了良好的效果，恢復(fù)已淤積的調(diào)節(jié)庫容，提高水庫的調(diào)蓄能力，減少水庫滲漏，提高水資源的利用率，提高下游灌區(qū)的灌溉保證率，促進(jìn)皮山縣桑株鄉(xiāng)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。