帕萬水庫除險加固方案設計

李 軍

(新疆喀什地區岳普湖縣水利局 新疆 喀什 844400)

1 工程概況

帕萬水庫位于在蓋孜河下游，岳普湖縣阿克其鄉12村，阿克其鄉和艾西曼鄉交界處，距岳普湖縣城30km，地理位置在東經76°25′58″～76°27′38″，北緯 39°08′55″～39°09′46″。水庫是一座引蓄蓋孜河河水的注入式平原水庫，現狀庫容150萬m3，正常蓄水位1235.50m，控制灌溉面積3.2萬畝，具有灌溉、養殖、旅游等綜合效益，是岳普湖縣骨干水利工程之一。其主體建筑包括水庫大壩、引水渠、放水閘等。大壩為碾壓式均質土壩。壩頂高程1236.52m～1237.85m，壩長2850m，最大壩高4.78m，上游坡比 1：0.33～3.78，下游坡比 1：0.82～4.82，上、下游坡面均為土坡。放水涵洞為單孔圓形洞，直徑1.0m，洞長24.5m，設計最大流量2.0m3/s，閘底板高程1233.15m。涵洞處樁號為0+000，南壩段樁號為0+000～S1+400、北壩段樁號為0+000～N1+450。水庫引水閘為阿其克渠上的一座綜合分水閘，為鋼筋混凝土結構，共四孔呈“八”字型排列，流量分別為8.5m3/s、7.0m3/s、0.5m3/s、3.5m3/s，設計底板高程1238.75m，閘墩高1.9m，孔寬在1.2m～2.2m之間。閘門型式為開敞式平板鋼閘門，水庫引水流量為7.0m3/s。

2 帕萬水庫的病險問題

帕萬水庫始建于1952年10月，主要由縣建筑水庫委員會組織當地百姓，利用老河道左岸1300m，右岸1000m修筑而成，1952年11月7日建成蓄水。據資料記載，帕萬水庫屬于群眾大會戰和“三邊”工程，蓄水量一直不多，經1958年、1979年、1987年的多次加固，才達到目前庫容150萬m3的規模。再加之水庫建設年代已久，管理單位對資料保管不完善，水庫設計、施工、竣工資料，甚至運行管理的資料均十分匱乏，暴露出了較多的問題。

（1）壩體、壩基滲漏嚴重，壩基土滲流不安全。且壩后未設反濾排水設施，壩體S0+200～N0+600壩段壩后滲水嚴重，壩后形成了沼澤。

（2）大壩填筑質量差，沒有達到規范設計要求；部分壩段壩頂超高不夠。

（3）大壩上游壩坡沒有護砌，受風浪淘刷嚴重，形成陡坎，壩體斷面結構尺寸不滿足設計要求。

（4）放水涵洞木質閘門腐朽、破損嚴重，閘門槽損壞，止水全部失效，螺桿彎曲嚴重，啟閉機基座破損嚴重，沒有檢修閘門，沒有閘房；

（5）引水、放水土渠沖刷破壞、淤積、滲漏嚴重，過水能力不能滿足灌溉要求；

（6）樁號S1+000～S0+500壩段壩體鼠洞較多；

（7）水庫管理機構不完善，無任何監測設施；

（8）對外交通不便；沒有交通、通訊、照明及電力設施。

2003年8月，喀什地區水利局組織了大壩安全鑒定專家組對帕萬水庫進行了鑒定：工程質量評價結果為不合格；運行管理評價結果為差；結構安全、滲流穩定安全及金屬結構安全評價結果為C級；抗震安全評價為C級。根據《水庫大壩安全評價導則》（SL258-2000），帕萬水庫大壩安全評定為三類壩，屬“病險”水庫。

3 帕萬水庫的除險加固方案

3.1 壩體、壩基防滲設計

3.1.1 壩體防滲處理

現場鉆孔注水試驗結果表明，帕萬水庫壩體的滲透系數一般在10-3cm/s，且壩后浸潤線出逸點位置也較高。設計時考慮采用壩體內斜鋪復合土工膜的防滲措施，即在樁號S0+400～N0+700壩段，采用150g/0.5mm/150g二布一膜。依據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》要求，防滲膜的厚度應不小于0.50mm。另外，考慮防滲膜兩側的排水、排氣和對防滲膜的保護，二布一膜鋪設在砂礫石防凍墊層之下，沿1∶2.5的壩體方向鋪設。

具體施工方式為：土工膜在1237.40m高程埋入；在壩體開挖“V”型槽，將復合土工膜的頂端埋入“V”型槽內，槽深0.5m，邊坡為1：1；然后回填土料并進行人工夯實，回填土厚度0.5m；最后，在阻滑墻底部，二布一膜用膨脹螺栓固定在阻滑墻上。在回填土料施工時注意夯實需要達到壩體設計標準。

3.1.2 壩基防滲處理

本次壩基防滲處理加固在樁號S0+400～N0+700壩段，采用深層攪拌樁防滲墻，防滲深度8m。深層攪拌樁施工分二序成墻，鉆頭直徑400mm，成墻厚度331mm，孔距225mm，單元成墻長度為1350mm。并且，設計要求樁與樁之間搭接長度不小于175mm，樁的垂直度應滿足誤差不大于0.5%。樁的搭接形式如圖1所示（其中1為一序孔，2為二序孔）。

