吉尔吉斯斯坦实施水坝修复加固

1 概况

1997年，世界银行代表团在吉尔吉斯斯坦选择了7座灌溉坝进行修复或完善。整体而言，这些灌溉坝状况极差，闸门和阀门经过多年运行后已经老化，钢结构工程及电气设备需要更换;同时，测压计故障频出，需要拆除或更换。其中一些水坝渗水严重，因此，其表面保护及排水系统均需要修复。

在由世行资助的吉尔吉斯斯坦共和国灌溉修复项目(IRP)的第1阶段，选择奥尔托托科伊(Orto Tokoi)坝和卡拉布拉(Karabura)坝进行修复。修复工程于1997年启动，由土耳其泰梅尔苏(Temelsu)国际工程公司与英国吉布(Gibb)公司联合设立的合资公司承担建设任务。该阶段工作于1998年5月胜利完工。

第2阶段工程始于1998年9月，止于2001年12月。在此期间，选择了5座灌溉坝:帕潘(Papan)，巴扎尔库尔干(Bazaar Kurgan)，吉洛夫(Kirov)，阿拉阿尔查(Ala Archa)和斯帕尔塔克(Spartak)坝进行修复。主要内容包括:

(1)对每座坝进行现场综合性检查;

(2)对获得的所有资料进行分析评估，包括坝址处的水文、地质以及地震资料，施工、运行及维修记录;

(3)对风险进行评估，提出补救措施及建议，以使其安全度达到可接受水平;

(4)根据提出的措施进行详细设计，编制招标文件，并为施工监理做准备。

在第3阶段(2002年2月～2003年12月)，帕潘，库尔古兹阿塔(Kyrgyz Ata)和纳依曼(Naiman)坝以及包括其灌溉子工程在内的渠道系统，由同一家合资公司提供工程咨询服务。正在进行的改进水管理项目(WMIP)也是由世行资助，是IRP的延续。2007年，由泰梅尔苏联合英国一家公司中标。该项目包括19个灌溉系统(灌溉面积达85000hm2)的勘探、测量、环境影响评价、编制设计文件和招标文件，以便为纳依曼坝制定安全计划。以上所有分项工程的施工监理和质量控制以及在职培训，均在咨询服务的范围内。

任务包括为每个所选的远离农场的灌溉系统制订修复计划，以便重建或维修或清理渠首工程、混凝土渠道衬砌及其相关控制建筑物。纳依曼坝的主要维修工作是评估其地震安全度、修复加固泄水建筑物、加固取水和出水建筑物，以及整修闸门竖井及更换水力机械设备和一些必要的机电附属设备。

这些工作一旦完成后，即可以实现:

(1)更可靠地提供灌溉供水;

(2)减少渠道渗水和建筑物的漏水;

(3)更好地对水进行管理，降低管理、运行与维护需求;

(4)可以防止建筑物发生灾难性事故。

本阶段的大部分工程已经完工，只有一少部分由于种种原因没有完工。但是，作为纳依曼坝优先补救措施以及急需实施修复加固工程首要任务的勘察及设计工作已经完成。WMIP的完工时间为2012年12月。

2 纳依曼坝的修复加固

纳依曼水库位于奥什州，水库的蓄水引自吉尔吉斯－阿塔河及其他一些河流。该水库是为向下游6000hm2的图莫云(Too－Moyun)(TMR)灌溉工程提供安全的供水水源而设计的。工程于1961年开工建设，1966年完建。

该坝高为 40.5 m，坝顶长为 265 m，超高2.4 m;再加上防浪墙。该坝为土石坝结构，包括砂石/砾石和卵石垒成的外坝肩和一道由渗透率很小的壤土组成的宽心墙。上下游面坡比为1∶2.5～1∶4。

3 水坝的安全评估

咨询顾问获得的用于评估的设计资料及施工资料都非常有限。因此，水坝的现状只能根据从现场勘查获得的信息以及与现场操作人员交谈获得的信息来加以评估。由于获得的信息不足以为修复工程编制招标设计文件，因而只能开展一项综合性的岩土工程勘察计划，以便编制投标文件并进行监理。

该计划的目的就是对坝体的各个部分所使用的建筑材料和基土的现场强度特性、坝体内孔隙水压力的分布以及水库水位较高时下游面出现的渗水进行勘查。由于所有的压力计都出了故障，只好沿坝体新安装了12个竖管压力计，并进行了监测。勘查阶段遇到的主要难题是当地不可能为承包商提供可以遵照及可接受的国际规范与国际标准，以便开展岩土工程现场试验和实验室试验，如标准或静力圆锥贯入度试验或原位密度测量，通过地球物理技术进行三维层析摄影等。而这些对于建立一个可靠的数据库以便进一步开展地震分析至关重要。

