帕萬(wàn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)

李 軍

(新疆喀什地區(qū)岳普湖縣水利局 新疆 喀什 844400)

1 工程概況

帕萬(wàn)水庫(kù)位于在蓋孜河下游，岳普湖縣阿克其鄉(xiāng)12村，阿克其鄉(xiāng)和艾西曼鄉(xiāng)交界處，距岳普湖縣城30km，地理位置在東經(jīng)76°25′58″～76°27′38″，北緯 39°08′55″～39°09′46″。水庫(kù)是一座引蓄蓋孜河河水的注入式平原水庫(kù)，現(xiàn)狀庫(kù)容150萬(wàn)m3，正常蓄水位1235.50m，控制灌溉面積3.2萬(wàn)畝，具有灌溉、養(yǎng)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(kù)大壩、引水渠、放水閘等。大壩為碾壓式均質(zhì)土壩。壩頂高程1236.52m～1237.85m，壩長(zhǎng)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(zhǎng)24.5m，設(shè)計(jì)最大流量2.0m3/s，閘底板高程1233.15m。涵洞處樁號(hào)為0+000，南壩段樁號(hào)為0+000～S1+400、北壩段樁號(hào)為0+000～N1+450。水庫(kù)引水閘為阿其克渠上的一座綜合分水閘，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)底板高程1238.75m，閘墩高1.9m，孔寬在1.2m～2.2m之間。閘門(mén)型式為開(kāi)敞式平板鋼閘門(mén)，水庫(kù)引水流量為7.0m3/s。

2 帕萬(wàn)水庫(kù)的病險(xiǎn)問(wèn)題

帕萬(wàn)水庫(kù)始建于1952年10月，主要由縣建筑水庫(kù)委員會(huì)組織當(dāng)?shù)匕傩眨美虾拥雷蟀?300m，右岸1000m修筑而成，1952年11月7日建成蓄水。據(jù)資料記載，帕萬(wàn)水庫(kù)屬于群眾大會(huì)戰(zhàn)和“三邊”工程，蓄水量一直不多，經(jīng)1958年、1979年、1987年的多次加固，才達(dá)到目前庫(kù)容150萬(wàn)m3的規(guī)模。再加之水庫(kù)建設(shè)年代已久，管理單位對(duì)資料保管不完善，水庫(kù)設(shè)計(jì)、施工、竣工資料，甚至運(yùn)行管理的資料均十分匱乏，暴露出了較多的問(wèn)題。

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

（2）大壩填筑質(zhì)量差，沒(méi)有達(dá)到規(guī)范設(shè)計(jì)要求；部分壩段壩頂超高不夠。

（3）大壩上游壩坡沒(méi)有護(hù)砌，受風(fēng)浪淘刷嚴(yán)重，形成陡坎，壩體斷面結(jié)構(gòu)尺寸不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（4）放水涵洞木質(zhì)閘門(mén)腐朽、破損嚴(yán)重，閘門(mén)槽損壞，止水全部失效，螺桿彎曲嚴(yán)重，啟閉機(jī)基座破損嚴(yán)重，沒(méi)有檢修閘門(mén)，沒(méi)有閘房；

（5）引水、放水土渠沖刷破壞、淤積、滲漏嚴(yán)重，過(guò)水能力不能滿(mǎn)足灌溉要求；

（6）樁號(hào)S1+000～S0+500壩段壩體鼠洞較多；

（7）水庫(kù)管理機(jī)構(gòu)不完善，無(wú)任何監(jiān)測(cè)設(shè)施；

（8）對(duì)外交通不便；沒(méi)有交通、通訊、照明及電力設(shè)施。

2003年8月，喀什地區(qū)水利局組織了大壩安全鑒定專(zhuān)家組對(duì)帕萬(wàn)水庫(kù)進(jìn)行了鑒定：工程質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果為不合格；運(yùn)行管理評(píng)價(jià)結(jié)果為差；結(jié)構(gòu)安全、滲流穩(wěn)定安全及金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)結(jié)果為C級(jí)；抗震安全評(píng)價(jià)為C級(jí)。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2000），帕萬(wàn)水庫(kù)大壩安全評(píng)定為三類(lèi)壩，屬“病險(xiǎn)”水庫(kù)。

