孙 倩

(塔里木河流域工程建设处，新疆 库尔勒，841000)

大西海子水库是塔里木河下游拦河水库，1972年建成投入运行。经过多年运行，大坝病险问题较多。为了确保水库安全，需对大坝除险方案进行探讨。

1 工程概况

大西海子水库是一座以塔里木河下游生态供水为主的平原区中型水利枢纽工程。先后经过多次改造建设，目前水库水工建筑物包括大坝、老泄洪闸、新放水闸、二库放水闸(龙口处)、进库引水工程等。坝体由东坝、西坝、南坝、北坝组成，总长32.263km，其中，东坝为主坝段，长4.911km；西坝、南坝和北坝为副坝段，西坝坝顶长14.552km，南坝坝顶长7.294km，北坝坝顶长5.506km。水库总库容9870.0万m3。

2 存在问题

2.1 大坝问题

大坝南、西、北坝体普遍存在风蚀、植被茂盛与鼠洞密布等严重问题，坝坡断面不完整；东坝上游混凝土护坡局部沉陷、脱空、冻融剥蚀等，其余坝段护砌不完整，上游已有的六棱块混凝土护坡普遍塌陷、受损严重。大坝坝基及坝体均未进行防渗处理，渗流出口无反滤排水保护，防渗体系不完善；坝体及坝基普遍渗漏严重，下游坝坡出逸点高，坝后呈沼泽化。在正常蓄水位849.60m工况下，大坝渗透稳定性不满足规范要求。

2.2 坝基问题

根据勘察，大西海子水库均质土坝段坝基存在的主要问题是：坝基出露地层岩性主要为第四系冲洪积、风积含细粒土砂或粉土质砂层(局部夹薄层低液限粉土)，该层厚度较大，在勘探深度内未揭穿，渗透系数为2.9×10-2cm/s～6.9×10-4cm/s，具有中等透水性，坝基存在渗漏问题。结合多年的运行情况，东坝(主坝段)、南坝、北坝下游坝坡渗水溢出点位置较高，渗水量较大，坝后积水较多，所形成的沼泽湿地面积较大，渗透系数为2.5×10-3cm/s～7.5×10-3cm/s。坝后普遍存在漏水现象，影响了坝体的稳定和安全，应进行坝基防渗加固处理。

3 大坝除险加固设计方案比选

大西海子水库大坝由均质土坝段和沙丘段组成，总长32.263km，其中，均质土坝段长14.328km，沙丘段长17.935km。均质土坝段上游坝坡已护砌段长8.687km，其中，4.3km为混凝土板护坡，4.387km为预制混凝土六棱块护坡；未护砌段长5.641km。已护砌段中，总体平整，基本完好段长4.3km，位于坝体桩号K5+506～K9+806(混凝土板)段。其他护砌段多采用预制六棱砖面板护坡，运行多年后，现已脱落、塌陷、滑动、鼓胀、破损，不能满足正常使用要求。本次除险加固，对衬砌完好段、沙丘段依据不同情况分别进行坝体加固方案比选。

3.1 均质土坝段上游护坡方案比选

3.1.1 原护坡完好段上游护坡处理方案比选

(1)现状护坡情况

坝顶桩号K5+506～K9+806段，坝顶长4.3km。2012年对该段坝体进行了除险加固，加固时上游坝坡为1∶2.5的混凝土板护坡与1∶16的土缓坡相结合。上游护坡为C25F200W4现浇混凝土板衬砌，板厚15cm，现状混凝土板大致完好，仅局部沉陷、脱落、冻融剥蚀。

(2)方案比选

本次对该部分坝坡的护坡及防渗处理采用：①保留完好混凝土板，局部破损混凝土板拆除重建(方案一)；②拆除原坝坡混凝土板，修整坝坡+铺设复合土工膜+30cm砂砾石垫层+新浇15cm厚混凝土护坡板(方案二)；③在849.0m～851.2m高程间原坝坡混凝土板上铺设复合土工膜+6cm苯板+新浇20cm混凝土护坡板(方案三)。

三种方案进行比较，该段上游护坡处理从施工工艺、施工难度、防渗效果、运行检修、适应坝基变形能力、材料来源、工程造价等方面综合考虑，设计推荐采用保留完好混凝土板，仅局部破损混凝土板拆除重建的方式(方案一)。

