新疆多浪水庫大壩除險(xiǎn)加固探析

張舒燁

(阿克蘇綠洲水利工程建設(shè)監(jiān)理站，新疆 阿克蘇 843000)

新疆多浪水庫大壩除險(xiǎn)加固探析

張舒燁

(阿克蘇綠洲水利工程建設(shè)監(jiān)理站，新疆 阿克蘇 843000)

摘要：多浪水庫處在塔里木地臺(tái)西北邊緣，阿瓦提凹陷南部，運(yùn)行五十年來水庫存在諸多險(xiǎn)情,主要為壩頂安全超高不足，土壩上游防浪護(hù)坡破損嚴(yán)重，壩基滲漏嚴(yán)重。通過分析多浪水庫基本概況，對水庫大壩存在的病險(xiǎn)問題進(jìn)行了探討，從壩體加高、壩坡防護(hù)、防滲等方面，提出經(jīng)濟(jì)、適用、可行的大壩除險(xiǎn)加固方案，以確保整個(gè)水庫除險(xiǎn)加固工作順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：多浪水庫；大壩；加高；防滲；方案

1概況

建于1965年的新疆多浪水庫是農(nóng)一師塔北灌區(qū)唯一一座引水注入式平原調(diào)節(jié)水庫[1]，設(shè)計(jì)水位1035.5 m，總庫容1.2億m3，水庫由大壩、泄水、引水工程構(gòu)成。主壩全長16.952 km(其中：新庫主壩全長14.78 km；南庫主壩T線2.172 km)，灌區(qū)總?cè)丝诩s7萬人，占全師人口22%，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到13.2億元。

2多浪水庫大壩存在的主要問題

多浪水庫自投入運(yùn)行以來，因?yàn)槎喾N原因，病險(xiǎn)問題日益嚴(yán)峻，其中大壩存在以下問題：

(1)壩頂超高不足。多浪水庫設(shè)計(jì)庫容1.2億m3，根據(jù)安全超高計(jì)算，現(xiàn)狀壩頂安全超高不足，壩頂高程較復(fù)核計(jì)算成果普遍偏低。水庫運(yùn)行過程中，每年水庫高水位期，遇大風(fēng)均會(huì)出現(xiàn)風(fēng)浪翻過防浪墻的情況，其中2002年10月10日險(xiǎn)情較為嚴(yán)重，當(dāng)時(shí)水庫運(yùn)行水位較高，遭遇七級以上大風(fēng)，主壩段風(fēng)浪翻過防浪墻，壩后邊坡多處被沖刷成溝。

(2)壩頂寬度不足。多浪水庫壩頂寬不足5.0 m，未達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范要求的下限值。壩頂為土質(zhì)覆蓋，缺少護(hù)面材料，受風(fēng)蝕、水蝕影響，壩面平整度和外觀差，給水庫的運(yùn)行管理帶來不便。

(3)水庫壩體迎水面現(xiàn)澆混凝土防浪護(hù)坡板受冰推、風(fēng)浪、凍脹等影響，有破損、斷裂、隆起、塌陷等現(xiàn)象，現(xiàn)狀混凝土板厚度抗風(fēng)浪能力不足，影響壩體安全運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場安全檢查，主壩0+000～8+025段導(dǎo)冰坎以上混凝土護(hù)坡板破損情況比較突出，斷裂1230塊，空洞24塊，下沉190塊，凸起19塊，破損率達(dá)到82%以上，主壩8+025～14+780段、T線壩段上游土緩坡受風(fēng)浪淘刷嚴(yán)重，壩前已形成陡坎。

(4)水庫壩基主要為低液限粉土，屬無限深透水地基，壩后積水問題突出，原設(shè)計(jì)壩基防滲采用0.18 mm厚的塑膜鋪蓋防滲，但抗老化、抗穿孔能力較差，標(biāo)準(zhǔn)偏低[2]。

