對新戶坪水庫除險加固工程的思考

摘要為保障新戶坪水庫的穩定與安全,對新戶坪水庫的現狀,即穩定、防滲、防洪、泄洪進行淺析,并提出相關意見和措施,以促進新戶坪水庫的安全運行。
　　關鍵詞 新戶坪水庫;除險加固;大壩安全;穩定;防滲
　　1新戶坪水庫的概況
　　1999年經歷百年一遇的洪水之后,瑪納斯縣瑪河管理處作出了對新戶坪水庫進行除險加固的重大決策,在這次洪水期間新戶坪水庫險情連連,使得新戶坪水庫受到嚴重威脅[1,2]。
　　新戶坪水庫1964年開工,1971年主體工程完工,由于“文化大革命”的影響,工程民工突擊維修,1972年初水庫開始蓄水使用,該工程因護坡設施不足,依靠梢草維護,勉強蓄水1 100~1 200萬m3,壩體曾多處出現縱橫裂縫,多年來一直帶病運行。經過幾次除險加固以后,運行情況有了很大的改觀。目前,水庫平均水深5m,最大水深6.7m。壩型為均質土壩,最大壩高10.3m,壩頂寬5m,壩底寬45m,壩長10.8 km,大壩上游混凝土護坡8.15km,其余為1.0∶2.5土坡。水庫設施庫容3 000萬m3,現上級主管部門限定的最大庫容為2 200萬m3(包括已經淤積的庫容),年調節水量6 000萬m3, 2000年供水量24 956萬m3,灌溉面積3.1萬hm2。水庫引水渠為莫河渠,泄水渠是新湖總場干渠,新戶坪水庫放水涵洞為雙孔矩形鋼筋混凝土涵洞,洞高1.8m、寬1.8m,涵洞總長41m,洞身每7m設一道沉降縫。閘井室分布在涵洞中部,閘井內裝平板鋼閘門,門體尺寸2.2~2.3m。涵洞最大泄流量32m3/s,沒有設溢洪道。塔西河下游的攔河水庫塔西河水庫沒有溢洪道,其下泄的洪水全部流入新戶坪水庫,所以新戶坪水庫由于其特殊的地理位置而具有跨流域運行的特性,原為注入式水庫,在承擔了塔西河水庫的泄洪流量后,必須設置溢洪道。
　　新戶坪水庫在運行的30年中淤積嚴重,一方面是瑪納斯河含泥沙量較大,另一方面是由于塔西河水庫下泄洪水挾帶的泥沙,尤其是1982年之前,莫河渠襯砌工程未做。由于渠道土質抗沖刷能力低、坡度大,水流把老莫河渠沖刷成了一個50~60m寬、6~8m深的小河,使大量的泥沙流進水庫。1999年由昌吉州水利水電勘測設計院勘測的新戶坪水庫庫容資料表明,目前新戶坪水庫的庫容已經淤積達到700萬m3。 快速論文發表 
　　2氣象水文及地質概況
　　瑪納斯縣屬大陸性干旱氣候區,總體特點是:冬季寒冷、夏季酷熱,年溫差和日溫差較大,年平均氣溫6.9℃,極端最高氣溫43.1℃,極端最低氣溫-42.4℃,年較差43.5~44.7℃。降水少,蒸發量大。降水因受地形的影響,南北降水懸殊較大,北部沙漠區年降水總量為117.2mm,年蒸發量1 946.4 mm,中部平原區為167.0mm,年蒸發量1 803.5mm,南部山區為543.5mm。
　　新戶坪水庫為灌注瑪納斯河水的平原水庫,屬于瑪納斯河流域。而塔西河下游的塔西河水庫位于新戶坪水庫東南方向5.3km以外,是修建在塔西河下游河道上的攔河水庫,分上、中、下3個水庫,庫容分別為500、40、20萬m3,因為塔西河水庫庫容太小,調蓄能力差,所以常有洪水下泄,下池的洪水最終流入新戶坪水庫;這樣,新戶坪水庫除有攔蓄和漁業任務外,還承擔著塔西河水庫下泄的洪水,因此,新戶坪水庫的洪水標準復核還需要對塔西河水庫進行水文計算。
　　塔西河水庫每年7~8月都有洪水泄入新戶坪水庫,尤其是1999年共下泄洪量達3 000萬m3,而7~8月正是新戶坪下游莫河渠灌區的灌溉繁忙季節,水庫水位一般在426.0~426.1m之間,庫容達1 200~1 400萬m3,該水位已接近水庫的設計洪水位426.96m,塔西河水庫的下泄洪量顯然對新戶坪水庫的安全構成巨大的威脅。這2座水庫在修健時均未考慮到這種威脅,直到最近幾年,由于塔西河水庫的下泄洪量較大,才引起有關領導的重視。
