伊拉克摩蘇爾大壩壩基修復(fù)工程

摩蘇爾(Mosul)大壩位于伊拉克北部底格里斯(Tigris)河上，開工以來狀況頻發(fā)。壩基為可溶巖，需要進(jìn)行不斷地維護(hù)處理。近些年來，摩蘇爾地區(qū)飽受戰(zhàn)爭困擾，使得加固工程難以實施。

20世紀(jì)80年代中期，摩蘇爾水庫建成蓄水后，壩基就出現(xiàn)了令人擔(dān)憂的滲漏問題。壩基采取的主要加固措施是灌漿，期望通過大范圍灌漿盡可能重建完整的防滲帷幕。在過去幾年里，分期分次對壩基進(jìn)行了處理，耗時費力，付出了昂貴的代價，但大壩滲漏問題依然存在。

近年來，由于國家安全形勢的原因，摩蘇爾大壩安全問題越來越嚴(yán)峻。鑒于大壩持續(xù)的滲漏問題，考慮到安全局勢的影響，伊拉克政府授權(quán)美國陸軍工程師團(tuán)(USACE)提出了摩蘇爾大壩壩基防滲處理方案，并委托意大利特萊維(Trevi)集團(tuán)下屬專門從事地基基礎(chǔ)工程施工的特萊維股份公司開展了大量鉆孔及灌漿工程，以提高壩基深處防滲墻的性能。該集團(tuán)被授予了摩蘇爾大壩整治工程合同(合同工期18個月)，1a后現(xiàn)場準(zhǔn)備就緒，安保措施到位后， 在意大利軍方的協(xié)助下，于2016年底開始進(jìn)行鉆探，標(biāo)志著主要施工項目正式開始。摩蘇爾大壩最新一輪的整治任務(wù)包括大壩泄洪底孔修復(fù)和大量鉆孔灌漿工程，保證防滲帷幕的完整性，有些灌漿孔深達(dá)200 m。

1 大壩概況

摩蘇爾大壩為土石壩，軸線長3.4km，水庫為多用途水庫，距大壩和水庫最近的大城市為摩蘇爾。

該壩壩高113 m，始建于20世紀(jì)80年代初，1984年建成，壩體填筑總方量3 770萬m3。設(shè)有2座溢洪道，主溢洪道為閘控式，最大泄量12 400 m3/s，另一座為自潰式非常溢洪道。

摩蘇爾水庫在當(dāng)?shù)貐^(qū)域水資源開發(fā)中一直具有戰(zhàn)略優(yōu)勢，壩址主要工程地質(zhì)方面存在石灰?guī)r、石膏、泥灰?guī)r、硬石膏等可溶巖滲漏問題，地質(zhì)條件復(fù)雜，在地下水流作用下壩基巖體易于溶解，巖溶洞穴發(fā)育。水庫蓄水后，在水頭作用下，加劇了巖體的溶蝕。溶蝕不僅降低了壩基巖體強(qiáng)度，也破壞了壩基灌漿帷幕的有效性和完整性。如果這一問題不及時有效地加以解決，持續(xù)的溶蝕不僅會加劇滲漏的風(fēng)險，還會危及水庫蓄水功能的正常發(fā)揮。

2 壩基滲漏問題

由于壩基巖體存在地質(zhì)缺陷，摩蘇爾大壩從一開始就伴隨著嚴(yán)重的滲漏問題，盡管設(shè)計方和施工方沿著壩軸線進(jìn)行了大規(guī)模帷幕灌漿，灌漿孔深達(dá)200 m，而且帷幕還與壩基水平鋪蓋相連接，但還是不可避免地發(fā)生了滲漏問題。

1985年，摩蘇爾水庫剛開始蓄水就出現(xiàn)了明顯的滲漏，還伴隨著巖溶塌陷，盡管壩已建成，但從一開始就不得不對壩基進(jìn)行補(bǔ)充性灌漿。在隨后的幾年里，壩基滲漏問題越來越嚴(yán)重。

自20世紀(jì)80年代中期以來，為處理主要建筑物的滲漏問題進(jìn)行了連續(xù)灌漿。特萊維集團(tuán)羅凱坶(Rokem)合資公司開展了基礎(chǔ)加固和大量帷幕灌漿造孔工作。

從工程角度來講，在過去幾年完成的各種灌漿工作取得了一些成效，在一定程度上減少了滲漏量。然而，當(dāng)?shù)卣陀嘘P(guān)各方都充分認(rèn)識到可溶巖中的滲漏還會繼續(xù)發(fā)生，還需要不斷地進(jìn)行灌漿，而要有效地維護(hù)工程正常運(yùn)行，就要穩(wěn)步實施灌漿，特殊情況需要特殊對待。然而，持續(xù)了14 a的戰(zhàn)亂使得壩基加固不能為繼，壩基滲漏問題不斷惡化。

3 滲漏問題的評估

隨著2003年第二次海灣戰(zhàn)爭的結(jié)束，有關(guān)方面開始嚴(yán)格檢查伊拉克基礎(chǔ)設(shè)施、國家資產(chǎn)和恢復(fù)其功能的能力，該項工作是伊拉克新政府過渡期的一項任務(wù)。

10 a前，對具有戰(zhàn)略位置的摩蘇爾大壩現(xiàn)狀和需要進(jìn)行加固處理的措施進(jìn)行了評估，包括大壩建成至2007年間已經(jīng)采取的各項處理措施。

在伊拉克政府的支持下，美國工程師們提交了評估報告。2007年10月美國伊拉克重建工作特別督察長辦公室(SIGIR)發(fā)布了“摩蘇爾大壩救濟(jì)及重建資助工作(SIGIR PA-07-105)”的調(diào)查報告。

