吉爾吉斯斯坦實施水壩修復(fù)加固

1 概況

1997年，世界銀行代表團在吉爾吉斯斯坦選擇了7座灌溉壩進行修復(fù)或完善。整體而言，這些灌溉壩狀況極差，閘門和閥門經(jīng)過多年運行后已經(jīng)老化，鋼結(jié)構(gòu)工程及電氣設(shè)備需要更換;同時，測壓計故障頻出，需要拆除或更換。其中一些水壩滲水嚴重，因此，其表面保護及排水系統(tǒng)均需要修復(fù)。

在由世行資助的吉爾吉斯斯坦共和國灌溉修復(fù)項目(IRP)的第1階段，選擇奧爾托托科伊(Orto Tokoi)壩和卡拉布拉(Karabura)壩進行修復(fù)。修復(fù)工程于1997年啟動，由土耳其泰梅爾蘇(Temelsu)國際工程公司與英國吉布(Gibb)公司聯(lián)合設(shè)立的合資公司承擔建設(shè)任務(wù)。該階段工作于1998年5月勝利完工。

第2階段工程始于1998年9月，止于2001年12月。在此期間，選擇了5座灌溉壩:帕潘(Papan)，巴扎爾庫爾干(Bazaar Kurgan)，吉洛夫(Kirov)，阿拉阿爾查(Ala Archa)和斯帕爾塔克(Spartak)壩進行修復(fù)。主要內(nèi)容包括:

(1)對每座壩進行現(xiàn)場綜合性檢查;

(2)對獲得的所有資料進行分析評估，包括壩址處的水文、地質(zhì)以及地震資料，施工、運行及維修記錄;

(3)對風險進行評估，提出補救措施及建議，以使其安全度達到可接受水平;

(4)根據(jù)提出的措施進行詳細設(shè)計，編制招標文件，并為施工監(jiān)理做準備。

在第3階段(2002年2月～2003年12月)，帕潘，庫爾古茲阿塔(Kyrgyz Ata)和納依曼(Naiman)壩以及包括其灌溉子工程在內(nèi)的渠道系統(tǒng)，由同一家合資公司提供工程咨詢服務(wù)。正在進行的改進水管理項目(WMIP)也是由世行資助，是IRP的延續(xù)。2007年，由泰梅爾蘇聯(lián)合英國一家公司中標。該項目包括19個灌溉系統(tǒng)(灌溉面積達85000hm2)的勘探、測量、環(huán)境影響評價、編制設(shè)計文件和招標文件，以便為納依曼壩制定安全計劃。以上所有分項工程的施工監(jiān)理和質(zhì)量控制以及在職培訓(xùn)，均在咨詢服務(wù)的范圍內(nèi)。

任務(wù)包括為每個所選的遠離農(nóng)場的灌溉系統(tǒng)制訂修復(fù)計劃，以便重建或維修或清理渠首工程、混凝土渠道襯砌及其相關(guān)控制建筑物。納依曼壩的主要維修工作是評估其地震安全度、修復(fù)加固泄水建筑物、加固取水和出水建筑物，以及整修閘門豎井及更換水力機械設(shè)備和一些必要的機電附屬設(shè)備。

這些工作一旦完成后，即可以實現(xiàn):

(1)更可靠地提供灌溉供水;

(2)減少渠道滲水和建筑物的漏水;

(3)更好地對水進行管理，降低管理、運行與維護需求;

(4)可以防止建筑物發(fā)生災(zāi)難性事故。

本階段的大部分工程已經(jīng)完工，只有一少部分由于種種原因沒有完工。但是，作為納依曼壩優(yōu)先補救措施以及急需實施修復(fù)加固工程首要任務(wù)的勘察及設(shè)計工作已經(jīng)完成。WMIP的完工時間為2012年12月。

