新疆多浪水庫大壩除險加固探析

張舒燁

(阿克蘇綠洲水利工程建設監理站，新疆 阿克蘇 843000)

新疆多浪水庫大壩除險加固探析

張舒燁

(阿克蘇綠洲水利工程建設監理站，新疆 阿克蘇 843000)

摘要：多浪水庫處在塔里木地臺西北邊緣，阿瓦提凹陷南部，運行五十年來水庫存在諸多險情,主要為壩頂安全超高不足，土壩上游防浪護坡破損嚴重，壩基滲漏嚴重。通過分析多浪水庫基本概況，對水庫大壩存在的病險問題進行了探討，從壩體加高、壩坡防護、防滲等方面，提出經濟、適用、可行的大壩除險加固方案，以確保整個水庫除險加固工作順利進行。

關鍵詞：多浪水庫；大壩；加高；防滲；方案

1概況

建于1965年的新疆多浪水庫是農一師塔北灌區唯一一座引水注入式平原調節水庫[1]，設計水位1035.5 m，總庫容1.2億m3，水庫由大壩、泄水、引水工程構成。主壩全長16.952 km(其中：新庫主壩全長14.78 km；南庫主壩T線2.172 km)，灌區總人口約7萬人，占全師人口22%，工農業總產值達到13.2億元。

2多浪水庫大壩存在的主要問題

多浪水庫自投入運行以來，因為多種原因，病險問題日益嚴峻，其中大壩存在以下問題：

(1)壩頂超高不足。多浪水庫設計庫容1.2億m3，根據安全超高計算，現狀壩頂安全超高不足，壩頂高程較復核計算成果普遍偏低。水庫運行過程中，每年水庫高水位期，遇大風均會出現風浪翻過防浪墻的情況，其中2002年10月10日險情較為嚴重，當時水庫運行水位較高，遭遇七級以上大風，主壩段風浪翻過防浪墻，壩后邊坡多處被沖刷成溝。

(2)壩頂寬度不足。多浪水庫壩頂寬不足5.0 m，未達到現行規范要求的下限值。壩頂為土質覆蓋，缺少護面材料，受風蝕、水蝕影響，壩面平整度和外觀差，給水庫的運行管理帶來不便。

(3)水庫壩體迎水面現澆混凝土防浪護坡板受冰推、風浪、凍脹等影響，有破損、斷裂、隆起、塌陷等現象，現狀混凝土板厚度抗風浪能力不足，影響壩體安全運行。根據現場安全檢查，主壩0+000～8+025段導冰坎以上混凝土護坡板破損情況比較突出，斷裂1230塊，空洞24塊，下沉190塊，凸起19塊，破損率達到82%以上，主壩8+025～14+780段、T線壩段上游土緩坡受風浪淘刷嚴重，壩前已形成陡坎。

(4)水庫壩基主要為低液限粉土，屬無限深透水地基，壩后積水問題突出，原設計壩基防滲采用0.18 mm厚的塑膜鋪蓋防滲，但抗老化、抗穿孔能力較差，標準偏低[2]。

3水庫大壩除險加固方案

多浪水庫大壩存在的諸多問題，不僅使得水庫運行效益大打折扣，而且嚴重威脅水庫的安全運行，因此，必須通過除險加固進行解決。

3.1工程建設內容

在維持原設計庫容的同時，加高加寬壩體，解決水庫超高不足的問題；因地制宜選擇好壩體斷面結構型式，解決好水庫護坡防浪、防冰、防凍的問題；加強壩基防滲設計，減少水庫滲漏損失水量和對下游的浸沒影響。

3.2壩體加高設計3.2.1壩頂超高計算

主壩除險加固后，壩上游坡坡比高程1037.01 m以下為1∶25，以上為1∶0.35。水庫在正常蓄水位1037.30 m時，超高計算基本資料見表1。

表1　除險加固后主壩超高計算基本資料

風浪要素計算，根據本地區其他水庫經驗，采用莆田試驗站公式計算波高較為合適：

(1)

(2)

(3)

