躍進水庫除險加固設計綜述

劉 婷

(新疆生產建設兵團勘測規劃設計研究院一分院，新疆石河子832000)

1 工程概況

躍進水庫是一座引蓄瑪納斯河水的大(2)型注入式平原水庫，地處瑪納斯河沖積扇邊緣泉水溢出帶上，位于新疆瑪納斯縣縣城以北18 km處的仲莊，年調節水量2.5億m3～2.8億m3，規劃灌溉面積7.33萬 hm2，實際灌溉面積6.44萬 hm2。

2007年對躍進水庫進行了大壩安全鑒定，發現水庫調節庫容滿足不了灌區用水需要、部分壩段壩基滲透不穩定、壩頂超高不足、部分護坡破壞嚴重、放水涵洞存在裂縫、大壩觀測設施不全及壩后排水渠不暢等問題，水庫大壩被鑒定為Ⅲ類壩［1］。

2008年9月對該水庫進行了除險加固，加固后總庫容1.018億m3，壩線總長15.9 km，最大壩高15.89 m，水庫主要采用壩體加高及塑性混凝土防滲墻等工程措施。除險加固于2010年5月完成。經過3 a的運行檢驗，證明工程處理措施合理，達到了除險加固目的。

2 除險加固主要工程措施

躍進水庫工程主要由引水渠、大壩、放水涵洞、放水渠、壩后排水系統、防洪搶險道路等部分組成。除險加固工程總體布置主要依托原水庫的布局，主體布置基本沒有變動。

2.1 壩體加高培厚

按照《碾壓式土石壩設計規范》SL274—2001對大壩壩頂安全超高按:①正常蓄水位加正常運用情況的壩頂超高;②正常蓄水位加非正常運用情況的壩頂超高再加地震安全加高。兩種工況進行復核計算，取其大值，根據計算結果水庫的現狀壩頂高程不滿足規范的要求，需進行加高。加固后壩頂高程415.3～417.8 m，壩頂高程變化的地方，壩頂路面以10%的坡度相連［2］。

-0+1100～0+500、12+400～15+790壩段壩頂設計寬度為5.0m，0+500～12+400壩段的壩頂設計寬度為6.0 m，行車道寬度為5.5 m。路面材料為泥結碎石，厚度為20 cm。設有向下游排水的2%橫坡。壩頂下游50 cm處設路緣石，上游壩肩設有路緣石，大壩上游壩坡為1∶2.0;下游壩坡也為1:2.0。1+500～5+150、5+300～7+500原有排水管予以保留。壩體填筑黏性土的壓實度取98%，料場土料的設計干容重按1.75 g/cm3控制。

2.2 大壩基礎防滲處理

根據地質報告提供的砂層分布情況、滲流穩定計算和水庫運行中壩后坡腳的滲水表現，0+000～3+100壩段大壩基礎滲流相對穩定，不需要專門的基礎處理，3+100以東壩段，大壩基礎滲流不穩定，需要進行基礎處理［3］。

本次除險加固對水庫高壩段3+100～10+000壩段基礎進行垂直防滲處理，采用塑性混凝土防滲墻方案，防滲墻厚度為0.30 m。防滲墻頂高程414.10 m～414.70 m，為原壩頂高程。防滲墻底高程深入壩基相對不透水層1.0 m左右。見圖1。

圖1 大壩除險加固典型橫斷面

塑性混凝土防滲墻墻體要求滲透系數＜10-6cm/s，混凝土強度采用90 d齡期為C5，抗滲指標達到W6，混凝土配合比采用一級配，混凝土彈性模量控制在300～1000 MPa。

2.3 上游護坡改造

本次加固對1+400～7+700壩段高程408 m以上護坡進行改造，改建面積13.16萬m2;新增護坡范圍為現狀沒有護坡段和延長壩段，樁號-0+110～0+500、9+500～15+790，新增護坡面積6.44 萬 m2。

1+400～7+700壩段采用現澆混凝土板的型式，技施設計方案為在現有護坡基礎上直接澆筑加厚混凝土面板，板厚10 cm;加高壩體新增混凝土護坡，護坡板寬4.0 m，長3.0 m，錯縫布置，板厚0.15 m，為保護砂礫石墊層，混凝土板縫間鋪設無紡布一層，無紡布規格為400 g/m2。砂礫石墊層厚0.3 m，砂礫石墊層要求粒徑＜0.075 mm的土粒含量＜10%。混凝土等級宜為C30，W6，F300。

施工過程中，此段護坡設計進行了局部變更，主要內容如下:

1)在4+200～6+200壩段上游護坡411.50～415.10 m高程范圍內新增鋼筋網 +15 cm混凝土護面。

2)對1+700～4+200、6+200～7+700壩段上游護坡411.50～415.10 m高程范圍內的原混凝土護面進行涂刷聚氨酯防水黏結涂料處理，處理面積32 199 m2。

-0+110～0+500、9+500～15+790，新增護坡采用現澆混凝土板的型式，護坡板寬4.0 m，長3.0 m，厚0.15 m，錯縫布置，混凝土板縫鋪設無紡布1層，無紡布規格為400 g/m2。砂礫石墊層厚0.3 m，混凝土等級宜為 C30，W6，F300。