3.1.2 原护坡破损或未护砌段上游护坡处理方案比选

均质土坝中护砌破损段和未护砌段总长10.028km，其中，护砌破损段长4.387km，未护砌段长5.641km。坝前水深>1.0m，坝段长8.09km；坝前水深≤1.0m，坝段长1.938km。本次除险加固初步考虑拆除原破损的护坡，重新对上游坝坡进行护坡及防渗处理。依据坝前水深情况，分别进行方案比选。

(1)高坝段(坝前水深>1.0m)上游护坡方案比选(副坝)

均质土坝中衬砌破损段和未衬砌段总长10.028km，其中，坝前水深>1.0m，长8.09km。本次对该段坝坡的护坡及防渗处理采用：①复合土工膜+30cm砂砾石垫层+混凝土板护砌设计(方案一)，其中复合土工膜铺设高程为849.0m～850.25m(阻滑墙至正常蓄水位以上1.0m)；②复合土工膜+15cm砂砾石垫层+混凝土网格内干砌卵石护坡(方案二)，其中复合土工膜铺设高程为849.0m～850.25m。

经过对以上两种护坡方案的比较，其他均质土坝高坝段采用混凝土板作为上游坝坡护坡材料在技术上是合理的，在经济上是可行的，为本次设计该段坝面护坡的推荐方案。

(2)低坝段(坝前水深≤1.0m)上游护坡方案比选(副坝)

均质土坝西坝共计1.938km，设计对坝坡采用：①30cm砂砾石垫层+新浇10cm厚混凝土板(方案一)；②混凝土网格内填砂砾石护砌(方案二)；③土缓坡(方案三)；④预制混凝土六棱块护坡(方案四)。

该段上游护坡方案从施工工艺、施工难度、适应地基变形能力、材料来源、工程造价等方面综合考虑，设计推荐采用30cm砂砾石垫层+新浇10cm厚混凝土板护砌(方案一)的断面型式。

3.2 沙丘段上游护坡方案比选

沙丘段坝顶长17.935km，局部沙丘段坝体多变形、风蚀严重，坡脚受风浪淘蚀，坝脚滑塌，坝体不完整。本次除险加固根据沙丘段坝体实际地形情况，分低沙丘段和高沙丘段分别进行坝坡处理方案比选。

3.2.1 低沙丘段坝坡处理方案比选

该段坝顶长1.6km，沙丘相对较低，现状沙丘顶高程低于正常蓄水位或超高不足，且坝体多变形、风蚀严重，坡脚受风浪淘蚀，坝脚滑塌，设计初步考虑采用：①土缓坡+固沙措施(物理工程)(方案一)；②混凝土网格内填砂砾石护坡+固沙措施(物理工程)(方案二)；③20cm砂砾石垫层+新浇10cm厚混凝土板(方案三)3种方案进行上、下游坝坡处理。

西坝低沙丘段坝上下游护坡处理方案从施工工艺、固沙效果、施工难度、运行检修、适应坝基变形能力、材料来源、工程造价等方面综合考虑，设计推荐采用土缓坡+固沙措施处理(方案一)的方案。

3.2.2 高沙丘段坝坡处理方案比选

该段主要位于南坝，坝顶总长16.335km。设计初步考虑采用：①维持现状，坝体不进行护坡和固沙处理+坝后运行管理道路(方案一)；②土缓坡+固沙措施(物理工程)(方案二)；③混凝土网格内填砂砾石护坡+固沙措施(物理工程)(方案三)3种方案进行上、下游坝坡处理。

高沙丘段坝体上下游护坡处理方案从施工工艺、固沙效果、施工难度、运行检修、适应坝基变形能力、材料来源、工程造价等方面综合考虑，该部分沙丘现状顶高程高于正常蓄水位2.0m以上，坝顶高程满足要求，且沙丘上零星长有胡杨、沙棘及芦苇等。本次除险加固设计推荐采用维持现状，坝体不进行护坡和固沙处理+坝后运行管理道路处理(方案一)的方案。

4 坝基防渗方案的比选

根据调查，坝体断面坝坡溢出点计算渗透坡降为0.20～0.23，高于溢出点允许渗透比降值0.15，坝体渗透比降不满足稳定要求；坝基溢出点计算渗透坡降为0.06～0.07，坝坡溢出点计算渗透坡降为0.08～0.09，均低于溢出点允许渗透比降值0.15，坝基坝坡渗透比降满足稳定要求。坝体断面单宽渗流量为Q=0.628m3/d·m～2.351m3/d·m，单宽渗流相对大，考虑大西海子水库主要任务是以塔里木河下游生态供水为主，且坝基渗透比降满足稳定要求，坝体、坝基除险加固并不以减少渗漏量为主。因此，考虑防渗效果、施工便利、施工周期、工程投资等综合因素，该段坝体不进行坝基处理，仅从降低渗透坡降，增加渗流溢出处土体抵抗渗透变形能力等方面考虑，对下游坝坡进行排水处理即可。