2 納依曼壩的修復(fù)加固

納依曼水庫位于奧什州，水庫的蓄水引自吉爾吉斯－阿塔河及其他一些河流。該水庫是為向下游6000hm2的圖莫云(Too－Moyun)(TMR)灌溉工程提供安全的供水水源而設(shè)計的。工程于1961年開工建設(shè)，1966年完建。

該壩高為 40.5 m，壩頂長為 265 m，超高2.4 m;再加上防浪墻。該壩為土石壩結(jié)構(gòu)，包括砂石/礫石和卵石壘成的外壩肩和一道由滲透率很小的壤土組成的寬心墻。上下游面坡比為1∶2.5～1∶4。

3 水壩的安全評估

咨詢顧問獲得的用于評估的設(shè)計資料及施工資料都非常有限。因此，水壩的現(xiàn)狀只能根據(jù)從現(xiàn)場勘查獲得的信息以及與現(xiàn)場操作人員交談獲得的信息來加以評估。由于獲得的信息不足以為修復(fù)工程編制招標設(shè)計文件，因而只能開展一項綜合性的巖土工程勘察計劃，以便編制投標文件并進行監(jiān)理。

該計劃的目的就是對壩體的各個部分所使用的建筑材料和基土的現(xiàn)場強度特性、壩體內(nèi)孔隙水壓力的分布以及水庫水位較高時下游面出現(xiàn)的滲水進行勘查。由于所有的壓力計都出了故障，只好沿壩體新安裝了12個豎管壓力計，并進行了監(jiān)測?？辈殡A段遇到的主要難題是當?shù)夭豢赡転槌邪烫峁┛梢宰裾占翱山邮艿膰H規(guī)范與國際標準，以便開展巖土工程現(xiàn)場試驗和實驗室試驗，如標準或靜力圓錐貫入度試驗或原位密度測量，通過地球物理技術(shù)進行三維層析攝影等。而這些對于建立一個可靠的數(shù)據(jù)庫以便進一步開展地震分析至關(guān)重要。

3.1 堤壩狀況

該土石壩狀況較好，無破壞跡象或過量變形。在混凝土路面上局部存在一些沉降和裂縫。報道的壩頂位移總計為40mm(垂直方向)，但是這并不是系統(tǒng)測量值，只是當?shù)氐乃畨喂ぷ魅藛T給出的一個數(shù)量級。上游坡上一些混凝土面板似乎受到輕微的損壞，需要進行修復(fù)或更換。下游面狀況似乎好一些，沒有明顯的變形或表面沖刷跡象。

土石壩下游壩趾長滿灌木和草的部位有幾個水坑，水從地面滲出來。據(jù)報道，1966～2000年實測滲水量為200L/s，而2010年，水庫水位達到 最高時，其滲水量甚至更大，原設(shè)計中估算的滲水量為20L/s。特別是壩址左壩肩需要采取特別重要的滲控措施。

3.2 泄水工程

(1)由于該壩建在河道外，且集水面積很小，因此沒有修溢洪道。當水庫蓄滿水時，來水就會通過旁路引入到TMR灌溉系統(tǒng)。在右壩肩礫巖上興建的泄水建筑物的泄水能力為8.5 m3/s，該泄水建筑物由一條從進水口延伸到隧洞的鋼筋混凝土涵洞(d=1600mm，L=47 m)組成。隧洞長為181 m，直徑為2.2 m。在豎井的塔底裝有一個直徑為1.4 m的閘閥，在下游端安裝了一個直徑為1.6 m的蝴蝶閥。入口房位于豎井塔的頂部，裝有1臺5 t的吊車，用于安裝和拆卸裝在豎井底部的設(shè)備。

(2)原設(shè)計要求對鋼筋混凝土涵洞的內(nèi)壁加裝鋼襯，但實際施工時并沒有安裝。運行了45 a后，由于混凝土表面磨蝕及鋼筋被腐蝕，管道的可靠性及安全性已大為下降。