　　新戶坪水庫在大的地貌單元上,位于瑪納斯河積扇扇緣潛水溢出帶,地下水埋深0~1.5m。庫壩區出露地層為第四系松散堆積物,主要巖性有粉土、粉質粘土、粉細沙、中粗沙等,地層結構自上而下為粉土-粉質粘土-粘土,各層之間夾有厚度不等的粉細沙透境體,成犬牙交錯分布。在地形低洼的沖溝或槽灣中沉積著厚度較大的中細沙,在水平方向的分布多成不連續體。
　　水庫建成后,由于長期蓄水,大壩周圍已發生大面積浸沒。被浸沒的土地鹽堿化嚴重,潛水礦化度5~10g/L,水化學類型C工-Na型水。土體工程地質特性變差,一般在埋深3~5m以內成軟塑狀態,地基承載力較低[3,4]。 論文發表網
　　根據國家地震動峰值加速度區劃圖查得瑪納斯新戶坪水庫區,地震加速度為0.15g,設防烈度為7度。
　3水庫存在的問題及除險加固的任務
　　2000年通過水庫大壩安全鑒定,認為主壩段壩體填筑質量差,壩坡不穩,壩基未作徹底處理,滲漏嚴重,水庫淤積嚴重,影響水庫效益的發揮,水庫實際抵御洪水標準低于部頒水利樞紐工程除險加固近期非常運用的洪水標準,確定新戶坪水庫大壩為三類壩,為病險庫。
　　針對水庫大壩存在的的以上問題,除險加固施工圖設計根據上級部門已經批準的《新戶坪水庫除險加固初步設計》制定的設計方案以及新戶坪水庫管理單位——瑪納斯線瑪納斯河客理處的意見,具體的設計任務有:一是從安全的角度出發,新戶坪不庫增設溢洪道。二是加固更新大壩防浪混凝土板護坡;同時,為提高壩體防滲性能,在壩坡混凝土護坡面板下鋪復合土工膜;對壩基進行垂直鋪設復合土工膜,提高壩體抗沖刷、降低壩內滲壓管水頭和壩基防滲能力。三是改建壩體防浪墻,做加高、加固處理。四是壩面加鋪戈壁,以利于行人行車,方便水庫管理。五是庫內淤積泥水處理的措施。
　　4處理措施
　　(1)新戶坪水庫增設溢洪道。在遇到300年一遇洪水或較大洪水,泄洪涵洞不足泄洪時,可以啟用溢洪道參與防洪、泄洪,以促進大壩的安全。
　　(2)加固更新防浪混凝土板護坡。有8.1km長的壩體需要加固更新混凝土板護坡,同時,在壩坡上鋪設復合土工膜,對壩基的薄弱部位進行垂直鋪設復合土工膜,以提高壩體、壩基防沖刷和防滲能力。該方法對土壩加固、防滲具有較好的效果。
　　(3)根據調洪演算的結果,汛期水庫上限洪水位定為427.00m,設計洪水位和校核洪水位分別為427.65 m和428.19 m,確定防浪墻頂高程應為430.55m,原則頂高程為429.45m,防浪墻高為0.8m,并且防浪墻不能承受水壓;為此,新建全壩段防浪墻,結構型式為鋼筋混凝土擋土墻式。
　　(4)為了降低壩體測壓管水頭,在壩后設置貼坡排水;另外,對目前壩后排水渠應做疏通加深,使壩后排水通暢通。
　　5對新戶坪水庫除險加固工程的思考 職稱論文發表網
　　新戶坪水庫是參與塔西河水庫分洪的攔河平原水庫,具有調洪任務。該項工程自2002年9月6日開工至2003年11月基本完工,2003年2月11日,專家組對新戶坪水庫大壩進行安全鑒定,2003年2月25日又對新戶坪水庫除險加固進行蓄水前階段性驗收。筆者對該項工程設計施工有以下幾方面的認識與思考。
　　(1)新戶坪水庫除險加固工程設計在壩體穩定計算、滲流計算時分析計算的是壩體的,而對壩基計算、壩基基礎的滲流計算評價不夠。這樣滲流沒截斷,壩后是否會出現管理涌有待研究,但一定會出現滲流,其大小還須進一步判定。建議必須進行壩基計算且要求分段計算。
　　(2)防凍層是