孜木耐提·爾肯

（烏蘇市興源水務(wù)有限公司，新疆 烏蘇 833000）

1 水庫(kù)基本情況概述

西海子水庫(kù)樞紐工程位于烏蘇市皇宮鎮(zhèn)境內(nèi)，水庫(kù)距烏蘇市20 km，距皇宮鎮(zhèn)2 km。西海子水庫(kù)總庫(kù)容170×104m3，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2000）的規(guī)定，本工程等別為四等，主要建筑物為四級(jí)，次要建筑物為五級(jí)。大壩為均質(zhì)土壩，全長(zhǎng)450 m，最大壩高4.50 m，壩頂寬度5.00 m，壩頂高程359.70 m。上游壩坡1∶3，無(wú)襯砌護(hù)坡，下游壩坡1∶2.5。大壩迎水坡無(wú)襯砌護(hù)坡，風(fēng)浪淘刷嚴(yán)重，0+000～0+100 段在浪蝕作用下，造成土體滑塌，使該段壩頂寬度減少到2.00 m。大壩背水坡植被稀少，坡面土體被雨水沖刷，使壩后坡在0+340～0+450 段產(chǎn)生一系列龜紋裂縫，最寬約10 cm～20 cm，深約20 cm～50 cm。壩體壓實(shí)系數(shù)為0.84，壓實(shí)度較差，且不均勻，大壩土體具中等- 高壓縮性，壩體土滲透系數(shù)4.29×10-4cm/s～7.82×10-4cm/s，不符合均質(zhì)壩土料壓實(shí)后滲透系數(shù)指標(biāo)＜1×10-4cm/s，大壩迎水坡無(wú)襯護(hù)，無(wú)非常溢洪道，且放水涵洞淤積嚴(yán)重，不利于大壩安全運(yùn)行。

西海子水庫(kù)竣工于1965 年4 月，壩型為均質(zhì)土壩，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)、施工水平等因素限制，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的運(yùn)行，大壩及放水涵洞已出現(xiàn)不同程度的損壞及老化，亟待除險(xiǎn)加固。

2 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)分析

2.1 壩頂高程設(shè)計(jì)研究

2.1.1 壩頂高程增加方案的比選

經(jīng)超高計(jì)算，除險(xiǎn)加固后壩頂高程應(yīng)為360.90 m，比現(xiàn)壩頂高程359.7 m 高1.08 m，針對(duì)大壩壩頂高程不滿足超高問(wèn)題，對(duì)大壩進(jìn)行方案比較。

（1）方案一：壩頂寬度不變，上游增設(shè)防浪墻

除險(xiǎn)加固后壩體仍為碾壓式均質(zhì)土壩，總長(zhǎng)450 m，壩頂寬度5 m，壩頂高程359.7 m，最大壩高4.5 m，上游壩坡1∶2.5，下游壩坡1∶2.0。上游護(hù)坡厚0.15 m，材料為C20F200W4 砼，護(hù)坡砼板為3.0 m×3.0 m，底部一排每塊砼板設(shè)4 個(gè)排水孔，其余每排每塊砼板設(shè)4 個(gè)排水孔，排水孔為φ100 鋼管，排水孔設(shè)置范圍為正常蓄水位至死水位，護(hù)坡底設(shè)0.3 m 砂礫石混合料墊層，墊層底部設(shè)復(fù)合土工膜（一布一膜300 g/0.5 mm）防滲，坡腳設(shè)置梯形C20F200W4 砼阻滑墻。壩頂為0.2 m 砂礫石路面，上游護(hù)坡與C20F200 鋼筋砼防浪墻相連，壩頂下游埋設(shè)C20F200 砼的路沿石，路沿石高0.5 m，厚0.20 m，壩頂以上出露30 cm，埋設(shè)20 cm，下游坡腳設(shè)反濾、排水設(shè)施。本方案將原大壩上游進(jìn)行清基處理，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行墊層鋪筑及護(hù)坡砼澆筑，并增設(shè)鋼筋砼C20F200 防浪墻。

該方案總投資217.34 萬(wàn)元左右。該方案具有施工簡(jiǎn)單，不影響壩頂寬度，管理方便，投資較少等優(yōu)勢(shì)。

（2）方案二：壩頂寬度不變，增加壩頂高程

除險(xiǎn)加固后壩體仍為碾壓式均質(zhì)土壩，總長(zhǎng)450 m，壩頂寬度5 m，壩頂高程360.90 m，最大壩高5.58 m。其他同方案一。本方案將原壩頂路沿石拆除，按原大壩上游進(jìn)行清基處理，壩軸線向下游平移2.7 m，上游進(jìn)行護(hù)坡墊層鋪筑及護(hù)坡砼澆筑，下游進(jìn)行岸坡填筑，壩頂高程360.90 m，最大壩高5.58 m，保持壩頂寬仍為5.0 m。壩體土料主要以砂壤土為主，填筑土體干容重≥1.78 g/cm3。