3.1 堤坝状况

该土石坝状况较好，无破坏迹象或过量变形。在混凝土路面上局部存在一些沉降和裂缝。报道的坝顶位移总计为40mm(垂直方向)，但是这并不是系统测量值，只是当地的水坝工作人员给出的一个数量级。上游坡上一些混凝土面板似乎受到轻微的损坏，需要进行修复或更换。下游面状况似乎好一些，没有明显的变形或表面冲刷迹象。

土石坝下游坝趾长满灌木和草的部位有几个水坑，水从地面渗出来。据报道，1966～2000年实测渗水量为200L/s，而2010年，水库水位达到 最高时，其渗水量甚至更大，原设计中估算的渗水量为20L/s。特别是坝址左坝肩需要采取特别重要的渗控措施。

3.2 泄水工程

(1)由于该坝建在河道外，且集水面积很小，因此没有修溢洪道。当水库蓄满水时，来水就会通过旁路引入到TMR灌溉系统。在右坝肩砾岩上兴建的泄水建筑物的泄水能力为8.5 m3/s，该泄水建筑物由一条从进水口延伸到隧洞的钢筋混凝土涵洞(d=1600mm，L=47 m)组成。隧洞长为181 m，直径为2.2 m。在竖井的塔底装有一个直径为1.4 m的闸阀，在下游端安装了一个直径为1.6 m的蝴蝶阀。入口房位于竖井塔的顶部，装有1台5 t的吊车，用于安装和拆卸装在竖井底部的设备。

(2)原设计要求对钢筋混凝土涵洞的内壁加装钢衬，但实际施工时并没有安装。运行了45 a后，由于混凝土表面磨蚀及钢筋被腐蚀，管道的可靠性及安全性已大为下降。

(3)竖井及其附属建筑物，如进口小屋、交通桥、钢制楼梯、门阀以及周边混凝土面板等，都已经磨损破旧，外部隔水设施也已完全被废弃。虽然这些都不会直接削弱水坝的安全，但对其进行整修，对于水坝的安全及运行还是极为重要的。

3.3 机电设备

经过45 a的运行，所有的机械设备及其供电装置全都已老化和陈旧了。5 t起重机已经完成了其使用寿命。自1990年以来，排水泵就一直没有运行过，电扇也被拆除。所以，通风管道和抽水泵管道在高度潮湿的环境下已经严重腐蚀。

3.4 闸 门

虽然原设计是采用3扇闸门来调节水流，但实际上只建了2扇，1扇为竖井处的泄水闸门，另一扇为下游的蝶形闸门。泄水阀的螺钉与螺母结合部已经松动失效，而且螺纹也正在被磨损。同样，由于出现振动问题，下游蝶形闸门不能正常启闭，其电力驱动装置已被拆除，只能人工操作。

3.5 泄水隧洞出口洞门

由于陡坡上泄水洞出口洞门上方有很多大卵石，岩石有可能会落到控制室房顶上。因此，为保护泄水建筑物，修复加固出口洞门非常重要。

根据现场的具体情况，对水坝开展了地震风险安全评估，并对岩土工程勘查结果进行了评价。非线性地震分析结果表明:当峰值地面加速度(PGA)为0.46 g时，即使大坝超高也能够满足运行所需的基础地震可信水平。但是，当峰值地面加速度为5000a一遇、达到0.70g的最大地震可信水平的条件下，水坝就不安全了，且有可能发生灾难性溃坝。因此，建议修建一个体积为30000m3左右的堆石趾板来加固下游坡。

然而，对水坝进行抗震加固原本不在工程设计的范围之内，完全没有为这些改建工程安排预算。所以，提出的加固措施被延迟到下一阶段实施。为了减小短期内发生任何灾难性溃坝的风险，顾问们建议，作为一项临时性预防措施，可以将水库蓄水位保持在正常蓄水位以下大约3.5 m。

4 其他修复工程

4.1 竖 井

(1)对机电设备实施了修复，包括损坏严重的阀、起重机及其附属结构物;

(2)翻修了交通桥、竖井建筑物、钢楼梯、隔离体等;

(3)更换了塔周围破损的混凝土板;

(4)设置一个专用的排水管系统;

(5)更换所有的电气系统。

机电工程已经完成，结构修理工作已经部分完成。等到低水位季节将管道入口封堵，并将隧洞里的水抽干之后，再更换阀。

4.2 管 道

需进行潜水检查，以及综合性维修与加固工作。不过，需等到低水位季节、在水位降低以后再进行该部分施工。

4.3 下游侧

需对泄水隧洞出口洞门坡面、墙及阀室进行加固;更换已经严重受损的现有闸门。

泄水隧洞出口洞门的加固工作已经部分完成，阀室已经进行了翻修，闸阀也已经更换。目前，流量为7.5 m3/s的水流已经开始下泄到下游的灌溉渠道。

5 结语

由于预算有限，致使下列需要进行修复加固的项目没有纳入此次修复工程计划中。

(1)上游坝面约有30% 的面板需要进行修理或更换。

(2)兴建一个坝趾排水层集水池和一个量水堰，以监测坝体和坝肩的渗水量。

(3)配备一台备用发电机。