鐵斯巴汗水庫除險(xiǎn)加固方案布置比選分析

胡爾買提·木拉提

(新疆托里縣水利局，新疆 托里 834500)

1 工程概況

工程所在區(qū)域位于準(zhǔn)噶爾盆地西北邊緣托里縣，由于受大氣環(huán)流、地理緯度、地形等因素影響，氣候特點(diǎn)是冬季嚴(yán)寒而漫長，春季升溫不穩(wěn)定，夏季短促而涼爽，秋季降溫快。多年平均年降水量250.6 mm，每年降水量的27.4%～45.3%以積雪形式積存起來；年平均氣溫為5.4 ℃，歷年最低氣溫-36.6 ℃，歷年最高氣溫40.2 ℃，氣溫日、年較差大；無霜凍日數(shù)140 d，實(shí)測(cè)最大凍土深1.54 m。項(xiàng)目區(qū)屬準(zhǔn)噶爾—北天山褶皺系的三級(jí)構(gòu)造單元瑪依勒—加依爾復(fù)向斜內(nèi)[1]。工程區(qū)反應(yīng)譜特征周期0.40 s地震動(dòng)峰值加速度0.15 g，對(duì)應(yīng)的地震烈度為7度[2]。庫區(qū)大部分為第四系覆蓋，只在壩址區(qū)基巖零星出露。基巖在現(xiàn)狀大壩處埋深數(shù)米，離開大壩周圍則基巖埋深急劇變大。綜合判斷，庫壩區(qū)基巖面起伏較大，壩址處基巖凸起，形成穹隆構(gòu)造。

工程規(guī)模為小(1)型，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物4級(jí)，次要建筑物5級(jí)[3]。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇。水庫樞紐主要由大壩、溢洪道和沖砂放水洞組成。該水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主的平原水庫。2016年7月28日鐵斯巴汗水庫遭遇超標(biāo)準(zhǔn)大洪水，受溢洪道泄流能力限制，造成洪水漫壩、局部壩段下游壩體沖毀、溢洪道出口段沖毀、沖砂放水洞閘閥破壞無法正常啟閉。此次除險(xiǎn)加固主要內(nèi)容為：加高加寬大壩沖毀部分；新建放水涵洞及金屬結(jié)構(gòu)；改造溢洪道及增設(shè)壩后消能措施；恢復(fù)原庫容；增設(shè)大壩監(jiān)測(cè)設(shè)施、水文測(cè)報(bào)、通訊等設(shè)施；完善管理制度，提高管理水平。

2 除險(xiǎn)加固布置方案比選

根據(jù)水庫現(xiàn)狀復(fù)核，現(xiàn)有設(shè)施無法滿足水庫防洪、興利要求：大壩不滿足擋水高度，溢洪道難以承泄相應(yīng)洪水，沖砂放水洞無法正常工作。根據(jù)水庫徑流及興利復(fù)核，要求水庫將正常蓄水位抬升至1245.57 m，結(jié)合小型水庫管理水平，水庫汛期限制水位也采用相應(yīng)水位即1245.57 m。因此，本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)總體方案在提高正常蓄水位前提下，提高大壩高度、增加洪水下泄能力間進(jìn)行選擇、組合。除險(xiǎn)加固布置方案如表1所示。

表1 除險(xiǎn)加固方案對(duì)比表

3 除險(xiǎn)加固大壩布置

經(jīng)方案一改造后大壩全長488.18 m，壩頂高程為1247.60 m(現(xiàn)狀壩頂高程為1246.32 m)，壩頂加高1.28 m，最大壩高14.90 m，壩頂寬6.0 m。

左岸擋水壩段樁號(hào)為0-0046.909～0-181.202，全長134.28 m。右岸擋水壩段樁號(hào)為0+204.082～0+336.982，全長132.90 m。均采用鋼筋混凝土擋墻型式，最大墻高為4.4 m，墻頂高程1248.80 m，墻下游回填堆石，堆石頂部設(shè)置100 mm 厚砂礫石路面，路面頂高程1247.60 m。