3 帕萬(wàn)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固方案

3.1 壩體、壩基防滲設(shè)計(jì)

3.1.1 壩體防滲處理

現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果表明，帕萬(wàn)水庫(kù)壩體的滲透系數(shù)一般在10-3cm/s，且壩后浸潤(rùn)線(xiàn)出逸點(diǎn)位置也較高。設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用壩體內(nèi)斜鋪復(fù)合土工膜的防滲措施，即在樁號(hào)S0+400～N0+700壩段，采用150g/0.5mm/150g二布一膜。依據(jù)《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》要求，防滲膜的厚度應(yīng)不小于0.50mm。另外，考慮防滲膜兩側(cè)的排水、排氣和對(duì)防滲膜的保護(hù)，二布一膜鋪設(shè)在砂礫石防凍墊層之下，沿1∶2.5的壩體方向鋪設(shè)。

具體施工方式為：土工膜在1237.40m高程埋入；在壩體開(kāi)挖“V”型槽，將復(fù)合土工膜的頂端埋入“V”型槽內(nèi)，槽深0.5m，邊坡為1：1；然后回填土料并進(jìn)行人工夯實(shí)，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(shí)注意夯實(shí)需要達(dá)到壩體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.2 壩基防滲處理

本次壩基防滲處理加固在樁號(hào)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(zhǎng)度為1350mm。并且，設(shè)計(jì)要求樁與樁之間搭接長(zhǎng)度不小于175mm，樁的垂直度應(yīng)滿(mǎn)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(shí)停漿，必須在24小時(shí)內(nèi)恢復(fù)輸漿，且再次噴漿時(shí)應(yīng)將樁機(jī)攪拌下沉到停漿面以下0.5m。若超過(guò)24小時(shí)，則應(yīng)和前一樁進(jìn)行對(duì)接，即待水泥墻具有一定強(qiáng)度后，先在接頭處用工程鉆機(jī)鉆孔，然后再灌注水泥砂漿或用粘土進(jìn)行連接處理。

表1 帕萬(wàn)水庫(kù)攪拌樁防滲墻工程量

3.2 壩體加固方案

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告分析，帕萬(wàn)水庫(kù)壩體總體填筑質(zhì)量較差，土體松散狀態(tài)，碾壓合格率僅為68%。但是，根據(jù)壩體滲流及滲透穩(wěn)定分析，壩體滲透流與邊坡基本穩(wěn)定，因此認(rèn)為水庫(kù)建成后40年的運(yùn)行已使其趨于穩(wěn)定，故本次設(shè)計(jì)除了防滲外盡量不做其他處理，以維持現(xiàn)狀，部分壩段壩體加高、加寬時(shí)只將表層30cm的土清除。

加固后壩頂高程統(tǒng)一為1237.70m，壩頂寬度為5m。為便于車(chē)輛行走、巡查、檢修等，壩頂上游側(cè)設(shè)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(hào)0+000～N0+500壩段壩后坡腳開(kāi)挖縱向排水溝，邊坡1∶1，深1m，底寬0.5m，底部埋設(shè)PVC排水花管。排水溝底部及邊坡鋪設(shè)無(wú)紡布，后回填砂礫石。

3.3 護(hù)坡設(shè)計(jì)

水庫(kù)上游護(hù)坡的目的在于抵御風(fēng)浪沖擊，防止壩體凍脹，防止無(wú)粘性土被風(fēng)吹散。根據(jù)帕萬(wàn)壩體現(xiàn)狀，本次除險(xiǎn)加固在樁號(hào)S0+400～N0+700壩段，壩體護(hù)坡采用1：2.5，15cm厚的現(xiàn)澆砼護(hù)坡，并設(shè)置0.35m厚砂礫石防凍墊層，含砂量控制在5%以下。砼護(hù)坡強(qiáng)度等級(jí)C20，抗凍等級(jí)F200，抗?jié)B等級(jí)為W6。為適應(yīng)壩體變形和外界溫差變化，現(xiàn)澆砼板護(hù)坡分塊為3.0m3、2.5m，錯(cuò)縫布置；伸縮變形縫的縫寬2cm，伸縮變形縫內(nèi)充中密填苯板（22kg/m3）及SBS油膏。同時(shí)，為保證壩體內(nèi)滲水排出，在正常蓄水位線(xiàn)以下的每塊砼板上設(shè)3個(gè)排水孔。排水孔間距1.5m，排距0.8m，排水孔孔徑10cm，每個(gè)排水孔底部鋪設(shè)一塊20cm×20cm 300g/m2無(wú)紡布。砼護(hù)坡底部設(shè)置阻滑墻，矩形斷面，寬×高＝0.4m×0.8m，阻滑墻頂高程根據(jù)原地面起伏情況具體定為：在樁號(hào)S0+400～0+000壩段，阻滑墻頂高程為1234.50m；樁號(hào)N0+100～N0+700壩段，阻滑墻頂高程為1233.5m。