2.4 放水涵洞加固修補

1)涵洞裂縫化學灌漿處理:對涵洞洞身出現的裂縫進行化學灌漿處理，灌漿材料為聚氨酯，封孔材料為丙乳砂漿處理長度16.09 m。

2)涵洞伸縮縫修補處理:對涵洞原有伸縮縫使用聚氨酯密封膏、丙乳砂漿進行修補。

3)涵洞洞身修補處理:對涵洞底板和邊墻進行丙乳砂漿修復處理［4］。

4)涵洞洞身充填灌漿:對放水涵洞洞身約20 m的混凝土外側采用水泥砂漿進行充填灌漿，灌漿壓力0.3 MPa左右，材料為普通硅酸鹽水泥。

5)壩體灌漿處理:對放水涵洞壩段進行帷幕灌漿處理，在老壩頂布設兩排灌漿孔，灌漿壓力0.2 MPa。

6)由于壩體加高，啟閉平臺高程由現狀414.80 m加高到417.20 m，豎井加高2.4 m，鋼筋混凝土結構，啟閉平臺至壩頂由長2.0 m，寬7 m的棧橋連接［5］。

2.5 大壩安全監測設施

水庫原來僅有庫水位和放水流量觀測，除險加固設計增設表面變形監測，壩體、壩基滲流壓力觀測設施等監測系統，具體布設如下:

2.5.1 表面位移觀測

在大壩 3+250、3+750、4+250、4+750、6+250、6+750、7+250和11+500斷面設8個觀測橫斷面。

2.5.2 壩體浸潤線觀測和壩基滲透壓力觀測

在大壩 1+950、3+500、4+800、5+300、6+400、8+150、8+800、11+000 和 12+000 樁號設壩體浸潤線觀測和壩基滲透壓力觀測管，每個橫斷面設4排孔，分別布于上下游壩肩、下游壩坡和下游坡腳。

2.5.3 庫水位及冰情觀測

1+200、3+000、7+520樁號處上游護坡面上的活性漆標注的紅、白水尺進行觀測。

2.5.4 滲透流量、滲透水透明度和水質觀測

在縱向排水渠匯入橫向排水渠的位置設20 m長標準測流斷面。

2.6 其他工程措施

1)清淤疏通水庫縱、橫向排水渠14.58 km。

2)改造水庫現有防洪搶險及對外交通道路11.14 km。

3)對水庫大壩0+500～10+200段增設壩頂照明設施。

3 有關經驗總結

本次水庫除險加固采用后壩坡加高培厚結合塑性混凝土防滲墻的方式。新加壩體填筑土為低液限黏土，壓實后滲透系數n×10-8～n×10-6cm/s，填筑壓實度標準取98%，設計干容重取1.75 g/cm3，經過3 a運行檢驗，防滲效果良好。

采用了防滲墻形式，其后壩體理論上可不承擔截滲任務，其主要作用是滿足層間反濾關系，維持壩體輪廓及壩坡穩定。

平原區水庫周圍防滲土料比較豐富，其壓實后滲透系數一般較小，而較小滲透系數的土料培在壩后坡，對滲流控制作用不大，反而有可能抬高壩體浸潤線。

因此建議對于此類筑壩土料要求可適當放寬限制，黏性土、砂礫料及庫盤淤積料均可選用，以經濟實用為主。

目前，我國的混凝土防滲墻技術正朝著兩個方向發展:河床覆蓋層級配均勻、粒徑較小的低水頭防滲工程向著薄型發展;河床覆蓋層分布厚、水頭較高的防滲工程朝著深厚型發展。薄型抓斗混凝土防滲墻對于中、低水頭大壩壩基和壩身的防滲處理更為經濟適用。

當前國際上采用抓斗法施工建造的地下連續墻的最大開挖深度為140 m，最薄的地下連續墻厚度為20 cm。目前我國施工的塑性混凝土防滲墻最小厚度為30 cm。因此，考慮到防滲墻對地層變化的適應能力較強，以及防滲的徹底性，隨著防滲墻施工機械及施工方法的不斷改進，其造價會進一步降低，發展前景應十分廣闊。

北方地區平原區水庫，冬、春季是蓄水期，水庫維持在高水位運行。壩體護坡需承受凍融及冰推冰拔的破壞，受損護坡若不加修復，其損壞程度會越發嚴重。

原施工方案為護坡上澆筑10 cm厚混凝土，經試運行后發現，水下部分凍脹破壞很容易使新老混凝土脫開，冰推水壓易折斷。因此施工中將部分護坡修復方案改為在原護坡上涂抹聚氨酯涂層。

聚氨酯涂層具有造價低、施工便捷及能有效封閉混凝土表層，避免因水滲入新生或加劇病害等特點。并且，其與冰層不易黏連，冰推冰拔對護坡的破壞減輕。從運行效果來看，聚氨酯涂層對護坡保護作用明顯。

4 結語

躍進水庫除險加固總投資為17895.8萬元，水庫除險加固后，可提高下游灌區的灌溉保證率并減少灌區地下水開采，具有顯著的節水、生態及社會效益。

在水資源時空分布不均的地區，水庫對于當地國民經濟發展至關重要，其作用是不可替代的。水庫一般投資較大，使用周期較長，如何更好的發揮水庫功能，使其在生命周期內健康運行，是我們每一個水利工作者應當思考的問題。

設計方案要精益求精，施工方法要不斷改進，管理維護要與時俱進，充分吸收當代科技成果，注重新材料、新工藝及新理念應用，設計施工與建設管理并重。

［1］黃河水利委員會勘測規劃設計研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［2］吳德緒.抓斗法［M］.北京:中國水利水電出版社，2006:27-31.

［3］趙家成，王從鋒，姜利漢.中、小型病險水庫除險加固的研究［J］.三峽大學學報:自然科學版，2005，27(02):119-122.

［4］李德志.基于水庫出險加固大壩穩定及滲流計算［J］.黑龍江水利科技，2011，39(02):66-68.

［5］杜雷功.全國病險水庫除險加固專項規劃綜述［J］.水利水電工程設計，2003，22(03):1-5.