帕万水库除险加固方案设计

2011-05-03李军

陕西水利 2011年2期

李军

(新疆喀什地区岳普湖县水利局新疆喀什 844400)

1 工程概况

帕万水库位于在盖孜河下游，岳普湖县阿克其乡12村，阿克其乡和艾西曼乡交界处，距岳普湖县城30km，地理位置在东经76°25′58″～76°27′38″，北纬 39°08′55″～39°09′46″。水库是一座引蓄盖孜河河水的注入式平原水库，现状库容150万m3，正常蓄水位1235.50m，控制灌溉面积3.2万亩，具有灌溉、养殖、旅游等综合效益，是岳普湖县骨干水利工程之一。其主体建筑包括水库大坝、引水渠、放水闸等。大坝为碾压式均质土坝。坝顶高程1236.52m～1237.85m，坝长2850m，最大坝高4.78m，上游坡比 1：0.33～3.78，下游坡比 1：0.82～4.82，上、下游坡面均为土坡。放水涵洞为单孔圆形洞，直径1.0m，洞长24.5m，设计最大流量2.0m3/s，闸底板高程1233.15m。涵洞处桩号为0+000，南坝段桩号为0+000～S1+400、北坝段桩号为0+000～N1+450。水库引水闸为阿其克渠上的一座综合分水闸，为钢筋混凝土结构，共四孔呈“八”字型排列，流量分别为8.5m3/s、7.0m3/s、0.5m3/s、3.5m3/s，设计底板高程1238.75m，闸墩高1.9m，孔宽在1.2m～2.2m之间。闸门型式为开敞式平板钢闸门，水库引水流量为7.0m3/s。

2 帕万水库的病险问题

帕万水库始建于1952年10月，主要由县建筑水库委员会组织当地百姓，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。据资料记载，帕万水库属于群众大会战和“三边”工程，蓄水量一直不多，经1958年、1979年、1987年的多次加固，才达到目前库容150万m3的规模。再加之水库建设年代已久，管理单位对资料保管不完善，水库设计、施工、竣工资料，甚至运行管理的资料均十分匮乏，暴露出了较多的问题。

（1）坝体、坝基渗漏严重，坝基土渗流不安全。且坝后未设反滤排水设施，坝体S0+200～N0+600坝段坝后渗水严重，坝后形成了沼泽。

（2）大坝填筑质量差，没有达到规范设计要求；部分坝段坝顶超高不够。

（3）大坝上游坝坡没有护砌，受风浪淘刷严重，形成陡坎，坝体断面结构尺寸不满足设计要求。

（4）放水涵洞木质闸门腐朽、破损严重，闸门槽损坏，止水全部失效，螺杆弯曲严重，启闭机基座破损严重，没有检修闸门，没有闸房；

（5）引水、放水土渠冲刷破坏、淤积、渗漏严重，过水能力不能满足灌溉要求；

（6）桩号S1+000～S0+500坝段坝体鼠洞较多；

（7）水库管理机构不完善，无任何监测设施；

（8）对外交通不便；没有交通、通讯、照明及电力设施。

2003年8月，喀什地区水利局组织了大坝安全鉴定专家组对帕万水库进行了鉴定：工程质量评价结果为不合格；运行管理评价结果为差；结构安全、渗流稳定安全及金属结构安全评价结果为C级；抗震安全评价为C级。根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000），帕万水库大坝安全评定为三类坝，属“病险”水库。

3 帕万水库的除险加固方案

3.1 坝体、坝基防渗设计

3.1.1 坝体防渗处理

现场钻孔注水试验结果表明，帕万水库坝体的渗透系数一般在10-3cm/s，且坝后浸润线出逸点位置也较高。设计时考虑采用坝体内斜铺复合土工膜的防渗措施，即在桩号S0+400～N0+700坝段，采用150g/0.5mm/150g二布一膜。依据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》要求，防渗膜的厚度应不小于0.50mm。另外，考虑防渗膜两侧的排水、排气和对防渗膜的保护，二布一膜铺设在砂砾石防冻垫层之下，沿1∶2.5的坝体方向铺设。

具体施工方式为：土工膜在1237.40m高程埋入；在坝体开挖“V”型槽，将复合土工膜的顶端埋入“V”型槽内，槽深0.5m，边坡为1：1；然后回填土料并进行人工夯实，回填土厚度0.5m；最后，在阻滑墙底部，二布一膜用膨胀螺栓固定在阻滑墙上。在回填土料施工时注意夯实需要达到坝体设计标准。

3.1.2 坝基防渗处理

本次坝基防渗处理加固在桩号S0+400～N0+700坝段，采用深层搅拌桩防渗墙，防渗深度8m。深层搅拌桩施工分二序成墙，钻头直径400mm，成墙厚度331mm，孔距225mm，单元成墙长度为1350mm。并且，设计要求桩与桩之间搭接长度不小于175mm，桩的垂直度应满足误差不大于0.5%。桩的搭接形式如图1所示（其中1为一序孔，2为二序孔）。

