以卡尔巴斯曼水库大坝为例，谈中小型水库除险加固工程措施

2016-09-23艾尔肯阿布都拉喀什地区盖孜河流域管理处

珠江水运 2016年16期

◎ 艾尔肯·阿布都拉　喀什地区盖孜河流域管理处

◎ 艾尔肯·阿布都拉喀什地区盖孜河流域管理处

卡尔巴斯曼水库建于1974年，是一座小（I）型引水注入式平原水库，水库迎水面无防浪设施，水位变化范围内的大部分坝面已被风浪剥蚀破坏，整个水库渗漏损失严重，大坝的渗流稳定不安全。为使水库运行的安全得到保障，使水库工程效益得到最大程度的发挥，急需做好水库的除险加固工作。除险加固措施为坝前护坡采用现浇砼板防浪，坝体采用斜铺土工膜，坝基采用深层搅拌桩防渗，使坝体坝基形成一个防渗整体。有效降低渗漏损失。

卡尔巴斯曼水库除险加固措施坝前护坡现浇砼板防浪坝体斜铺土工膜坝基采用深层搅拌桩整体防渗

1.概述

卡尔巴斯曼水库位于喀什地区叶城县洛克乡境内，喀什至和田公路北侧。地理坐标为北纬37°56＇13＂，东经77°36＇22＂，水库东北部为塔克拉玛干沙漠，西侧为沙漠荒丘，东部为乡村，北边为卡地列亚洪沟，南面为达勒可亚泉水沟，现状沟深约10m，工程区距县城约45km。

卡尔巴斯曼水库建于1974年，是一座小（I）型引水注入式平原水库，坝长1198m，最大坝高12.5m，总库容748.80万m3，其中死库容300万m3，兴利库容208万m3，调洪库容240.8万m3，控制灌溉面积2.2万亩。水库大坝为均质土坝，水库水源主要以汇集在该水库上游的达勒可亚洪沟洼地内溢出的泉水为主，水库地理地势高低由南向北递减，其海拔高程的范围为1295～1325m。

2.大坝存在的主要问题和除险加固缘由

卡尔巴斯曼水库建设期间，受限于有限的资金投入，以及相对较低的设计、施工水平，工程设计与施工存在许多方面不符合标准。大坝运行30多年后，坝基、坝体包括配套工程在内出现了大量的安全隐患，导致水库运行过程中状况百出。目前水库已不能正常运行，同时水库存在的隐患已威胁到灌区基本设施和人民生命财产安全。

大坝存在各种各样的问题，具体表现在：第一，大坝的坝基，所处地基的土质组成主要为粉砂，该土质具有较强的透水性，并且坝基中没有截渗处理措施的应用，坝基存在大量渗漏的情况；第二，大坝修建过程中，坝体的压实不够紧密，导致其填筑密实度较差。水库内侧未设置防浪设施，水位到达部分的坝面已遭受严重的风浪冲击与损坏，部分坝面已经变成陡峭的坎，对坝体稳定及大坝安全均产生不良影响；第三，未合理设置大坝下游坝坡的坡度，坡体土结构不坚固，在主坝0+100～0+350，0+450～0+850坡脚处有部分水滩，坝体浸润线出逸点高于坝坡脚地面，坝坡坡脚无排水沟，大坝的渗流安全无法得到保证。

根据《大坝安全鉴定报告书》的结论，目前水库主要存在以下问题：

（1）大坝填筑材料为含砂低液限粉土，属中强透水体，坝体渗水现象严重。

（2）大坝上游坝坡没有设置防浪护坡，在正常蓄水位处坝坡被风浪严重淘刷，时刻威胁坝体安全。

（3）缺少泄洪设施。

（4）坝基为严重液化土类，存在地震液化的可能，影响坝体及水库安全；

（5）大坝坝顶、上游坝坡和下游坝坡均存在塌陷现象，对坝体安全造成极为恶劣的影响。

（6）进、放水渠为无防渗衬砌土渠，边坡破坏严重，渠底淤积严重，影响过水能力。

（7）水库未埋设任何安全监测设施。

为使水库运行安全得到保障，使水库工程效益得到最大化发挥，从而对灌区农牧业生产发展带来积极作用，十分有必要对水库进行除险加固。

3.除险加固措施

结合坝体问题的实际情况，在原水库坝体基础上进行除险加固。除险加固的措施主要包括以下方面，分别是坝体加固、坝体与坝基防渗以及观测设施的增设等。

3.1上游坝坡护坡型式的选择

护坡的作用是对风浪冲刷和冰盖破坏进行抵御，避免坝体出现破裂和冻胀的情况，防止在风的作用下无粘性土被吹散等。新疆南疆地区坝前护坡的设置主要是干砌卵石护坡和C20现浇砼板防浪护坡两种形式的采用。而卡尔巴斯曼水库的大坝较短，放水涵洞和泄洪闸位于大坝的中间，具有较高的防护标准，现浇砼板护坡具有较强耐久性以及抗冰冻、抗冲刷能力，而干砌卵石护坡容易在风浪的冲击与侵蚀下受损，其耐久性并不理想。