風浪要素計算見表2。

平均波浪爬高RP的計算見表3。

表2　風浪要素表

表3　波浪爬高計算表

壩頂超高Y=R+e+A，A為安全加高，R取平均波浪爬高R1，對于正常情況取A=1.0 m，計算結果如表4所示。

表4　壩頂超高計算表

3.2.2加高方案

主壩0+000～8+025段由于原壩體護坡結構采用混凝土面板與塑膜防滲結合的護坡結構，本工程僅對損壞嚴重的上部護坡結構進行加固改建，下部護坡結構保留；主壩8+025～14+780段和南庫T線現狀壩前已筑成漿砌石防浪體，且本工程將保留并利用該防浪結構。綜合考慮上述因素，主壩壩體加高方案為先將原壩頂清廢厚度30 cm，然后采用從下游面培厚加高的方法分層碾壓加高。根據土料場的土料擊實實驗成果，壩體土料最大干密度為1.66 g/cm3，最優含水率17.3%，土料回填設計干密度為1.63 g/cm3。

3.3主壩壩體斷面結構型式設計

3.3.1壩頂構造

壩頂寬度根據規范要求，并考慮機械碾壓寬度要求，加高后的壩頂寬度取7.0 m。壩頂蓋面材料采用15 cm厚砂礫石。由于壩線附近土料缺乏，且運距較遠，為減少土方填筑量降低工程造價，在壩頂上游側設混凝土防浪墻，墻高1.2 m。防浪墻每隔15 m設一道結構縫，分縫材料采用2 cm閉孔塑料板。加高后各段壩頂高程及防浪墻頂高程詳見表5。

表5　主壩各分段土壩頂高程表

3.3.2下游壩坡及蓋重

根據本地區已建水庫經驗和壩坡穩定計算，初擬下游壩坡為1∶2。考慮到壩基屬無限深透水地基，土質分布不均勻，壩后流土出現具有不確定性和突發性的特點，為加強壩基和壩后坡角的穩定，壩后設蓋重，蓋重用透水性較好的砂性土填筑，頂寬7 m，蓋重頂設30 cm厚砂礫石，作為運行管理道路。主壩3+200～8+600段屬高壩段，擋水高度較高，現狀壩后溢出點較多，為增強壩基的滲透穩定性，在該段壩后增設砂礫石貼坡排水，簡稱三臺，頂寬3.0 m，頂高程1033.50 m。各壩段壩后高程主壩0+000～13+100間為1036.00 m；主壩13+100～14+780間為1037.00 m；T線壩段為1036.00 m。

3.3.3壩體防滲設計

壩體防滲設計原則上維持原設計型式，即采用上游防浪護坡、復合土工膜和均質碾壓壩體相結合的型式，并將壩體與壩基防滲設施連成整體[2]。

3.4主壩0+000～8+025段上游護坡設計

由于主壩0+000～8+025段導冰坎以下漿砌塊石結構基本完好，導冰坎上部現澆混凝土板斷裂、破損較多，原設計上部護坡為10 cm厚現澆C15混凝土板，通過混凝土護坡板厚度復核計算，原設計護坡板厚度不滿足要求。為降低工程造價，對導冰坎以下原有漿砌石防浪護坡保留利用，對上部破損較多的現澆混凝土板結構予以拆除重建。在靠導冰坎位置，新建C20混凝土擋土墻，擋土墻基礎頂面與原導冰坎齊平，基礎深度50 cm，擋土墻高度2.09 m，頂寬0.4 m，迎水面坡比1∶0.35，擋土墻頂高程1039.10 m。主壩頂高程1039.10 m，頂寬7 m。在擋土墻頂設置C25鋼筋混凝土防浪墻，墻高1.2 m，墻頂高程1040.30 m。為防止冰推破壞防浪墻，在擋土墻頂設反弧形導冰帽沿；為防止壩體表層土壤鹽聚，硫酸鹽對混凝土腐蝕，在混凝土與壩體土接觸處混凝土表層涂刷瀝青兩遍。

3.5主壩8+025～14+780段和南庫T線上游護坡設計

主壩8+025～14+780段和南庫T線現狀均為塑膜防滲均質土壩，考慮采用相同上游護坡結構。此段主壩現狀壩前防浪土緩坡由于受風浪淘刷嚴重。在歷年的防洪搶險過程中已在陡坎處筑成漿砌塊石防浪體，通過現場調查該漿砌塊石擋土墻結構基本完好，另據壩體加高后擋土墻抗滑穩定驗算，該漿砌石擋土墻穩定性滿足規范要求，本工程保留利用。

