以卡爾巴斯曼水庫(kù)大壩為例，談中小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程措施

艾爾肯·阿布都拉

摘 要：卡爾巴斯曼水庫(kù)建于1974年，是一座?。↖）型引水注入式平原水庫(kù)，水庫(kù)迎水面無(wú)防浪設(shè)施，水位變化范圍內(nèi)的大部分壩面已被風(fēng)浪剝蝕破壞，整個(gè)水庫(kù)滲漏損失嚴(yán)重，大壩的滲流穩(wěn)定不安全。為使水庫(kù)運(yùn)行的安全得到保障，使水庫(kù)工程效益得到最大程度的發(fā)揮，急需做好水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工作。除險(xiǎn)加固措施為壩前護(hù)坡采用現(xiàn)澆砼板防浪，壩體采用斜鋪土工膜，壩基采用深層攪拌樁防滲，使壩體壩基形成一個(gè)防滲整體。有效降低滲漏損失。

關(guān)鍵詞：卡爾巴斯曼水庫(kù) 除險(xiǎn)加固措施 壩前護(hù)坡現(xiàn)澆砼板防浪 壩體斜鋪土工膜 壩基采用深層攪拌樁整體防滲

1.概述

卡爾巴斯曼水庫(kù)位于喀什地區(qū)葉城縣洛克鄉(xiāng)境內(nèi)，喀什至和田公路北側(cè)。地理坐標(biāo)為北緯37°56'13"，東經(jīng)77°36'22"，水庫(kù)東北部為塔克拉瑪干沙漠，西側(cè)為沙漠荒丘，東部為鄉(xiāng)村，北邊為卡地列亞洪溝，南面為達(dá)勒可亞泉水溝，現(xiàn)狀溝深約10m，工程區(qū)距縣城約45km。

卡爾巴斯曼水庫(kù)建于1974年，是一座?。↖）型引水注入式平原水庫(kù)，壩長(zhǎng)1198m，最大壩高12.5m，總庫(kù)容748.80萬(wàn)m3，其中死庫(kù)容300萬(wàn)m3，興利庫(kù)容208萬(wàn)m3，調(diào)洪庫(kù)容240.8萬(wàn)m3，控制灌溉面積2.2萬(wàn)畝。水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，水庫(kù)水源主要以匯集在該水庫(kù)上游的達(dá)勒可亞洪溝洼地內(nèi)溢出的泉水為主，水庫(kù)地理地勢(shì)高低由南向北遞減，其海拔高程的范圍為1295～1325m。

2.大壩存在的主要問(wèn)題和除險(xiǎn)加固緣由

卡爾巴斯曼水庫(kù)建設(shè)期間，受限于有限的資金投入，以及相對(duì)較低的設(shè)計(jì)、施工水平，工程設(shè)計(jì)與施工存在許多方面不符合標(biāo)準(zhǔn)。大壩運(yùn)行30多年后，壩基、壩體包括配套工程在內(nèi)出現(xiàn)了大量的安全隱患，導(dǎo)致水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中狀況百出。目前水庫(kù)已不能正常運(yùn)行，同時(shí)水庫(kù)存在的隱患已威脅到灌區(qū)基本設(shè)施和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

大壩存在各種各樣的問(wèn)題，具體表現(xiàn)在：第一，大壩的壩基，所處地基的土質(zhì)組成主要為粉砂，該土質(zhì)具有較強(qiáng)的透水性，并且壩基中沒(méi)有截滲處理措施的應(yīng)用，壩基存在大量滲漏的情況；第二，大壩修建過(guò)程中，壩體的壓實(shí)不夠緊密，導(dǎo)致其填筑密實(shí)度較差。水庫(kù)內(nèi)側(cè)未設(shè)置防浪設(shè)施，水位到達(dá)部分的壩面已遭受嚴(yán)重的風(fēng)浪沖擊與損壞，部分壩面已經(jīng)變成陡峭的坎，對(duì)壩體穩(wěn)定及大壩安全均產(chǎn)生不良影響；第三，未合理設(shè)置大壩下游壩坡的坡度，坡體土結(jié)構(gòu)不堅(jiān)固，在主壩0+100～0+350，0+450～0+850坡腳處有部分水灘，壩體浸潤(rùn)線出逸點(diǎn)高于壩坡腳地面，壩坡坡腳無(wú)排水溝，大壩的滲流安全無(wú)法得到保證。

