克孜加爾一庫大壩滲流安全評價分析

趙達提·克依木別

（烏蘇市興源水務有限公司，新疆 烏蘇 833000）

1 克孜加爾一庫概況

克孜加爾一庫位于烏蘇市古爾圖鎮農業三隊境內，距烏蘇市120 km，距古爾圖鎮7 km，是一座平原水庫，總庫容407×104m3，興利庫容272×104m3，死庫容135×104m3，水庫樞紐主要包括大壩、放水涵洞?？俗渭訝栆粠鞂倨皆畮?，總庫容407×104m3，水庫下游控制灌溉面積0.9825 萬畝，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000）的規定，本工程等別為IV 等，工程規模為小（1）型，主要建筑物為4 級，次要建筑物為5 級，臨時性水工建筑物為5 級。克孜加爾水庫大壩為均質壩，壩長2865 m，最大壩高9.56 m，其中主壩段（0-075～0+400）壩頂高程達到371.14 m、左副壩段（1-315～0-075）壩頂高程達到370.52 m、右副壩段（0+400～0+775）壩頂高程達到371.14 m、（0+775～1+550）壩頂高程必須達到370.33 m。壩頂寬4 m，上游壩坡為1∶2.5，采用0.15 m 厚C20F200 砼板護坡，下游壩坡1∶2。

克孜加爾一庫建于1974 年，于1976 年完工，屬于無勘察、無設計和無施工驗收的“三無工程”，基礎資料缺乏。除險加固前大壩及放水涵洞已出現不同程度的損壞及老化，不能充分發揮興利效益，嚴重威脅著下游人民生命財產安全。2007 年10月22 日專家組對克孜加爾一庫進行了安全鑒定，壩體壩基滲流性態不安全，滲流安全評定為C 級。2008 年8 月，塔城地區水利水電勘察設計院完成了克孜加爾一庫除險加固初步設計工作。2009 年9 月工程開工建設，2011 年8 月克孜加爾一庫除險加固工程通過竣工驗收。

2 大壩滲流運行表現

2.1 滲流運行總體表現

克孜加爾一庫除險加固工程布置采用原樞紐布置，除險加固后大壩全長2865 m，壩型為均質土壩。壩軸線呈“П”型，其中壩樁號1-315～0-075 段（左副壩長1240 m），壩軸線呈南北方向。壩樁號0-075～0+400 段（主壩段長475 m），壩軸線呈東西方向。壩樁號0+400～1+550 段（右副壩長1150 m），壩軸線呈南北方向。

經現場檢查，趾板及防浪墻無開裂縫，壩體無貫穿裂縫，下游壩坡面平整完好，壩頂無明顯不均勻沉降，大壩除險加固至今未曾發現壩體、壩基有大流量滲漏現象，大壩運行正常。

水庫工程各觀測參數在防洪度汛過程中仔細測量，未發現有異常參數出現，水庫兩岸邊坡地質較穩定，沒有出現滑坡等不穩定現象。大壩整體工作狀態一切正常，泄洪達到了設計洪水標準，大壩工程未發現有工程質量問題，大壩運行正常。

2.2 滲流量基本情況觀測資料表現

根據水庫大壩0-200、0+250、0+400 監測斷面測壓管監測資料，將2011 年～2016 年每年庫水位最高一次的測壓管監測數據進行整理，根據各監測斷面對應的最高庫水位、測壓管監測數據和繪制的浸潤線圖計算大壩的滲透比降[1]。根據現場檢查可知，壩后坡及壩腳均未見到有水溢出，說明壩后的水溢出點很遠，為從安全考慮，推測未來的壩后溢出點在坡腳，故計算時確定下游水位在壩后坡腳。壩體填筑料低液限粘土層壩后滲透比降計算見表1。

表1 大壩低液限粘土層壩后滲透比降計算表

根據表1 可知，三個斷面大壩低液限粘土層滲透比降值為0.067～0.147，均小于允許值0.226。因此，除險加固后大壩壩體低液限粘土層滲透穩定，不會產生滲透破壞。