(3)豎井及其附屬建筑物，如進口小屋、交通橋、鋼制樓梯、門閥以及周邊混凝土面板等，都已經(jīng)磨損破舊，外部隔水設(shè)施也已完全被廢棄。雖然這些都不會直接削弱水壩的安全，但對其進行整修，對于水壩的安全及運行還是極為重要的。

3.3 機電設(shè)備

經(jīng)過45 a的運行，所有的機械設(shè)備及其供電裝置全都已老化和陳舊了。5 t起重機已經(jīng)完成了其使用壽命。自1990年以來，排水泵就一直沒有運行過，電扇也被拆除。所以，通風管道和抽水泵管道在高度潮濕的環(huán)境下已經(jīng)嚴重腐蝕。

3.4 閘 門

雖然原設(shè)計是采用3扇閘門來調(diào)節(jié)水流，但實際上只建了2扇，1扇為豎井處的泄水閘門，另一扇為下游的蝶形閘門。泄水閥的螺釘與螺母結(jié)合部已經(jīng)松動失效，而且螺紋也正在被磨損。同樣，由于出現(xiàn)振動問題，下游蝶形閘門不能正常啟閉，其電力驅(qū)動裝置已被拆除，只能人工操作。

3.5 泄水隧洞出口洞門

由于陡坡上泄水洞出口洞門上方有很多大卵石，巖石有可能會落到控制室房頂上。因此，為保護泄水建筑物，修復(fù)加固出口洞門非常重要。

根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，對水壩開展了地震風險安全評估，并對巖土工程勘查結(jié)果進行了評價。非線性地震分析結(jié)果表明:當峰值地面加速度(PGA)為0.46 g時，即使大壩超高也能夠滿足運行所需的基礎(chǔ)地震可信水平。但是，當峰值地面加速度為5000a一遇、達到0.70g的最大地震可信水平的條件下，水壩就不安全了，且有可能發(fā)生災(zāi)難性潰壩。因此，建議修建一個體積為30000m3左右的堆石趾板來加固下游坡。

然而，對水壩進行抗震加固原本不在工程設(shè)計的范圍之內(nèi)，完全沒有為這些改建工程安排預(yù)算。所以，提出的加固措施被延遲到下一階段實施。為了減小短期內(nèi)發(fā)生任何災(zāi)難性潰壩的風險，顧問們建議，作為一項臨時性預(yù)防措施，可以將水庫蓄水位保持在正常蓄水位以下大約3.5 m。

4 其他修復(fù)工程

4.1 豎 井

(1)對機電設(shè)備實施了修復(fù)，包括損壞嚴重的閥、起重機及其附屬結(jié)構(gòu)物;

(2)翻修了交通橋、豎井建筑物、鋼樓梯、隔離體等;

(3)更換了塔周圍破損的混凝土板;

(4)設(shè)置一個專用的排水管系統(tǒng);

(5)更換所有的電氣系統(tǒng)。

機電工程已經(jīng)完成，結(jié)構(gòu)修理工作已經(jīng)部分完成。等到低水位季節(jié)將管道入口封堵，并將隧洞里的水抽干之后，再更換閥。

4.2 管 道

需進行潛水檢查，以及綜合性維修與加固工作。不過，需等到低水位季節(jié)、在水位降低以后再進行該部分施工。

4.3 下游側(cè)

需對泄水隧洞出口洞門坡面、墻及閥室進行加固;更換已經(jīng)嚴重受損的現(xiàn)有閘門。

泄水隧洞出口洞門的加固工作已經(jīng)部分完成，閥室已經(jīng)進行了翻修，閘閥也已經(jīng)更換。目前，流量為7.5 m3/s的水流已經(jīng)開始下泄到下游的灌溉渠道。

5 結(jié)語

由于預(yù)算有限，致使下列需要進行修復(fù)加固的項目沒有納入此次修復(fù)工程計劃中。

(1)上游壩面約有30% 的面板需要進行修理或更換。

(2)興建一個壩趾排水層集水池和一個量水堰，以監(jiān)測壩體和壩肩的滲水量。

(3)配備一臺備用發(fā)電機。