3水庫大壩除險(xiǎn)加固方案

多浪水庫大壩存在的諸多問題，不僅使得水庫運(yùn)行效益大打折扣，而且嚴(yán)重威脅水庫的安全運(yùn)行，因此，必須通過除險(xiǎn)加固進(jìn)行解決。

3.1工程建設(shè)內(nèi)容

在維持原設(shè)計(jì)庫容的同時(shí)，加高加寬壩體，解決水庫超高不足的問題；因地制宜選擇好壩體斷面結(jié)構(gòu)型式，解決好水庫護(hù)坡防浪、防冰、防凍的問題；加強(qiáng)壩基防滲設(shè)計(jì)，減少水庫滲漏損失水量和對下游的浸沒影響。

3.2壩體加高設(shè)計(jì)3.2.1壩頂超高計(jì)算

主壩除險(xiǎn)加固后，壩上游坡坡比高程1037.01 m以下為1∶25，以上為1∶0.35。水庫在正常蓄水位1037.30 m時(shí)，超高計(jì)算基本資料見表1。

表1　除險(xiǎn)加固后主壩超高計(jì)算基本資料

風(fēng)浪要素計(jì)算，根據(jù)本地區(qū)其他水庫經(jīng)驗(yàn)，采用莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算波高較為合適：

(1)

(2)

(3)

風(fēng)浪要素計(jì)算見表2。

平均波浪爬高RP的計(jì)算見表3。

表2　風(fēng)浪要素表

表3　波浪爬高計(jì)算表

壩頂超高Y=R+e+A，A為安全加高，R取平均波浪爬高R1，對于正常情況取A=1.0 m，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4　壩頂超高計(jì)算表

3.2.2加高方案

主壩0+000～8+025段由于原壩體護(hù)坡結(jié)構(gòu)采用混凝土面板與塑膜防滲結(jié)合的護(hù)坡結(jié)構(gòu)，本工程僅對損壞嚴(yán)重的上部護(hù)坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改建，下部護(hù)坡結(jié)構(gòu)保留；主壩8+025～14+780段和南庫T線現(xiàn)狀壩前已筑成漿砌石防浪體，且本工程將保留并利用該防浪結(jié)構(gòu)。綜合考慮上述因素，主壩壩體加高方案為先將原壩頂清廢厚度30 cm，然后采用從下游面培厚加高的方法分層碾壓加高。根據(jù)土料場的土料擊實(shí)實(shí)驗(yàn)成果，壩體土料最大干密度為1.66 g/cm3，最優(yōu)含水率17.3%，土料回填設(shè)計(jì)干密度為1.63 g/cm3。

3.3主壩壩體斷面結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)

3.3.1壩頂構(gòu)造

壩頂寬度根據(jù)規(guī)范要求，并考慮機(jī)械碾壓寬度要求，加高后的壩頂寬度取7.0 m。壩頂蓋面材料采用15 cm厚砂礫石。由于壩線附近土料缺乏，且運(yùn)距較遠(yuǎn)，為減少土方填筑量降低工程造價(jià)，在壩頂上游側(cè)設(shè)混凝土防浪墻，墻高1.2 m。防浪墻每隔15 m設(shè)一道結(jié)構(gòu)縫，分縫材料采用2 cm閉孔塑料板。加高后各段壩頂高程及防浪墻頂高程詳見表5。

表5　主壩各分段土壩頂高程表

3.3.2下游壩坡及蓋重

根據(jù)本地區(qū)已建水庫經(jīng)驗(yàn)和壩坡穩(wěn)定計(jì)算，初擬下游壩坡為1∶2?？紤]到壩基屬無限深透水地基，土質(zhì)分布不均勻，壩后流土出現(xiàn)具有不確定性和突發(fā)性的特點(diǎn)，為加強(qiáng)壩基和壩后坡角的穩(wěn)定，壩后設(shè)蓋重，蓋重用透水性較好的砂性土填筑，頂寬7 m，蓋重頂設(shè)30 cm厚砂礫石，作為運(yùn)行管理道路。主壩3+200～8+600段屬高壩段，擋水高度較高，現(xiàn)狀壩后溢出點(diǎn)較多，為增強(qiáng)壩基的滲透穩(wěn)定性，在該段壩后增設(shè)砂礫石貼坡排水，簡稱三臺(tái)，頂寬3.0 m，頂高程1033.50 m。各壩段壩后高程主壩0+000～13+100間為1036.00 m；主壩13+100～14+780間為1037.00 m；T線壩段為1036.00 m。