其護坡型式，壩前迎水面利用現有漿砌石擋土墻，并將其加高后和混凝土板護坡結合方案。現狀壩前漿砌石擋土墻頂高程1037.50 m，基礎置于防浪穩定高程1035.50 m，僅高出除險加固后水庫正常蓄水位0.2 m，為防冰推影響上部結構需將擋土墻加高0.3 m。擋土墻頂與加高后壩頂之間采用1∶2.5的混凝土板護坡連接，護坡板上設置混凝土消浪坎。護坡結構自下至上依次為：5 cm聚苯乙烯保溫板、復合土工膜(兩布一膜，膜厚0.5 mm)、現澆C20混凝土板15 cm，壩頂高程1038.90 m。為減少土方填筑量，壩頂設1.2 m高 C25鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程1040.10 m。為防表層土鹽聚破壞混凝土，防浪墻基礎采用抗硫酸鹽水泥，混凝土板護坡板分縫為3 m×3 m，縫寬2 cm，采用閉孔塑料板分縫。

3.6壩基防滲設計

主壩地基1029.0 m高程以下為粉土質砂，含細粒土砂、級配不良砂次之，局部夾1.0～3.0 m厚的低液限粉土、低液限黏土夾層。壩基屬無限深透水地基。壩后流土和積水隨水庫水位上升呈逐漸加劇趨勢。本次除險加固工程正常蓄水位1037.30 m，較原設計水位高0.8 m，為防止壩基滲透變形破壞，需進一步加強壩基防滲設計。

防滲方案采用多頭小直徑深層攪拌樁水泥土截滲墻防滲[3]。主壩0+000～8+025段，多頭小直徑防滲墻位于壩坡據腳阻滑墻3.25 m處，截滲墻頂設帽梁，截滲墻深入帽梁20 cm，帽梁與護坡板阻滑墻間采用現澆混凝土下鋪復合土工膜(兩布一膜，膜厚0.5 mm)和30 cm砂礫石防凍層的結構型式，使截滲墻、帽梁和壩體護坡形成連續防滲體。現澆混凝土平臺頂高程1034.50 m。

主壩8+025～14+780段和南庫T線，多頭小直徑防滲墻設置于距擋土墻前齒3.25 m處，截滲墻頂設帽梁，截滲墻深入帽梁20 cm，帽梁與漿砌石擋土墻之間鋪砌30 cm塊石[3]，其下依次為10 cm壤土保護層和復合土工膜(兩布一膜，膜厚0.5 mm)，帽梁與庫盤銜接處設3 m寬塊石平臺(塊石可利用主壩0+000～8+025段拆除混凝土替代)，厚度30～50 cm。

此外，為加強壩基抵抗滲透破壞的能力，并在壩后設蓋重，蓋重用透水性較好的砂性土填筑，頂寬7 m，對防止壩基軟土擠出，提高壩基和壩后坡的穩定均較有利，并可作為壩后永久性道路。水泥土防滲墻滲透破壞比降不小于200，取設計允許滲透破壞比降為70，水庫運行最高水頭6.84 m，考慮一定的安全裕度，設計成墻厚度200 mm。

主壩0+000～8+025段C20混凝土擋土墻計算簡圖見圖1，主壩8+025～14+780段和南庫T線方漿砌石擋土墻計算簡圖見圖2。

圖1　主壩0+000～8+025段擋土墻計算簡圖(尺寸單位：cm)

圖2　主壩8+025～14+780段和南庫T線擋土墻計算簡圖(尺寸單位：cm)

4結語

通過除險加固，提高了灌區灌溉保證率和阿拉爾市供水保證率。消除壩的不安全因素，大大提高工程的安全度,將有效地減少水庫的水量損失，提高水的利用率，可減少水量損失2686.86萬m3,為當地水資源綜合利用和社會經濟、生態環境建設發揮積極作用。

參考文獻：

[1]奉偉靈.塔里木灌區多浪水庫水體更替周期計算[J].科學與財富，2011(2)：39.

[2]李紅麗.新疆生產建設兵團農一師多浪水庫滲流安全評價[J].中國水運(下半月)，2013(8)：177-178.

[3]苗建全.多頭小直徑截滲墻技術在多浪水庫除險加固工程中的應用[J].中國水運(下半月)，2013(4)：46.

作者簡介：張舒燁(1972-),男，工程師，主要從事水利建設監理工作。

中圖分類號：TV698.2+3

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)04-0087-04