根據(jù)《大壩安全鑒定報(bào)告書》的結(jié)論，目前水庫(kù)主要存在以下問(wèn)題：

（1）大壩填筑材料為含砂低液限粉土，屬中強(qiáng)透水體，壩體滲水現(xiàn)象嚴(yán)重。

（2）大壩上游壩坡沒(méi)有設(shè)置防浪護(hù)坡，在正常蓄水位處壩坡被風(fēng)浪嚴(yán)重淘刷，時(shí)刻威脅壩體安全。

（3）缺少泄洪設(shè)施。

（4）壩基為嚴(yán)重液化土類，存在地震液化的可能，影響壩體及水庫(kù)安全；

（5）大壩壩頂、上游壩坡和下游壩坡均存在塌陷現(xiàn)象，對(duì)壩體安全造成極為惡劣的影響。

（6）進(jìn)、放水渠為無(wú)防滲襯砌土渠，邊坡破壞嚴(yán)重，渠底淤積嚴(yán)重，影響過(guò)水能力。

（7）水庫(kù)未埋設(shè)任何安全監(jiān)測(cè)設(shè)施。

為使水庫(kù)運(yùn)行安全得到保障，使水庫(kù)工程效益得到最大化發(fā)揮，從而對(duì)灌區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展帶來(lái)積極作用，十分有必要對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

3.除險(xiǎn)加固措施

結(jié)合壩體問(wèn)題的實(shí)際情況，在原水庫(kù)壩體基礎(chǔ)上進(jìn)行除險(xiǎn)加固。除險(xiǎn)加固的措施主要包括以下方面，分別是壩體加固、壩體與壩基防滲以及觀測(cè)設(shè)施的增設(shè)等。

3.1上游壩坡護(hù)坡型式的選擇

護(hù)坡的作用是對(duì)風(fēng)浪沖刷和冰蓋破壞進(jìn)行抵御，避免壩體出現(xiàn)破裂和凍脹的情況，防止在風(fēng)的作用下無(wú)粘性土被吹散等。新疆南疆地區(qū)壩前護(hù)坡的設(shè)置主要是干砌卵石護(hù)坡和C20現(xiàn)澆砼板防浪護(hù)坡兩種形式的采用。而卡爾巴斯曼水庫(kù)的大壩較短，放水涵洞和泄洪閘位于大壩的中間，具有較高的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)澆砼板護(hù)坡具有較強(qiáng)耐久性以及抗冰凍、抗沖刷能力，而干砌卵石護(hù)坡容易在風(fēng)浪的沖擊與侵蝕下受損，其耐久性并不理想。

所以，經(jīng)過(guò)兩種護(hù)坡形式的比較之后，最終確定在壩前護(hù)坡中采用現(xiàn)澆砼板。

壩體護(hù)坡現(xiàn)澆砼板為厚15cm的C20，板下設(shè)砂礫石防凍墊層35cm，砂礫石下設(shè)復(fù)合土工膜防止壩體滲漏。為使?jié)B水壓力產(chǎn)生的頂托力減小，從而減少砼面板破壞程度，在蓄水位以下的每塊砼板上，進(jìn)行直徑￠為10cm的梅花式排水孔的設(shè)置，數(shù)量為5～2個(gè)（由下而上遞減）。大壩迎水面坡度為1：2.5，背水面坡度為1：2。坡腳處設(shè)置上下寬分別為0.3m和0.5m，高為0.7m的C20梯形現(xiàn)澆砼阻滑墻。