另外，施工中，若沿桩深方向临时停浆，必须在24小时内恢复输浆，且再次喷浆时应将桩机搅拌下沉到停浆面以下0.5m。若超过24小时，则应和前一桩进行对接，即待水泥墙具有一定强度后，先在接头处用工程钻机钻孔，然后再灌注水泥砂浆或用粘土进行连接处理。

表1 帕万水库搅拌桩防渗墙工程量

3.2 坝体加固方案

根据地质勘察报告分析，帕万水库坝体总体填筑质量较差，土体松散状态，碾压合格率仅为68%。但是，根据坝体渗流及渗透稳定分析，坝体渗透流与边坡基本稳定，因此认为水库建成后40年的运行已使其趋于稳定，故本次设计除了防渗外尽量不做其他处理，以维持现状，部分坝段坝体加高、加宽时只将表层30cm的土清除。

加固后坝顶高程统一为1237.70m，坝顶宽度为5m。为便于车辆行走、巡查、检修等，坝顶上游侧设C15混凝土路沿石，横断面尺寸为0.12m×0.32m，高出坝顶面10cm。另在桩号0+000～N0+500坝段坝后坡脚开挖纵向排水沟，边坡1∶1，深1m，底宽0.5m，底部埋设PVC排水花管。排水沟底部及边坡铺设无纺布，后回填砂砾石。

3.3 护坡设计

水库上游护坡的目的在于抵御风浪冲击，防止坝体冻胀，防止无粘性土被风吹散。根据帕万坝体现状，本次除险加固在桩号S0+400～N0+700坝段，坝体护坡采用1：2.5，15cm厚的现浇砼护坡，并设置0.35m厚砂砾石防冻垫层，含砂量控制在5%以下。砼护坡强度等级C20，抗冻等级F200，抗渗等级为W6。为适应坝体变形和外界温差变化，现浇砼板护坡分块为3.0m3、2.5m，错缝布置；伸缩变形缝的缝宽2cm，伸缩变形缝内充中密填苯板（22kg/m3）及SBS油膏。同时，为保证坝体内渗水排出，在正常蓄水位线以下的每块砼板上设3个排水孔。排水孔间距1.5m，排距0.8m，排水孔孔径10cm，每个排水孔底部铺设一块20cm×20cm 300g/m2无纺布。砼护坡底部设置阻滑墙，矩形断面，宽×高＝0.4m×0.8m，阻滑墙顶高程根据原地面起伏情况具体定为：在桩号S0+400～0+000坝段，阻滑墙顶高程为1234.50m；桩号N0+100～N0+700坝段，阻滑墙顶高程为1233.5m。

另外，在桩号 S1+400～S0+400与N0+700～N1+450坝段采用1：3浆砌石格框内填砂砾石护坡方案。浆砌石格宽度30cm，高度30cm，格框大小2.3m×2.3m。

全坝段的下游护坡采用土质护坡，下游坝坡坡度为1∶2.5。

3.4 放水涵洞设计

鉴于原涵洞边墙与底板混凝土脱落严重，局部有钢筋出露，出水口底板塌陷，本次除险加固工程拟对该水库放水涵洞重建。设计涵洞进口段为“八”字翼墙，长度4.5m，涵洞进口处宽度1m，水平扩散角6.3°。洞身段全长19.0m，涵洞底板高程1233.15m，洞高1.5m，宽1m，现浇钢筋砼结构。涵洞底板厚0.3m，边墙厚0.3m。闸室段长5m，宽2m，底板厚度0.5m，边墙厚0.5m，也选择为现浇钢筋砼结构。闸室与上、下游涵洞连接处均设橡胶止水带一周。闸室上部设现浇钢筋砼结构的闸井，边墙厚度0.3m，闸井顶高程1237.7m。闸井顶部设置0.2m厚钢筋砼启闭台。另外，垫层作为闸室的基础，其要求底面的平均压力不得大于该地面处地基的允许承载力，所以本次设计对原基础先换填砾质土。换填厚度1.5m，宽度19m。换填时，砾与土的配合比（质量比）取55：45，砾质土中最大粒径不宜大于150mm，但也不宜小于75mm，并对换填后的砾质土进行压实，压实度应达到0.98。涵洞出流采用底流式消能，出口处接消力池，消力池底板厚度0.5m。

3.5 自动监控系统及管理

为了对加固后的水库大坝实施实时监控，在桩号 N0+200、N0+700、N1+200、S0+300四个坝体横断面处均设置浸润线观测。每个断面内的测压管为4根，上游坝肩、下游坝肩、下游坝趾前5m及下游坝趾各布设1根测压管。同时，考虑到帕万水库坝线为环型，且较长，在工程运行期会增大管理人员人工巡查的难度，且水库有注入式引水明渠、放水闸等建筑物，管理难度大，考虑引入水库水情测报系统，实现水库水位、闸门开度、引水渠水位的自动检测，且实时动态显示水库水位、流量及闸门开度。另外，为提高水库今后的运营水平，改善管理人员的工作条件，本次设计中还将新建管理站房200m2。