3.3.3壩體防滲設(shè)計(jì)

壩體防滲設(shè)計(jì)原則上維持原設(shè)計(jì)型式，即采用上游防浪護(hù)坡、復(fù)合土工膜和均質(zhì)碾壓壩體相結(jié)合的型式，并將壩體與壩基防滲設(shè)施連成整體[2]。

3.4主壩0+000～8+025段上游護(hù)坡設(shè)計(jì)

由于主壩0+000～8+025段導(dǎo)冰坎以下漿砌塊石結(jié)構(gòu)基本完好，導(dǎo)冰坎上部現(xiàn)澆混凝土板斷裂、破損較多，原設(shè)計(jì)上部護(hù)坡為10 cm厚現(xiàn)澆C15混凝土板，通過混凝土護(hù)坡板厚度復(fù)核計(jì)算，原設(shè)計(jì)護(hù)坡板厚度不滿足要求。為降低工程造價(jià)，對導(dǎo)冰坎以下原有漿砌石防浪護(hù)坡保留利用，對上部破損較多的現(xiàn)澆混凝土板結(jié)構(gòu)予以拆除重建。在靠導(dǎo)冰坎位置，新建C20混凝土擋土墻，擋土墻基礎(chǔ)頂面與原導(dǎo)冰坎齊平，基礎(chǔ)深度50 cm，擋土墻高度2.09 m，頂寬0.4 m，迎水面坡比1∶0.35，擋土墻頂高程1039.10 m。主壩頂高程1039.10 m，頂寬7 m。在擋土墻頂設(shè)置C25鋼筋混凝土防浪墻，墻高1.2 m，墻頂高程1040.30 m。為防止冰推破壞防浪墻，在擋土墻頂設(shè)反弧形導(dǎo)冰帽沿；為防止壩體表層土壤鹽聚，硫酸鹽對混凝土腐蝕，在混凝土與壩體土接觸處混凝土表層涂刷瀝青兩遍。

3.5主壩8+025～14+780段和南庫T線上游護(hù)坡設(shè)計(jì)

主壩8+025～14+780段和南庫T線現(xiàn)狀均為塑膜防滲均質(zhì)土壩，考慮采用相同上游護(hù)坡結(jié)構(gòu)。此段主壩現(xiàn)狀壩前防浪土緩坡由于受風(fēng)浪淘刷嚴(yán)重。在歷年的防洪搶險(xiǎn)過程中已在陡坎處筑成漿砌塊石防浪體，通過現(xiàn)場調(diào)查該漿砌塊石擋土墻結(jié)構(gòu)基本完好，另據(jù)壩體加高后擋土墻抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算，該漿砌石擋土墻穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，本工程保留利用。

其護(hù)坡型式，壩前迎水面利用現(xiàn)有漿砌石擋土墻，并將其加高后和混凝土板護(hù)坡結(jié)合方案。現(xiàn)狀壩前漿砌石擋土墻頂高程1037.50 m，基礎(chǔ)置于防浪穩(wěn)定高程1035.50 m，僅高出除險(xiǎn)加固后水庫正常蓄水位0.2 m，為防冰推影響上部結(jié)構(gòu)需將擋土墻加高0.3 m。擋土墻頂與加高后壩頂之間采用1∶2.5的混凝土板護(hù)坡連接，護(hù)坡板上設(shè)置混凝土消浪坎。護(hù)坡結(jié)構(gòu)自下至上依次為：5 cm聚苯乙烯保溫板、復(fù)合土工膜(兩布一膜，膜厚0.5 mm)、現(xiàn)澆C20混凝土板15 cm，壩頂高程1038.90 m。為減少土方填筑量，壩頂設(shè)1.2 m高 C25鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程1040.10 m。為防表層土鹽聚破壞混凝土，防浪墻基礎(chǔ)采用抗硫酸鹽水泥，混凝土板護(hù)坡板分縫為3 m×3 m，縫寬2 cm，采用閉孔塑料板分縫。

