新疆多浪水库大坝除险加固探析

张舒烨

(阿克苏绿洲水利工程建设监理站，新疆 阿克苏 843000)

新疆多浪水库大坝除险加固探析

张舒烨

(阿克苏绿洲水利工程建设监理站，新疆 阿克苏 843000)

摘要：多浪水库处在塔里木地台西北边缘，阿瓦提凹陷南部，运行五十年来水库存在诸多险情,主要为坝顶安全超高不足，土坝上游防浪护坡破损严重，坝基渗漏严重。通过分析多浪水库基本概况，对水库大坝存在的病险问题进行了探讨，从坝体加高、坝坡防护、防渗等方面，提出经济、适用、可行的大坝除险加固方案，以确保整个水库除险加固工作顺利进行。

关键词：多浪水库；大坝；加高；防渗；方案

1概况

建于1965年的新疆多浪水库是农一师塔北灌区唯一一座引水注入式平原调节水库[1]，设计水位1035.5 m，总库容1.2亿m3，水库由大坝、泄水、引水工程构成。主坝全长16.952 km(其中：新库主坝全长14.78 km；南库主坝T线2.172 km)，灌区总人口约7万人，占全师人口22%，工农业总产值达到13.2亿元。

2多浪水库大坝存在的主要问题

多浪水库自投入运行以来，因为多种原因，病险问题日益严峻，其中大坝存在以下问题：

(1)坝顶超高不足。多浪水库设计库容1.2亿m3，根据安全超高计算，现状坝顶安全超高不足，坝顶高程较复核计算成果普遍偏低。水库运行过程中，每年水库高水位期，遇大风均会出现风浪翻过防浪墙的情况，其中2002年10月10日险情较为严重，当时水库运行水位较高，遭遇七级以上大风，主坝段风浪翻过防浪墙，坝后边坡多处被冲刷成沟。

(2)坝顶宽度不足。多浪水库坝顶宽不足5.0 m，未达到现行规范要求的下限值。坝顶为土质覆盖，缺少护面材料，受风蚀、水蚀影响，坝面平整度和外观差，给水库的运行管理带来不便。

(3)水库坝体迎水面现浇混凝土防浪护坡板受冰推、风浪、冻胀等影响，有破损、断裂、隆起、塌陷等现象，现状混凝土板厚度抗风浪能力不足，影响坝体安全运行。根据现场安全检查，主坝0+000～8+025段导冰坎以上混凝土护坡板破损情况比较突出，断裂1230块，空洞24块，下沉190块，凸起19块，破损率达到82%以上，主坝8+025～14+780段、T线坝段上游土缓坡受风浪淘刷严重，坝前已形成陡坎。

(4)水库坝基主要为低液限粉土，属无限深透水地基，坝后积水问题突出，原设计坝基防渗采用0.18 mm厚的塑膜铺盖防渗，但抗老化、抗穿孔能力较差，标准偏低[2]。

3水库大坝除险加固方案

多浪水库大坝存在的诸多问题，不仅使得水库运行效益大打折扣，而且严重威胁水库的安全运行，因此，必须通过除险加固进行解决。

3.1工程建设内容

在维持原设计库容的同时，加高加宽坝体，解决水库超高不足的问题；因地制宜选择好坝体断面结构型式，解决好水库护坡防浪、防冰、防冻的问题；加强坝基防渗设计，减少水库渗漏损失水量和对下游的浸没影响。

3.2坝体加高设计3.2.1坝顶超高计算

主坝除险加固后，坝上游坡坡比高程1037.01 m以下为1∶25，以上为1∶0.35。水库在正常蓄水位1037.30 m时，超高计算基本资料见表1。

表1　除险加固后主坝超高计算基本资料

风浪要素计算，根据本地区其他水库经验，采用莆田试验站公式计算波高较为合适：

(1)

(2)

(3)