3.2壩體及壩基防滲方案選擇

根據(jù)本地區(qū)水庫(kù)除險(xiǎn)加固經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)卡爾巴斯曼水庫(kù)壩身不大，水頭小，壩體壩基為中強(qiáng)透水體的特點(diǎn)，壩體及壩基防滲有兩種型式可供選擇，第一種是壩體斜鋪土工膜，壩基采用深層攪拌樁防滲墻防滲；第二種為壩體斜鋪土工膜、壩基采用垂直鋪設(shè)塑膜防滲。

經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，選擇第一方案：即對(duì)壩體斜鋪土工膜、壩基采用深層攪拌樁防滲墻進(jìn)行防滲，使壩體、壩基形成一個(gè)防滲整體。

壩基的防滲采用的是深層攪拌樁防滲墻，通過(guò)壩體相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，將0+100～0+400樁深11m ，0+400～1+000樁深7.0m作為防滲墻范圍的確定值。其余壩段由于壩后地面高于設(shè)計(jì)蓄水位，不采取措施。深層攪拌樁防滲墻布置在壩前坡腳，壩體土工膜從阻滑墻下繞到深層攪拌樁處，并與攪拌樁上的混領(lǐng)土帽梁采用螺栓連接，其目的就是使壩體壩基形成防滲整體。攪拌樁成墻有效厚度20cm。

深層攪拌法采用的固化劑是水泥，利用專門的深層攪拌機(jī)械，在地基深處進(jìn)行軟土和水泥的強(qiáng)力攪拌后，水泥和軟土之間將有物理化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，使軟土硬化形成水泥土。反應(yīng)后的軟土強(qiáng)度，和天然土強(qiáng)度相比明顯更大，其增加了顆粒之間的粘結(jié)力，其壓縮性、滲水性比天然軟土大大降低。通常采用具有較好滲透性的礦渣水泥，或者42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。目前水泥摻量一般采用120～160kg/m3，摻入量通常為被加固土重的7～15%。需要經(jīng)過(guò)比較分析后得出合適的水灰比，但在實(shí)踐操作中，水灰比的確定需要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程：施工單位、監(jiān)理單位根據(jù)設(shè)計(jì)要求的水泥摻入比，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工試驗(yàn)，最終得到確定，水灰比通常至少為1。

將相鄰攪拌樁部分重疊搭接，形成一種壁狀加固型式，該工法能夠有效延長(zhǎng)滲徑、降低水頭，并且使?jié)B透破壞降低。要求墻體滲透系數(shù)0.5MPa，抗?jié)B指標(biāo)W6，滲透破壞比降>100。

深層攪拌樁防滲墻是一種具有一定塑性的防滲墻，但是不屬于剛性和柔性墻，沿壩線可以不進(jìn)行柔性接頭的設(shè)置。

3.3觀測(cè)設(shè)施

為方便水庫(kù)壩體浸潤(rùn)線和水庫(kù)水位的觀測(cè)，設(shè)置觀測(cè)斷面于水庫(kù)大壩0+250和0+550位置，設(shè)3組測(cè)壓管于各個(gè)斷面的上、下游壩肩以及下游壩趾，設(shè)置距離為壩肩或壩趾前5m。由浸潤(rùn)線高度使測(cè)壓管的頂高程得到確定，管底高程在壩體防滲線下大約1m的位置。均采用2.0英寸鍍鋅鋼管作為測(cè)壓管材料，測(cè)管部位的花管段開(kāi)孔直徑為5mm，以15%作為開(kāi)孔率的控制標(biāo)準(zhǔn)，要求內(nèi)部光滑整潔，外部在單層無(wú)紡布纏緊的基礎(chǔ)上，捆扎細(xì)鉛絲，將管底部堵實(shí)，花管段長(zhǎng)6m，采用外箍接頭的形式用作管接頭，管口距離地面大約0.3m的位置，并且采用加蓋防護(hù)的措施。

4.結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)除險(xiǎn)加固完成投入運(yùn)行后，立即顯示出了效果，壩后浸潤(rùn)線明顯降低。壩前坡抵御風(fēng)浪淘刷的能力明顯增強(qiáng)。另外增加了泄洪設(shè)施，使水庫(kù)防洪能力大為增強(qiáng)。水庫(kù)運(yùn)行4年來(lái)，為灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。