3.6壩基防滲設(shè)計(jì)

主壩地基1029.0 m高程以下為粉土質(zhì)砂，含細(xì)粒土砂、級配不良砂次之，局部夾1.0～3.0 m厚的低液限粉土、低液限黏土夾層。壩基屬無限深透水地基。壩后流土和積水隨水庫水位上升呈逐漸加劇趨勢。本次除險(xiǎn)加固工程正常蓄水位1037.30 m，較原設(shè)計(jì)水位高0.8 m，為防止壩基滲透變形破壞，需進(jìn)一步加強(qiáng)壩基防滲設(shè)計(jì)。

防滲方案采用多頭小直徑深層攪拌樁水泥土截滲墻防滲[3]。主壩0+000～8+025段，多頭小直徑防滲墻位于壩坡?lián)_阻滑墻3.25 m處，截滲墻頂設(shè)帽梁，截滲墻深入帽梁20 cm，帽梁與護(hù)坡板阻滑墻間采用現(xiàn)澆混凝土下鋪復(fù)合土工膜(兩布一膜，膜厚0.5 mm)和30 cm砂礫石防凍層的結(jié)構(gòu)型式，使截滲墻、帽梁和壩體護(hù)坡形成連續(xù)防滲體?，F(xiàn)澆混凝土平臺(tái)頂高程1034.50 m。

主壩8+025～14+780段和南庫T線，多頭小直徑防滲墻設(shè)置于距擋土墻前齒3.25 m處，截滲墻頂設(shè)帽梁，截滲墻深入帽梁20 cm，帽梁與漿砌石擋土墻之間鋪砌30 cm塊石[3]，其下依次為10 cm壤土保護(hù)層和復(fù)合土工膜(兩布一膜，膜厚0.5 mm)，帽梁與庫盤銜接處設(shè)3 m寬塊石平臺(tái)(塊石可利用主壩0+000～8+025段拆除混凝土替代)，厚度30～50 cm。

此外，為加強(qiáng)壩基抵抗?jié)B透破壞的能力，并在壩后設(shè)蓋重，蓋重用透水性較好的砂性土填筑，頂寬7 m，對防止壩基軟土擠出，提高壩基和壩后坡的穩(wěn)定均較有利，并可作為壩后永久性道路。水泥土防滲墻滲透破壞比降不小于200，取設(shè)計(jì)允許滲透破壞比降為70，水庫運(yùn)行最高水頭6.84 m，考慮一定的安全裕度，設(shè)計(jì)成墻厚度200 mm。

主壩0+000～8+025段C20混凝土擋土墻計(jì)算簡圖見圖1，主壩8+025～14+780段和南庫T線方漿砌石擋土墻計(jì)算簡圖見圖2。

圖1　主壩0+000～8+025段擋土墻計(jì)算簡圖(尺寸單位：cm)

圖2　主壩8+025～14+780段和南庫T線擋土墻計(jì)算簡圖(尺寸單位：cm)

4結(jié)語

通過除險(xiǎn)加固，提高了灌區(qū)灌溉保證率和阿拉爾市供水保證率。消除壩的不安全因素，大大提高工程的安全度,將有效地減少水庫的水量損失，提高水的利用率，可減少水量損失2686.86萬m3,為當(dāng)?shù)厮Y源綜合利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)發(fā)揮積極作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：張舒燁(1972-),男，工程師，主要從事水利建設(shè)監(jiān)理工作。

中圖分類號：TV698.2+3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)04-0087-04