风浪要素计算见表2。

平均波浪爬高RP的计算见表3。

表2　风浪要素表

表3　波浪爬高计算表

坝顶超高Y=R+e+A，A为安全加高，R取平均波浪爬高R1，对于正常情况取A=1.0 m，计算结果如表4所示。

表4　坝顶超高计算表

3.2.2加高方案

主坝0+000～8+025段由于原坝体护坡结构采用混凝土面板与塑膜防渗结合的护坡结构，本工程仅对损坏严重的上部护坡结构进行加固改建，下部护坡结构保留；主坝8+025～14+780段和南库T线现状坝前已筑成浆砌石防浪体，且本工程将保留并利用该防浪结构。综合考虑上述因素，主坝坝体加高方案为先将原坝顶清废厚度30 cm，然后采用从下游面培厚加高的方法分层碾压加高。根据土料场的土料击实实验成果，坝体土料最大干密度为1.66 g/cm3，最优含水率17.3%，土料回填设计干密度为1.63 g/cm3。

3.3主坝坝体断面结构型式设计

3.3.1坝顶构造

坝顶宽度根据规范要求，并考虑机械碾压宽度要求，加高后的坝顶宽度取7.0 m。坝顶盖面材料采用15 cm厚砂砾石。由于坝线附近土料缺乏，且运距较远，为减少土方填筑量降低工程造价，在坝顶上游侧设混凝土防浪墙，墙高1.2 m。防浪墙每隔15 m设一道结构缝，分缝材料采用2 cm闭孔塑料板。加高后各段坝顶高程及防浪墙顶高程详见表5。

表5　主坝各分段土坝顶高程表

3.3.2下游坝坡及盖重

根据本地区已建水库经验和坝坡稳定计算，初拟下游坝坡为1∶2。考虑到坝基属无限深透水地基，土质分布不均匀，坝后流土出现具有不确定性和突发性的特点，为加强坝基和坝后坡角的稳定，坝后设盖重，盖重用透水性较好的砂性土填筑，顶宽7 m，盖重顶设30 cm厚砂砾石，作为运行管理道路。主坝3+200～8+600段属高坝段，挡水高度较高，现状坝后溢出点较多，为增强坝基的渗透稳定性，在该段坝后增设砂砾石贴坡排水，简称三台，顶宽3.0 m，顶高程1033.50 m。各坝段坝后高程主坝0+000～13+100间为1036.00 m；主坝13+100～14+780间为1037.00 m；T线坝段为1036.00 m。

3.3.3坝体防渗设计

坝体防渗设计原则上维持原设计型式，即采用上游防浪护坡、复合土工膜和均质碾压坝体相结合的型式，并将坝体与坝基防渗设施连成整体[2]。

3.4主坝0+000～8+025段上游护坡设计

由于主坝0+000～8+025段导冰坎以下浆砌块石结构基本完好，导冰坎上部现浇混凝土板断裂、破损较多，原设计上部护坡为10 cm厚现浇C15混凝土板，通过混凝土护坡板厚度复核计算，原设计护坡板厚度不满足要求。为降低工程造价，对导冰坎以下原有浆砌石防浪护坡保留利用，对上部破损较多的现浇混凝土板结构予以拆除重建。在靠导冰坎位置，新建C20混凝土挡土墙，挡土墙基础顶面与原导冰坎齐平，基础深度50 cm，挡土墙高度2.09 m，顶宽0.4 m，迎水面坡比1∶0.35，挡土墙顶高程1039.10 m。主坝顶高程1039.10 m，顶宽7 m。在挡土墙顶设置C25钢筋混凝土防浪墙，墙高1.2 m，墙顶高程1040.30 m。为防止冰推破坏防浪墙，在挡土墙顶设反弧形导冰帽沿；为防止坝体表层土壤盐聚，硫酸盐对混凝土腐蚀，在混凝土与坝体土接触处混凝土表层涂刷沥青两遍。

3.5主坝8+025～14+780段和南库T线上游护坡设计

主坝8+025～14+780段和南库T线现状均为塑膜防渗均质土坝，考虑采用相同上游护坡结构。此段主坝现状坝前防浪土缓坡由于受风浪淘刷严重。在历年的防洪抢险过程中已在陡坎处筑成浆砌块石防浪体，通过现场调查该浆砌块石挡土墙结构基本完好，另据坝体加高后挡土墙抗滑稳定验算，该浆砌石挡土墙稳定性满足规范要求，本工程保留利用。