該方案總投資237.38 萬(wàn)元左右。該方案施工后壩頂美觀；不影響壩頂寬度；施工復(fù)雜，上下游都進(jìn)行處理，與原壩的結(jié)合質(zhì)量難以保證，投資較大。

2.1.2 方案最終選擇的結(jié)果探討

對(duì)以上兩種方案從施工條件、運(yùn)行管理、投資大小等角度比較分析，方案一施工簡(jiǎn)單，管理方便，投資較少，除險(xiǎn)加固采用該方案即在上游增設(shè)鋼筋砼防浪墻方案。該方案除險(xiǎn)加固后壩頂高程為359.7 m，防浪墻頂高程360.90 m，在壩頂上游增設(shè)結(jié)構(gòu)為“L”型C20F200 鋼筋砼防浪墻，鋼筋砼防浪墻高2.5 m（墻頂至基礎(chǔ)），壩頂以上1.08 m，基礎(chǔ)換填20 cm 砂粒料，防止凍脹和不均勻沉降。每隔8 m 設(shè)置一道伸縮縫。

2.2 水庫(kù)大壩滲透穩(wěn)定性分析計(jì)算

大壩為均質(zhì)土壩，全長(zhǎng)450 m，最大壩高4.50 m，壩頂寬度5.00 m，壩頂高程359.70 m。上游壩坡1∶3，無(wú)襯砌護(hù)坡，下游壩坡1∶2.5。大壩迎水坡無(wú)襯砌護(hù)坡，風(fēng)浪淘刷嚴(yán)重，大壩背水坡植被稀少。水庫(kù)大壩計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1 和表2。

采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所的《滲流分析軟件》進(jìn)行滲流計(jì)算[1]，經(jīng)對(duì)各壩段的計(jì)算，西海子水庫(kù)滲流結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 0+100 斷面土層參數(shù)

表2 0+400 斷面土層參數(shù)

表3 流量計(jì)算表

2.3 水庫(kù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

水庫(kù)大壩樁號(hào)0+100 斷面在水位位于1/3 壩高遇地震上游壩坡工況時(shí)上游壩坡計(jì)算滑動(dòng)安全系數(shù)為0.938，小于規(guī)范允許安全系數(shù)1.15，故壩體存在滑動(dòng)失穩(wěn)的危險(xiǎn)，結(jié)構(gòu)安全不滿足規(guī)范要求。大壩樁號(hào)0+000～0+100 段在浪蝕作用下，土體塌滑使該段壩頂寬度減少到2.00 m；大壩背水坡坡面平整，植被稀少，坡面土體被雨水沖刷，樁號(hào)0+340～0+450 段產(chǎn)生一系列龜紋裂縫，最寬約10 cm～20 cm，深約20 cm～50 cm；水庫(kù)庫(kù)區(qū)存在塌岸問(wèn)題，對(duì)庫(kù)區(qū)兩岸邊坡陡直及右岸單薄岸坡在庫(kù)水位陡漲、驟降時(shí)將會(huì)加速塌岸過(guò)程，使水庫(kù)在高水位運(yùn)行時(shí)易塌岸造成漫頂潰壩。近壩庫(kù)岸不穩(wěn)定，對(duì)大壩有不利影響，嚴(yán)重影響壩體安全運(yùn)行。水庫(kù)大壩樁號(hào)0+400 斷面在正常蓄水位穩(wěn)定滲流期遇地震下游壩坡工況時(shí)上游壩坡計(jì)算滑動(dòng)安全系數(shù)為0.886，小于規(guī)范允許安全系數(shù)1.1，故壩體存在滑動(dòng)失穩(wěn)的危險(xiǎn)，壩體抗滑不穩(wěn)定。

3 結(jié)論

本文對(duì)西海子水庫(kù)的增加壩頂高程設(shè)計(jì)方案的進(jìn)行比選，并提出最優(yōu)方案。除險(xiǎn)加固后，水庫(kù)的安全運(yùn)行解決了水資源時(shí)空分布不均的矛盾，水資源利用率提高，保證了灌區(qū)耕地的用水要求，使現(xiàn)有水資源得到充分利用。