本次除险加固针对坝基防渗措施采取：①截水槽防渗(方案一)；②水平防渗铺盖(方案二)；③垂直铺塑方案(方案三)3种方案进行比较，以此来选取坝基防渗加固的较优方案。

均质土坝段坝基防渗加固处理方案从施工工艺、防渗效果、施工难度、运行检修、施工周期、工程造价等方面综合考虑，设计推荐采用在前坝坡脚结合土工膜埋膜槽设置截水槽，距前坝坡阻滑墙2.0m，槽底开挖高程控制在846.5m，截水槽底宽1.0m，边坡1∶2，将坝面土工膜延伸至截水槽底部，并预留1.5m折叠伸缩量，再回填开挖土进行压实(方案一)的方案。

5 大坝除险具体实施方案

5.1 东坝

对于局部破损的桩号K5+506～K9+806段，衬砌完好的混凝土板保留，破损的拆除后重新浇筑C25F200W6混凝土板进行护坡处理。对于破损严重的桩号K9+806～K10+417段，拆除原六棱块护坡，修整坝坡，然后采用铺设复合土工膜+30cm厚砂砾石垫层+新浇15cm厚混凝土板防渗护坡处理方案。前坝坡脚结合土工膜埋膜槽设置截水槽，将坝坡土工膜延伸至截水槽底部，再回填开挖土进行压实处理；下游坝坡设置排水体、纵横向排水沟。

5.2 南坝

对于上游坝坡未护砌的桩号K10+417～K11+735段，采用修整坝坡+铺设复合土工膜+30cm厚砂砾石垫层+新浇15cm厚混凝土板防渗护坡处理方案。前坝坡脚结合土工膜埋膜槽设置截水槽，将坝坡土工膜延伸至截水槽底部，再回填开挖土进行压实处理；下游坝坡设置排水体、纵横向排水沟。

对于沙丘坝的桩号K11+735～K17+711段，维持现状。为贯通坝顶道路，沙丘下游侧合适位置设运行管理道路，道路顶宽5.8m，采用砂砾石路面，道路两侧各20m范围考虑采用方格网芦苇沙障进行物理工程固沙，以保证道路正常运行。

5.3 西坝

对于破损严重的桩号K17+711～K17+912、K23+511～K24+000、K26+659～K27+241、K29+550～K30+200、K31+784～K32+263、K24+000～K24+568和K27+768～K28+504段，拆除原六棱块护坡，修整坝坡，然后采用铺设复合土工膜+30cm厚砂砾石垫层+新浇15cm厚混凝土板防渗护坡处理方案。

对于上游坝坡未进行护坡的桩号K25+761～K26+659、K27+241～K27+768和K28+504～K29+017段，采用修整坝坡+30cm厚砂砾石垫层+新浇10cm厚混凝土板护坡处理方案。

对于现状沙丘顶高程低于正常蓄水位的桩号K21+800～K22+800和K30+200～K30+800段，上游坝坡考虑采用土缓坡，坡比1∶16；下游坝坡不陡于1∶6；坝顶下游侧平均20m宽度范围考虑采用方格网芦苇沙障进行固沙。

5.4 北坝

对于上游坝坡未衬砌、破损严重的桩号K0+979～2+476、K4+547～K5+506段，考虑拆除原六棱块，修整坝坡，然后上游坝坡采用铺设复合土工膜+30cm厚砂砾石垫层+新浇15cm厚混凝土板防渗护坡处理方案。前坝坡脚结合土工膜埋膜槽设置截水槽，将坝坡土工膜延伸至截水槽底部，再回填开挖土进行压实处理；下游坝坡设置排水体、纵横向排水沟。

6 结语

大西海子水库有4座坝，既有均质土坝也有沙丘坝，工况复杂。通过分析4座坝的不同病险情况，按照防渗保安全的要求，对不同方案进行了比选，提出最科学的大坝除险方案，并对东、南、西、北坝的具体实施内容进行了论述，为沙漠区水库除险加固提供了参考。