其护坡型式，坝前迎水面利用现有浆砌石挡土墙，并将其加高后和混凝土板护坡结合方案。现状坝前浆砌石挡土墙顶高程1037.50 m，基础置于防浪稳定高程1035.50 m，仅高出除险加固后水库正常蓄水位0.2 m，为防冰推影响上部结构需将挡土墙加高0.3 m。挡土墙顶与加高后坝顶之间采用1∶2.5的混凝土板护坡连接，护坡板上设置混凝土消浪坎。护坡结构自下至上依次为：5 cm聚苯乙烯保温板、复合土工膜(两布一膜，膜厚0.5 mm)、现浇C20混凝土板15 cm，坝顶高程1038.90 m。为减少土方填筑量，坝顶设1.2 m高 C25钢筋混凝土防浪墙，墙顶高程1040.10 m。为防表层土盐聚破坏混凝土，防浪墙基础采用抗硫酸盐水泥，混凝土板护坡板分缝为3 m×3 m，缝宽2 cm，采用闭孔塑料板分缝。

3.6坝基防渗设计

主坝地基1029.0 m高程以下为粉土质砂，含细粒土砂、级配不良砂次之，局部夹1.0～3.0 m厚的低液限粉土、低液限黏土夹层。坝基属无限深透水地基。坝后流土和积水随水库水位上升呈逐渐加剧趋势。本次除险加固工程正常蓄水位1037.30 m，较原设计水位高0.8 m，为防止坝基渗透变形破坏，需进一步加强坝基防渗设计。

防渗方案采用多头小直径深层搅拌桩水泥土截渗墙防渗[3]。主坝0+000～8+025段，多头小直径防渗墙位于坝坡据脚阻滑墙3.25 m处，截渗墙顶设帽梁，截渗墙深入帽梁20 cm，帽梁与护坡板阻滑墙间采用现浇混凝土下铺复合土工膜(两布一膜，膜厚0.5 mm)和30 cm砂砾石防冻层的结构型式，使截渗墙、帽梁和坝体护坡形成连续防渗体。现浇混凝土平台顶高程1034.50 m。

主坝8+025～14+780段和南库T线，多头小直径防渗墙设置于距挡土墙前齿3.25 m处，截渗墙顶设帽梁，截渗墙深入帽梁20 cm，帽梁与浆砌石挡土墙之间铺砌30 cm块石[3]，其下依次为10 cm壤土保护层和复合土工膜(两布一膜，膜厚0.5 mm)，帽梁与库盘衔接处设3 m宽块石平台(块石可利用主坝0+000～8+025段拆除混凝土替代)，厚度30～50 cm。

此外，为加强坝基抵抗渗透破坏的能力，并在坝后设盖重，盖重用透水性较好的砂性土填筑，顶宽7 m，对防止坝基软土挤出，提高坝基和坝后坡的稳定均较有利，并可作为坝后永久性道路。水泥土防渗墙渗透破坏比降不小于200，取设计允许渗透破坏比降为70，水库运行最高水头6.84 m，考虑一定的安全裕度，设计成墙厚度200 mm。

主坝0+000～8+025段C20混凝土挡土墙计算简图见图1，主坝8+025～14+780段和南库T线方浆砌石挡土墙计算简图见图2。

图1　主坝0+000～8+025段挡土墙计算简图(尺寸单位：cm)

图2　主坝8+025～14+780段和南库T线挡土墙计算简图(尺寸单位：cm)

4结语

通过除险加固，提高了灌区灌溉保证率和阿拉尔市供水保证率。消除坝的不安全因素，大大提高工程的安全度,将有效地减少水库的水量损失，提高水的利用率，可减少水量损失2686.86万m3,为当地水资源综合利用和社会经济、生态环境建设发挥积极作用。

参考文献：

[1]奉伟灵.塔里木灌区多浪水库水体更替周期计算[J].科学与财富，2011(2)：39.

[2]李红丽.新疆生产建设兵团农一师多浪水库渗流安全评价[J].中国水运(下半月)，2013(8)：177-178.

[3]苗建全.多头小直径截渗墙技术在多浪水库除险加固工程中的应用[J].中国水运(下半月)，2013(4)：46.

作者简介：张舒烨(1972-),男，工程师，主要从事水利建设监理工作。

中图分类号：TV698.2+3

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)04-0087-04