所以，经过两种护坡形式的比较之后，最终确定在坝前护坡中采用现浇砼板。

坝体护坡现浇砼板为厚15cm的C20，板下设砂砾石防冻垫层35cm，砂砾石下设复合土工膜防止坝体渗漏。为使渗水压力产生的顶托力减小，从而减少砼面板破坏程度，在蓄水位以下的每块砼板上，进行直径￠为10cm的梅花式排水孔的设置，数量为5～2个（由下而上递减）。大坝迎水面坡度为1：2.5，背水面坡度为1：2。坡脚处设置上下宽分别为0.3m和0.5m，高为0.7m的C20梯形现浇砼阻滑墙。

3.2坝体及坝基防渗方案选择

根据本地区水库除险加固经验，针对卡尔巴斯曼水库坝身不大，水头小，坝体坝基为中强透水体的特点，坝体及坝基防渗有两种型式可供选择，第一种是坝体斜铺土工膜，坝基采用深层搅拌桩防渗墙防渗；第二种为坝体斜铺土工膜、坝基采用垂直铺设塑膜防渗。

经过技术经济比较后，选择第一方案：即对坝体斜铺土工膜、坝基采用深层搅拌桩防渗墙进行防渗，使坝体、坝基形成一个防渗整体。

坝基的防渗采用的是深层搅拌桩防渗墙，通过坝体相关数据计算，将0+100～0+400桩深11m ，0+400～1+000桩深7.0m作为防渗墙范围的确定值。其余坝段由于坝后地面高于设计蓄水位，不采取措施。深层搅拌桩防渗墙布置在坝前坡脚，坝体土工膜从阻滑墙下绕到深层搅拌桩处，并与搅拌桩上的混领土帽梁采用螺栓连接，其目的就是使坝体坝基形成防渗整体。搅拌桩成墙有效厚度20cm。

深层搅拌法采用的固化剂是水泥，利用专门的深层搅拌机械，在地基深处进行软土和水泥的强力搅拌后，水泥和软土之间将有物理化学反应的发生，使软土硬化形成水泥土。反应后的软土强度，和天然土强度相比明显更大，其增加了颗粒之间的粘结力，其压缩性、渗水性比天然软土大大降低。通常采用具有较好渗透性的矿渣水泥，或者42.5级普通硅酸盐水泥。目前水泥掺量一般采用120～160kg/m3，掺入量通常为被加固土重的7～15%。需要经过比较分析后得出合适的水灰比，但在实践操作中，水灰比的确定需要经历一个过程：施工单位、监理单位根据设计要求的水泥掺入比，然后进行现场施工试验，最终得到确定，水灰比通常至少为1。

将相邻搅拌桩部分重叠搭接，形成一种壁状加固型式，该工法能够有效延长渗径、降低水头，并且使渗透破坏降低。要求墙体渗透系数＜n×10-6cm/s，无侧限抗压强度90d＞0.5MPa，抗渗指标W6，渗透破坏比降＞100。

深层搅拌桩防渗墙是一种具有一定塑性的防渗墙，但是不属于刚性和柔性墙，沿坝线可以不进行柔性接头的设置。

3.3观测设施

为方便水库坝体浸润线和水库水位的观测，设置观测断面于水库大坝0+250和0+550位置，设3组测压管于各个断面的上、下游坝肩以及下游坝趾，设置距离为坝肩或坝趾前5m。由浸润线高度使测压管的顶高程得到确定，管底高程在坝体防渗线下大约1m的位置。均采用2.0英寸镀锌钢管作为测压管材料，测管部位的花管段开孔直径为5mm，以15%作为开孔率的控制标准，要求内部光滑整洁，外部在单层无纺布缠紧的基础上，捆扎细铅丝，将管底部堵实，花管段长6m，采用外箍接头的形式用作管接头，管口距离地面大约0.3m的位置，并且采用加盖防护的措施。