另外，施工中，若沿樁深方向臨時停漿，必須在24小時內恢復輸漿，且再次噴漿時應將樁機攪拌下沉到停漿面以下0.5m。若超過24小時，則應和前一樁進行對接，即待水泥墻具有一定強度后，先在接頭處用工程鉆機鉆孔，然后再灌注水泥砂漿或用粘土進行連接處理。

表1 帕萬水庫攪拌樁防滲墻工程量

3.2 壩體加固方案

根據地質勘察報告分析，帕萬水庫壩體總體填筑質量較差，土體松散狀態，碾壓合格率僅為68%。但是，根據壩體滲流及滲透穩定分析，壩體滲透流與邊坡基本穩定，因此認為水庫建成后40年的運行已使其趨于穩定，故本次設計除了防滲外盡量不做其他處理，以維持現狀，部分壩段壩體加高、加寬時只將表層30cm的土清除。

加固后壩頂高程統一為1237.70m，壩頂寬度為5m。為便于車輛行走、巡查、檢修等，壩頂上游側設C15混凝土路沿石，橫斷面尺寸為0.12m×0.32m，高出壩頂面10cm。另在樁號0+000～N0+500壩段壩后坡腳開挖縱向排水溝，邊坡1∶1，深1m，底寬0.5m，底部埋設PVC排水花管。排水溝底部及邊坡鋪設無紡布，后回填砂礫石。

3.3 護坡設計

水庫上游護坡的目的在于抵御風浪沖擊，防止壩體凍脹，防止無粘性土被風吹散。根據帕萬壩體現狀，本次除險加固在樁號S0+400～N0+700壩段，壩體護坡采用1：2.5，15cm厚的現澆砼護坡，并設置0.35m厚砂礫石防凍墊層，含砂量控制在5%以下。砼護坡強度等級C20，抗凍等級F200，抗滲等級為W6。為適應壩體變形和外界溫差變化，現澆砼板護坡分塊為3.0m3、2.5m，錯縫布置；伸縮變形縫的縫寬2cm，伸縮變形縫內充中密填苯板（22kg/m3）及SBS油膏。同時，為保證壩體內滲水排出，在正常蓄水位線以下的每塊砼板上設3個排水孔。排水孔間距1.5m，排距0.8m，排水孔孔徑10cm，每個排水孔底部鋪設一塊20cm×20cm 300g/m2無紡布。砼護坡底部設置阻滑墻，矩形斷面，寬×高＝0.4m×0.8m，阻滑墻頂高程根據原地面起伏情況具體定為：在樁號S0+400～0+000壩段，阻滑墻頂高程為1234.50m；樁號N0+100～N0+700壩段，阻滑墻頂高程為1233.5m。

另外，在樁號 S1+400～S0+400與N0+700～N1+450壩段采用1：3漿砌石格框內填砂礫石護坡方案。漿砌石格寬度30cm，高度30cm，格框大小2.3m×2.3m。

全壩段的下游護坡采用土質護坡，下游壩坡坡度為1∶2.5。

3.4 放水涵洞設計

鑒于原涵洞邊墻與底板混凝土脫落嚴重，局部有鋼筋出露，出水口底板塌陷，本次除險加固工程擬對該水庫放水涵洞重建。設計涵洞進口段為“八”字翼墻，長度4.5m，涵洞進口處寬度1m，水平擴散角6.3°。洞身段全長19.0m，涵洞底板高程1233.15m，洞高1.5m，寬1m，現澆鋼筋砼結構。涵洞底板厚0.3m，邊墻厚0.3m。閘室段長5m，寬2m，底板厚度0.5m，邊墻厚0.5m，也選擇為現澆鋼筋砼結構。閘室與上、下游涵洞連接處均設橡膠止水帶一周。閘室上部設現澆鋼筋砼結構的閘井，邊墻厚度0.3m，閘井頂高程1237.7m。閘井頂部設置0.2m厚鋼筋砼啟閉臺。另外，墊層作為閘室的基礎，其要求底面的平均壓力不得大于該地面處地基的允許承載力，所以本次設計對原基礎先換填礫質土。換填厚度1.5m，寬度19m。換填時，礫與土的配合比（質量比）取55：45，礫質土中最大粒徑不宜大于150mm，但也不宜小于75mm，并對換填后的礫質土進行壓實，壓實度應達到0.98。涵洞出流采用底流式消能，出口處接消力池，消力池底板厚度0.5m。

3.5 自動監控系統及管理

為了對加固后的水庫大壩實施實時監控 ， 在 樁 號 N0+200、N0+700、N1+200、S0+300四個壩體橫斷面處均設置浸潤線觀測。每個斷面內的測壓管為4根，上游壩肩、下游壩肩、下游壩趾前5m及下游壩趾各布設1根測壓管。同時，考慮到帕萬水庫壩線為環型，且較長，在工程運行期會增大管理人員人工巡查的難度，且水庫有注入式引水明渠、放水閘等建筑物，管理難度大，考慮引入水庫水情測報系統，實現水庫水位、閘門開度、引水渠水位的自動檢測，且實時動態顯示水庫水位、流量及閘門開度。另外，為提高水庫今后的運營水平，改善管理人員的工作條件，本次設計中還將新建管理站房200m2。

4 結語

帕萬水庫的除險加固將解決水庫存在的隱患問題，確保水庫按庫容150萬m3安全運行。水庫通過除險加固后，不但能消除其對下游灌區的安全威脅，還可以增加調節水量，保證灌區春秋季農業灌溉用水，有效緩解了灌區作物灌溉用水的緊張現狀，發展灌區經濟，為社會安定及多民族地區的團結提供保障。陜西水利