赵 胤

(新疆水利厅头屯河流域管理处 昌吉 831100)

1 工程概况

新疆维吾尔自治区水利厅试验场水库位于昌吉市东北方向20km左右，是一座以灌溉和养殖业为主的灌注式Ⅱ等小(1)型平原水库，坝址区地理坐标东经87°27'，北纬 44°07'30″。

试验场水库主要利用天然洼地进行蓄水，原设计正常高水位498.00m，总库容214.43万 m3，兴利库容158.57万m3，死水位494.96m，死库容55.86万m3。坝址处海拔高程490.5m，坝顶高程499.50m，最大坝高9.0m。

坝型为均质土坝，由主坝与副坝两部分构成。主坝全长为475m，最大坝高9.0m，位于原泉水沟内，原设计上游坝坡坡比为1∶2.5，下游坝坡坡比为1∶2.5、1∶3。主坝段上游坝坡有混凝土板、干砌卵石护坡两种形式，均外挂铅丝网。上游坝坡还设有浆砌石隔墙，沿坝面自上而下设置。同时在497.0m高程设置有宽1.0m、深1.5m的浆砌石护坡阻滑体，阻滑体下部设横向支墩。

主坝段0+215～0+400段、0+537～0+597段坝后脚设有排水体，采用天然砂砾料回填夯实而成，水平宽度至后坝脚5.0m左右。在排水体下游沿鱼塘周边还设有浆砌石防冲直墙，厚度0.5m，深度1～2m不等。

2 大坝存在的主要问题

a.坝上下游坝坡陡缓不一，坝顶高程东西坝头不等，坝顶宽度也不满足规范要求。经本次除险加固勘测，坝顶起伏差在1.4m左右，坝顶高程不满足安全超高要求;坝顶宽度大部分集中在3.5～4.0m左右，坝顶宽度不满足规范要求;现状上游坝坡坡比1∶2.5～1∶2.75，下游坝坡 1∶2.5 ～1∶3 不等，上下游坝坡陡缓不一，不满足稳定要求。

b.库坝基处理不彻底，是造成坝基渗漏的主要原因之一，坝基巨厚层砂类土分布较广，库前坝后大部贯通，为液化砂类土。该水库建库初期只是对坝址区表层稀泥进行了清除，而对坝基腐殖质层未处理，由此造成的坝基渗漏现象极为严重。经本次实地勘察，坝体后部渗漏问题比较严重，仅475m长的主坝段就存在5处渗水比较明显的地方，分别位于坝体桩号0+288、0+349、0+442、0+537、0+597 位置。而且，在渗水明显的溢出点可见地面微微隆起及细颗粒土被带出的现象，初步断定已发生管涌现象。

c.坝体填筑土土质不均一，施工碾压质量较差，造成坝体孔隙比值偏大，干密度值偏低，渗透稳定性差。

d.上游坝坡及库区右岸岸坡受风浪侵蚀严重。自水库建坝以来，上游坝坡受风侵蚀的危害现象一直不断。水库坝前坡卵、漂石铅丝笼和混凝土板，以及浆砌石阻滑墙经多年使用，现已大部分失去防浪护坡作用，阻滑墙墙体现已大部失稳，墙身底部靠圆木临时支撑。

3 大坝除险加固技术措施

根据坝体存在的问题，坝体部分除险加固所采取的技术措施主要有:加高培厚、坝顶加宽、坝坡修整、护坡加固、坝体及坝基防渗、坝后排水、增设抗震措施。试验场水库大坝加固平面布置见图1。

图1 试验场水库大坝加固平面布置

a.0+215～0+690段恢复坝顶高程至499.65m，坝顶宽度统一加宽至5.0m，上、下游坝坡恢复整平为1∶2.75。坝顶及坝坡揭除厚度0.5m，并重新回填黏土夯实。黏土夯实回填要求压实度不得低于0.96，夯实后密度不得小于16.9kN/m3。

b.沿上游坝面铺设聚乙烯两布一膜(200g/m2/0.5mmPE/200g/m2)，膜幅宽6.0m。土工膜上部设0.5m厚戈壁料防冻垫层，垫层外部做混凝土面板护砌。护坡混凝土面板采用现浇C20F200混凝土板，规格为3m×3m×0.15m，板间分缝宽度取2cm。伸缩缝表层5cm采用聚氨酯砂浆填缝，其余部分采用中密度苯板填缝。戈壁料防冻垫层相对密度要求达到0.7，设计干容重为21kN/m3，大于0.075mm颗粒的含量小于8%。同时，为保证防渗体系的完整性，混凝土面板与左右岸坡相接时，面板边缘应直接插入岸坡内2.0m，边缘厚度为0.30m，土工膜埋入底部，并从其底部绕出，开挖面采用黏土回填夯实。在铺设土工膜时，需沿修整后的均质土坝坝面铺设。岸坡土工膜做法示意见图2:

图2 土工膜岸坡做法示意图

为便于护坡底下的水体排出，在坝面混凝土板护坡上水平插入φ100的PVC管排水，长度0.25m，每块面板上插4根PVC管排水，呈梅花形布置，单块板内最外层排水管设在距面板边缘0.75m的位置，排水孔底部采用无纺布包裹，铁丝绑扎，单块无纺布面积0.35m×0.35m，孔内填5～20mm的石子。面板分缝及排水管布置示意图见图3。坝面复合土工膜的物理力学性能指标应符合下列要求:密度(ρ)不应低于900kg/cm3;破坏拉应力(σ)不低于12MPa;断裂伸长率(ε)不应低于300%;弹性模量(E)在5℃不应低于70MPa;抗冻性(脆性温度)不应低于-60℃;联结强度应大于母材强度;撕裂强度应大于或等于40N/mm;抗渗强度应在1.05MPa水压下48h不透水;渗透系数应小于10-11cm/s。土工膜的连接采用热焊拼接，铺放时不易过紧，应留足够的余幅(一般为1.5% ～3%)，以适应拼接和气候变化。

图3 面板分缝及排水管布置示意图

c.沿前坝脚做深层搅拌桩防渗，处理范围位于坝体桩号0+215～0+667段，防渗墙最大深度12.8m，处理基底高程达到483.00m。水泥土防渗标准K≤10-6cm/s，桩径φ≥45cm，桩距30cm，搭接长度不小于15cm，有效墙厚30cm，加固剂为425号普通硅酸盐水泥，水灰比1∶1。坝面土工膜与前坝脚深层搅拌桩需进行连接，连接形式可采用以下措施:先在前坝脚浇筑深层搅拌桩，桩顶高程要比设计桩顶高程高出0.5m左右，在墙体形成后，对墙顶部进行修整、凿毛、清理至设计高程，然后再在墙顶浇筑倒扣的“凹”槽形钢筋混凝土盖帽，并在盖帽下游面预埋φ12的螺栓，螺栓位于盖帽下游面的中部位置，水平间距0.5m，螺栓与盖帽内钢筋焊接连接。然后，在盖帽下游面设氯丁橡胶板作为土工膜的衬垫，再采用σ=10mm厚的钢板将土工膜压紧在橡胶板上，通过预埋螺栓固定在钢筋混凝土盖帽上。施工时需严格控制土工膜与深层搅拌桩的连接。深层搅拌桩平面布置示意图如图4、图5所示。前坝脚基础防渗工程共需完成深层搅拌桩总根数1508根，搅拌桩防渗总面积为 3720m2，搅拌桩总进尺为12450m。

图4 深层搅拌桩平面布置示意图

图5 前坝脚深层搅拌桩立面示意图

d.为解决坝基地震液化问题，在前坝脚已作了深层搅拌桩防渗墙的基础上，沿坝后脚向下游做盖重，经对坝体土方开挖废弃料方量进行测算，最后确定盖重长度 15.0m，后坡 1∶2，顶高程 494.00m，最大高度2.5m，处理范围为坝体桩号0+215～0+390段和0+530～0+600段，总计145m长的坝段。盖重以坝顶及坝坡揭除后的废弃料为填筑材料，既可避免新增水土流失量，还稳定了坝体。盖重回填要求对土料进行回填夯实，夯实后密度需达到16.0kN/m3。

e.根据坝体浸润线计算结果，坝后坡浸润线溢出点的高程为492.94m，相对于后坝脚的水平距离为3.96m，竖直距离为1.44m。同时，本区的多年平均最大冻土深度为1.4m。因此，设计在坝后脚设置贴坡反滤排水体，排水体位于坝体桩号0+215～0+390、0+530～0+600段，总长度 145m，顶高程控制在494.45m，水平宽度4.2m，最大高度2.95m。排水体与均质土坝坝体的接触面铺设400g/m2的长丝无纺布作为反滤。排水体自坝体清坡后的位置开始，向下游填筑至设计后坝坡位置，然后以水平宽度4.2m的厚度顺下游坝坡上升2.0m，在排水体填筑时，需在砂砾料与坝基、坝体接触面铺设无纺布，以起到反滤的作用。通过褥垫及贴坡相结合的排水方式，可以更有效地降低坝体内浸润线高度，同时对坝脚起到渗透及稳定保护。坝后脚排水体及盖重示意图见图6。

f.在上、下游坝肩设混凝土路肩石，采用预制C20F200混凝土。上游路肩石宽0.15m，高0.5m，埋入坝体0.3m。下游路肩石宽0.15m，高0.4m，距离后坝顶0.4m。

g.在坝顶铺设20cm厚砂砾石路面，路面向下游呈2%的坡度，以利于排除坝顶积水。分两层铺筑，下层15cm采用混合戈壁，粒径d≤50mm;下层碾压完毕后，上层铺5cm厚(粒径d≤20mm)的混合戈壁，掺5%的黄土碾压。坝顶布置示意图见下页图7。

图6 坝后脚排水体及盖重示意图

图7 坝顶布置示意图

4 结语

通过对试验场水库大坝进行除险加固，消除了试验场水库运行中的安全隐患，恢复了试验场水库的正常调蓄能力，确保了干旱年份灌区农业生产的丰收，也为灌区国民经济的发展和水库的综合利用提供了最有力的保障。★

1 SL 274—2001碾压式土石坝设计规范［S］.

2 SL 203—97水工建筑物抗震设计规范［S］.

3 SL/T 225—98水利水电工程土工合成材料应用技术规范［S］.

4 SL 60—94土石坝安全监测技术规范［S］.

5 SL/T 191—96水工混凝土结构设计规范［S］.

6 SL 189—96小型水利水电工程碾压土石坝设计导则［S］.

7 SLT 231—98聚乙烯(PE)土工膜防渗工程技术规范［S］.