伊拉克摩蘇爾大壩壩基修復工程

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，需要進行不斷地維護處理。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，伊拉克政府授權美國陸軍工程師團(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)集團下屬專門從事地基基礎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年底開始進行鉆探，標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包括大壩泄洪底孔修復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80年代初，1984年建成，壩體填筑總方量3 770萬m3。設有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?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重的滲漏問題，盡管設計方和施工方沿著壩軸線進行了大規(guī)模帷幕灌漿，灌漿孔深達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行補充性灌漿。在隨后的幾年里，壩基滲漏問題越來越嚴重。

自20世紀80年代中期以來，為處理主要建筑物的滲漏問題進行了連續(xù)灌漿。特萊維集團羅凱坶(Rokem)合資公司開展了基礎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?shù)卣陀嘘P各方都充分認識到可溶巖中的滲漏還會繼續(xù)發(fā)生，還需要不斷地進行灌漿，而要有效地維護工程正常運行，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)爭的結束，有關方面開始嚴格檢查伊拉克基礎設施、國家資產(chǎn)和恢復其功能的能力，該項工作是伊拉克新政府過渡期的一項任務。

10 a前，對具有戰(zhàn)略位置的摩蘇爾大壩現(xiàn)狀和需要進行加固處理的措施進行了評估，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年灌漿量達到550 t，1998年達到750 t。1986～2007年平均每年基礎注漿200 t。

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

評估報告結論顯示，盡管采取了大規(guī)模的持續(xù)維護及調(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。

評估報告認為，在當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行必要的灌漿也存在問題。

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

特萊維集團指出，這些問題導致近些年修復計劃的實施節(jié)奏明顯放緩。但壩基處理承包商進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與安全問題，緊急進行了國際招標，特萊維集團成功中標摩蘇爾大壩最新修復工程，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，包括基礎處理、鉆孔和灌漿必要設備(含攪拌站)的供應以及大壩監(jiān)測。特萊維集團除了有一個分公司之前參與過摩蘇爾大壩相關工作外，還承擔過其他壩的防滲墻修復工作，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、組裝設備、建設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。他還補充道，截止到10月末，工人宿舍和攪拌站已在建設中，鉆機已運抵現(xiàn)場。

該合同包含大壩泄洪底孔修復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鍵部位的缺陷問題。

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

特萊維集團稱，灌漿帷幕加固工作將在檢查廊道內(nèi)進行，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 0.8～1.0 MPa)，鉆機全部使用防噴裝置。

恩普森解釋道，工程師和地質(zhì)學家對收集到的壩基資料進行了分析，包括巖層結構和監(jiān)測數(shù)據(jù)。當所有數(shù)據(jù)都指向大壩某一部位存在滲漏問題時，要立即引起關注，布置鉆孔和灌漿作業(yè)。他還補充道，隨著灌漿作業(yè)的進行，應根據(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。

特萊維集團稱，由于廊道內(nèi)環(huán)境潮濕，且嚴重滲水問題持續(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微型鉆機進行灌漿造孔。該巖芯鉆機在最近的寶馬展會(Bauma show)上展出。電動鉆機特點是廢氣排放量小、輕便小巧、動力強大。對泄洪底孔，需要修復安全閘門及相關的機電設備，這則需要有潛水員及專業(yè)分包商來完成。