另外，在樁號(hào) S1+400～S0+400與N0+700～N1+450壩段采用1：3漿砌石格框內(nèi)填砂礫石護(hù)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(hù)坡采用土質(zhì)護(hù)坡，下游壩坡坡度為1∶2.5。

3.4 放水涵洞設(shè)計(jì)

鑒于原涵洞邊墻與底板混凝土脫落嚴(yán)重，局部有鋼筋出露，出水口底板塌陷，本次除險(xiǎn)加固工程擬對(duì)該水庫(kù)放水涵洞重建。設(shè)計(jì)涵洞進(jìn)口段為“八”字翼墻，長(zhǎng)度4.5m，涵洞進(jìn)口處寬度1m，水平擴(kuò)散角6.3°。洞身段全長(zhǎng)19.0m，涵洞底板高程1233.15m，洞高1.5m，寬1m，現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)。涵洞底板厚0.3m，邊墻厚0.3m。閘室段長(zhǎng)5m，寬2m，底板厚度0.5m，邊墻厚0.5m，也選擇為現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)。閘室與上、下游涵洞連接處均設(shè)橡膠止水帶一周。閘室上部設(shè)現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)的閘井，邊墻厚度0.3m，閘井頂高程1237.7m。閘井頂部設(shè)置0.2m厚鋼筋砼啟閉臺(tái)。另外，墊層作為閘室的基礎(chǔ)，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(shè)計(jì)對(duì)原基礎(chǔ)先換填礫質(zhì)土。換填厚度1.5m，寬度19m。換填時(shí)，礫與土的配合比（質(zhì)量比）取55：45，礫質(zhì)土中最大粒徑不宜大于150mm，但也不宜小于75mm，并對(duì)換填后的礫質(zhì)土進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)度應(yīng)達(dá)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(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)及管理

為了對(duì)加固后的水庫(kù)大壩實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控 ， 在 樁 號(hào) N0+200、N0+700、N1+200、S0+300四個(gè)壩體橫斷面處均設(shè)置浸潤(rùn)線(xiàn)觀測(cè)。每個(gè)斷面內(nèi)的測(cè)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(shè)1根測(cè)壓管。同時(shí)，考慮到帕萬(wàn)水庫(kù)壩線(xiàn)為環(huán)型，且較長(zhǎng)，在工程運(yùn)行期會(huì)增大管理人員人工巡查的難度，且水庫(kù)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(kù)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)水位、閘門(mén)開(kāi)度、引水渠水位的自動(dòng)檢測(cè)，且實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示水庫(kù)水位、流量及閘門(mén)開(kāi)度。另外，為提高水庫(kù)今后的運(yùn)營(yíng)水平，改善管理人員的工作條件，本次設(shè)計(jì)中還將新建管理站房200m2。

4 結(jié)語(yǔ)

帕萬(wàn)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固將解決水庫(kù)存在的隱患問(wèn)題，確保水庫(kù)按庫(kù)容150萬(wàn)m3安全運(yùn)行。水庫(kù)通過(guò)除險(xiǎn)加固后，不但能消除其對(duì)下游灌區(qū)的安全威脅，還可以增加調(diào)節(jié)水量，保證灌區(qū)春秋季農(nóng)業(yè)灌溉用水，有效緩解了灌區(qū)作物灌溉用水的緊張現(xiàn)狀，發(fā)展灌區(qū)經(jīng)濟(jì)，為社會(huì)安定及多民族地區(qū)的團(tuán)結(jié)提供保障。陜西水利