主河床擋水壩段樁號(hào)為0-046.909～0+000.000、0+030.000～0+204.082，全長220.991 m。原大壩壩型為土工膜斜墻堆石壩，本次加固大壩維持原壩軸線不變，采用帶帽加高方式進(jìn)行加固改造。為保護(hù)原防滲體系，上游壩面及防浪墻維持原狀，緊貼原防浪墻下游新建防浪墻。拆除原壩頂200 mm厚路面，壩頂上游新建“L”型防浪墻，底寬2.1 m，防浪墻頂高程為1248.80 m。拆除下游壩肩路緣石及壩頂部分堆石體，壩頂下游新建反“L”型鋼筋混凝土擋土墻，頂高程為1247.80 m，高出壩頂0.20 m。壩頂加高部分采用堆石料，堆石孔隙率應(yīng)不大于25%。壩頂路面采用100 mm厚砂礫石結(jié)構(gòu)，路面頂高程為1247.60 m。

樁號(hào)0+125.000～0+160.000(原大壩樁號(hào)0+220.000～0+255.000)為大壩沖毀段，本次除險(xiǎn)加固將該段臨時(shí)填筑的不合格混合料挖除，采用堆石料進(jìn)行重新填筑，并碾壓密實(shí)。填筑體下游坡面采用0.4 m×0.4 m×0.08 m(長×寬×厚)預(yù)制混凝土板防護(hù)。

拆除大壩下游破損處混凝土預(yù)制塊護(hù)面并恢復(fù)，混凝土預(yù)制塊尺寸與原混凝土預(yù)制塊尺寸相同。大壩典型斷面見圖1。

圖1 方案一大壩典型斷面圖(單位：mm)

4 壩體抗滑穩(wěn)定及壩體滲流計(jì)算

4.1 壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算

遵照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL 274—2001的規(guī)定[4]，穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法及簡化畢肖普法兩種計(jì)算方法，并以其中較小的安全系數(shù)作為大壩邊坡穩(wěn)定的依據(jù)。穩(wěn)定計(jì)算選取0+100.00最危險(xiǎn)斷面進(jìn)行計(jì)算。穩(wěn)定計(jì)算成果見表2。

表2 穩(wěn)定計(jì)算成果

表中所列的允許安全系數(shù)適用于畢肖普法，對(duì)于瑞典圓弧法，允許安全系數(shù)減小8%。從上可知，大壩穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

4.2 壩體滲流計(jì)算

滲流計(jì)算選取0+100.00最危險(xiǎn)斷面進(jìn)行計(jì)算。滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 大壩滲流計(jì)算成果表

正常蓄水位情況下，大壩全長總滲流量Q為486.5 m3/d。

根據(jù)水庫蓄水運(yùn)行過程，1 a大概有2/3的時(shí)間是正常運(yùn)行期，水庫壩體、壩基年滲漏量

W年滲=Q×365(d/a)×2/3

(1)

從計(jì)算的滲漏量看，壩址處年滲漏量W年滲為11.84×104m3/a，鐵斯巴汗水庫興利庫容為75×104m3，大壩年滲漏量占水庫興利庫容的15.8%。

由表3可以看出，壩后溢出點(diǎn)的滲透比降imax=0.02

5 結(jié) 語

本文從技術(shù)參數(shù)、工程投資以及運(yùn)行管理等方面對(duì)除險(xiǎn)加固的三種方案進(jìn)行了比選，方案一具有投資省，管理便利，易于維護(hù)，安全度高等優(yōu)點(diǎn)，本階段采用方案一。同時(shí)對(duì)方案一壩體進(jìn)行抗滑穩(wěn)定和滲流計(jì)算分析，除險(xiǎn)加固后大壩的穩(wěn)定及滲流指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。