報告概述了各種已實施的整治工程，包括大規(guī)模灌漿工程(1987～1998年)和基礎(chǔ)灌漿工程。1987年第一輪大規(guī)模灌漿就注入了漿液750 t，以后每年灌漿量不少于100 t，1991年灌漿量達(dá)到550 t，1998年達(dá)到750 t。1986～2007年平均每年基礎(chǔ)注漿200 t。

每年為灌漿而完成的鉆孔總進(jìn)尺不低于14 000 m。大多數(shù)年份，甚至在蓄水初期，每年鉆孔總進(jìn)尺至少為20 000 m，有時候鉆孔總進(jìn)尺高達(dá)40 000～50 000 m。

評估報告結(jié)論顯示，盡管采取了大規(guī)模的持續(xù)維護(hù)及調(diào)查工作，但壩基問題并沒有得到有效解決，采取的措施均未明顯有效地改善滲漏問題。

事實上，庫水位的波動已經(jīng)引起了地下水徑流的變化。經(jīng)過2005年和2006年，新發(fā)展形成的許多落水洞，較之前的落水洞更接近大壩。

USACE和SIGIR的研究引發(fā)對大壩長期穩(wěn)定性和安全性的擔(dān)憂，特別是大壩交通廊道到主溢洪道邊墻間的滲漏。

評估報告認(rèn)為，在當(dāng)初選擇壩址時就存在缺陷，對地質(zhì)條件考慮不足。此外在20世紀(jì)80年代早期兩伊戰(zhàn)爭期間，為了縮短工期，決定在水庫蓄水后再利用灌漿廊道進(jìn)行必要的灌漿也存在問題。

評估報告重點論述了這一復(fù)雜的整治工程，在困難的條件下進(jìn)行特殊灌漿，從施工計劃、施工方法到施工設(shè)備都存在不同程度的瑕疵。此外，完全修復(fù)大壩還存在諸如戰(zhàn)爭等很多困難。

特萊維集團(tuán)指出，這些問題導(dǎo)致近些年修復(fù)計劃的實施節(jié)奏明顯放緩。但壩基處理承包商進(jìn)一步陳述了大壩的危急情況，在USACE持續(xù)支持下，伊拉克政府決定在2015年末推動摩蘇爾壩滲漏問題的徹底解決。

4 最新灌漿工程方案

伊拉克政府就摩蘇爾壩的維護(hù)與安全問題，緊急進(jìn)行了國際招標(biāo)，特萊維集團(tuán)成功中標(biāo)摩蘇爾大壩最新修復(fù)工程，并于2016年3月與伊拉克水資源部簽訂了施工合同，合同總金額為2.73億歐元，包括基礎(chǔ)處理、鉆孔和灌漿必要設(shè)備(含攪拌站)的供應(yīng)以及大壩監(jiān)測。特萊維集團(tuán)除了有一個分公司之前參與過摩蘇爾大壩相關(guān)工作外，還承擔(dān)過其他壩的防滲墻修復(fù)工作，如美國沃爾夫克里克(Wolf Creek)土石壩。

USACE摩蘇爾大壩工程首席工程師恩普森(Empson)稱，18個月的合同工期中有6個月用于調(diào)動資源、組裝設(shè)備、建設(shè)加工廠以及建造工人住所，剩下的12個月用于完成鉆孔和灌漿任務(wù)。他還補(bǔ)充道，截止到10月末，工人宿舍和攪拌站已在建設(shè)中，鉆機(jī)已運(yùn)抵現(xiàn)場。

該合同包含大壩泄洪底孔修復(fù)工程以及加固壩基深處灌漿帷幕的大規(guī)模灌漿工程，最初的重點是解決大壩表面和灌漿廊道下已確定的關(guān)鍵部位的缺陷問題。

恩普森指出，該工程面臨很多技術(shù)難題，出現(xiàn)問題應(yīng)及時解決，工程在持續(xù)不斷地向前推進(jìn)。

特萊維集團(tuán)稱，灌漿帷幕加固工作將在檢查廊道內(nèi)進(jìn)行，沿著廊道布置兩排灌漿孔，由于壩基深處存在高地下水壓(壓力高達(dá) 0.8～1.0 MPa)，鉆機(jī)全部使用防噴裝置。

恩普森解釋道，工程師和地質(zhì)學(xué)家對收集到的壩基資料進(jìn)行了分析，包括巖層結(jié)構(gòu)和監(jiān)測數(shù)據(jù)。當(dāng)所有數(shù)據(jù)都指向大壩某一部位存在滲漏問題時，要立即引起關(guān)注，布置鉆孔和灌漿作業(yè)。他還補(bǔ)充道，隨著灌漿作業(yè)的進(jìn)行，應(yīng)根據(jù)新收集到的信息，隨時調(diào)整灌漿位置、灌漿壓力、灌漿漿液。

特萊維集團(tuán)稱，由于廊道內(nèi)環(huán)境潮濕，且嚴(yán)重滲水問題持續(xù)存在，承包商不得不使用意大利索爾麥克公司(Soilmec)生產(chǎn)的電動SM-5微型鉆機(jī)進(jìn)行灌漿造孔。該巖芯鉆機(jī)在最近的寶馬展會(Bauma show)上展出。電動鉆機(jī)特點是廢氣排放量小、輕便小巧、動力強(qiáng)大。對泄洪底孔，需要修復(fù)安全閘門及相關(guān)的機(jī)電設(shè)備，這則需要有潛水員及專業(yè)分包商來完成。