3 水庫大壩滲流安全監測

根據壩樁號0-200、0+250、0+400 等三個滲流監測斷面滲流監測數據分析，在高水位運行期，通過壩體浸潤線觀測數據表顯示，管井實際浸潤線在設計浸潤線以下，大壩水位上下波動，浸潤線變化值基本在設計范圍內，壩體運行正常、壩后滲流基本符合設計要求，放水涵洞水流，流速正常，流態平穩，建筑物上下游水位銜接較順暢。但是滲流量與庫水位存在一定的相關關系，隨著庫水位的提高，克孜加爾一庫大壩仍存在出現滲流的可能。

4 大壩滲流計算分析安全評價分析

4.1 主壩滲流觀測資料分析

根據《水工設計手冊》（第二版），目前土石壩滲流系數反演計算基于穩定的滲流場，因此，用于反演分析的資料應該也是對應的穩定滲壓水位[2]。由于克孜加爾一庫主壩滲流觀測主要采用的是測壓管觀測，滲透水體在土體中流動需要時間以及非飽和土體的充水時間，一般測壓管觀測到的水位要滯后于相應的庫水位。反映到實測資料就是測壓管水位達到峰（谷）值的時刻往往比庫水位達到峰（谷）值的時刻要晚。根據觀測資料，一般觀測的測壓管水位滯后于庫水位5 d～10 d。根據各測壓管觀測資料分析，C5 測壓管水位變化一直比較穩定，本次選擇C5 所在的主壩橫斷面（圖1）進行反演分析。

圖1 克孜加爾一庫主壩滲流反演計算典型斷面

根據資料的完整性，選取2012 年和2014 年的資料作為反演分析的基礎資料。本次共選取兩組數據進行反演計算：

（1）2012 年C5 測壓管管內最高值為364.86 m，出現在2012 年10 月9 日，按照測壓管觀測數據滯后水庫水位10 d～15 d，可采用10 月下旬的庫水位平均值362.40 m 進行反演計算。

（2）2014 年C5 測壓管管內最高值為363.44 m，出現在2014 年6 月中旬，按照測壓管觀測數據滯后水庫水位10 d～15 d，可采用6 月下旬的庫水位平均值363.21 m 進行反演計算。

根據《烏蘇市克孜加爾一庫庫除險加固初步設計報告》提供的參數及本階段地質勘察報告，選擇滲流計算的代表性斷面為0-400 斷面、0-200 最大橫斷面、0+250 斷面，克孜加爾一庫壩體填筑料滲透系數為7.6×10-6cm/s，壩基粉土層滲透系數6.9×10-4cm/s，壩基粉砂層滲透系數5.6×10-3cm/s。

經計算，水庫主壩滲流的出逸坡降0.012～0.21，根據本階段地質勘探提供的參數，主壩土體的允許坡降為0.30，主壩滲流最大出逸坡降小于允許坡降，主壩壩體沒有滲透破壞的可能。

4.2 安全評價分析

綜上可知大壩壩體、壩基滲透穩定，大壩防滲和反濾排水設施完善，大壩運行過程中，未發現裂縫、滑動、隆起、塌坑、流土、管涌現象。通過監測資料分析，浸潤線與庫水位呈正向關系，在各種運行工況下，大壩在0-200、0-400、0+250 斷面各土層計算滲流比降值均小于允許滲透比降值，大壩壩體、壩基滲透穩定。放水涵洞混凝土結構與壩體無接觸沖刷等滲透穩定問題，大壩滲流性態基本安全，滲流安全評價為B 級。

5 結論

克孜加爾一庫自上世紀70 年代運行以來，大壩及放水涵洞已出現不同程度的損壞及老化，不能充分發揮興利效益，嚴重威脅著下游人民生命財產安全，2007 年對水庫進行的安全鑒定結果表明，壩體壩基滲流性態不安全，滲流安全評定為C 級。2009年對水庫進行了除險加固處理，根據除險加固后水庫大壩監測資料分析計算的三個斷面大壩低液限粘土層滲透比降值均小于允許值，可見，大壩壩體低液限粘土層滲透穩定，不會產生滲透破壞，水庫主壩滲流的出逸坡降大于允許坡降，主壩壩體沒有滲透破壞的可能。建議盡快對大壩壩體及放水涵洞已出現不同程度的損壞及老化問題進行解決，確保大壩能夠正常安全運行。