吉爾吉斯斯坦實施水壩修復加固

1 概況

1997年，世界銀行代表團在吉爾吉斯斯坦選擇了7座灌溉壩進行修復或完善。整體而言，這些灌溉壩狀況極差，閘門和閥門經過多年運行后已經老化，鋼結構工程及電氣設備需要更換;同時，測壓計故障頻出，需要拆除或更換。其中一些水壩滲水嚴重，因此，其表面保護及排水系統均需要修復。

在由世行資助的吉爾吉斯斯坦共和國灌溉修復項目(IRP)的第1階段，選擇奧爾托托科伊(Orto Tokoi)壩和卡拉布拉(Karabura)壩進行修復。修復工程于1997年啟動，由土耳其泰梅爾蘇(Temelsu)國際工程公司與英國吉布(Gibb)公司聯合設立的合資公司承擔建設任務。該階段工作于1998年5月勝利完工。

第2階段工程始于1998年9月，止于2001年12月。在此期間，選擇了5座灌溉壩:帕潘(Papan)，巴扎爾庫爾干(Bazaar Kurgan)，吉洛夫(Kirov)，阿拉阿爾查(Ala Archa)和斯帕爾塔克(Spartak)壩進行修復。主要內容包括:

(1)對每座壩進行現場綜合性檢查;

(2)對獲得的所有資料進行分析評估，包括壩址處的水文、地質以及地震資料，施工、運行及維修記錄;

(3)對風險進行評估，提出補救措施及建議，以使其安全度達到可接受水平;

(4)根據提出的措施進行詳細設計，編制招標文件，并為施工監理做準備。

在第3階段(2002年2月～2003年12月)，帕潘，庫爾古茲阿塔(Kyrgyz Ata)和納依曼(Naiman)壩以及包括其灌溉子工程在內的渠道系統，由同一家合資公司提供工程咨詢服務。正在進行的改進水管理項目(WMIP)也是由世行資助，是IRP的延續。2007年，由泰梅爾蘇聯合英國一家公司中標。該項目包括19個灌溉系統(灌溉面積達85000hm2)的勘探、測量、環境影響評價、編制設計文件和招標文件，以便為納依曼壩制定安全計劃。以上所有分項工程的施工監理和質量控制以及在職培訓，均在咨詢服務的范圍內。

任務包括為每個所選的遠離農場的灌溉系統制訂修復計劃，以便重建或維修或清理渠首工程、混凝土渠道襯砌及其相關控制建筑物。納依曼壩的主要維修工作是評估其地震安全度、修復加固泄水建筑物、加固取水和出水建筑物，以及整修閘門豎井及更換水力機械設備和一些必要的機電附屬設備。

這些工作一旦完成后，即可以實現:

(1)更可靠地提供灌溉供水;

(2)減少渠道滲水和建筑物的漏水;

(3)更好地對水進行管理，降低管理、運行與維護需求;

(4)可以防止建筑物發生災難性事故。

本階段的大部分工程已經完工，只有一少部分由于種種原因沒有完工。但是，作為納依曼壩優先補救措施以及急需實施修復加固工程首要任務的勘察及設計工作已經完成。WMIP的完工時間為2012年12月。

2 納依曼壩的修復加固

納依曼水庫位于奧什州，水庫的蓄水引自吉爾吉斯－阿塔河及其他一些河流。該水庫是為向下游6000hm2的圖莫云(Too－Moyun)(TMR)灌溉工程提供安全的供水水源而設計的。工程于1961年開工建設，1966年完建。

該壩高為 40.5 m，壩頂長為 265 m，超高2.4 m;再加上防浪墻。該壩為土石壩結構，包括砂石/礫石和卵石壘成的外壩肩和一道由滲透率很小的壤土組成的寬心墻。上下游面坡比為1∶2.5～1∶4。

3 水壩的安全評估

咨詢顧問獲得的用于評估的設計資料及施工資料都非常有限。因此，水壩的現狀只能根據從現場勘查獲得的信息以及與現場操作人員交談獲得的信息來加以評估。由于獲得的信息不足以為修復工程編制招標設計文件，因而只能開展一項綜合性的巖土工程勘察計劃，以便編制投標文件并進行監理。

該計劃的目的就是對壩體的各個部分所使用的建筑材料和基土的現場強度特性、壩體內孔隙水壓力的分布以及水庫水位較高時下游面出現的滲水進行勘查。由于所有的壓力計都出了故障，只好沿壩體新安裝了12個豎管壓力計，并進行了監測。勘查階段遇到的主要難題是當地不可能為承包商提供可以遵照及可接受的國際規范與國際標準，以便開展巖土工程現場試驗和實驗室試驗，如標準或靜力圓錐貫入度試驗或原位密度測量，通過地球物理技術進行三維層析攝影等。而這些對于建立一個可靠的數據庫以便進一步開展地震分析至關重要。

3.1 堤壩狀況

該土石壩狀況較好，無破壞跡象或過量變形。在混凝土路面上局部存在一些沉降和裂縫。報道的壩頂位移總計為40mm(垂直方向)，但是這并不是系統測量值，只是當地的水壩工作人員給出的一個數量級。上游坡上一些混凝土面板似乎受到輕微的損壞，需要進行修復或更換。下游面狀況似乎好一些，沒有明顯的變形或表面沖刷跡象。

土石壩下游壩趾長滿灌木和草的部位有幾個水坑，水從地面滲出來。據報道，1966～2000年實測滲水量為200L/s，而2010年，水庫水位達到 最高時，其滲水量甚至更大，原設計中估算的滲水量為20L/s。特別是壩址左壩肩需要采取特別重要的滲控措施。

3.2 泄水工程

(1)由于該壩建在河道外，且集水面積很小，因此沒有修溢洪道。當水庫蓄滿水時，來水就會通過旁路引入到TMR灌溉系統。在右壩肩礫巖上興建的泄水建筑物的泄水能力為8.5 m3/s，該泄水建筑物由一條從進水口延伸到隧洞的鋼筋混凝土涵洞(d=1600mm，L=47 m)組成。隧洞長為181 m，直徑為2.2 m。在豎井的塔底裝有一個直徑為1.4 m的閘閥，在下游端安裝了一個直徑為1.6 m的蝴蝶閥。入口房位于豎井塔的頂部，裝有1臺5 t的吊車，用于安裝和拆卸裝在豎井底部的設備。

(2)原設計要求對鋼筋混凝土涵洞的內壁加裝鋼襯，但實際施工時并沒有安裝。運行了45 a后，由于混凝土表面磨蝕及鋼筋被腐蝕，管道的可靠性及安全性已大為下降。

(3)豎井及其附屬建筑物，如進口小屋、交通橋、鋼制樓梯、門閥以及周邊混凝土面板等，都已經磨損破舊，外部隔水設施也已完全被廢棄。雖然這些都不會直接削弱水壩的安全，但對其進行整修，對于水壩的安全及運行還是極為重要的。

3.3 機電設備

經過45 a的運行，所有的機械設備及其供電裝置全都已老化和陳舊了。5 t起重機已經完成了其使用壽命。自1990年以來，排水泵就一直沒有運行過，電扇也被拆除。所以，通風管道和抽水泵管道在高度潮濕的環境下已經嚴重腐蝕。

3.4 閘 門

雖然原設計是采用3扇閘門來調節水流，但實際上只建了2扇，1扇為豎井處的泄水閘門，另一扇為下游的蝶形閘門。泄水閥的螺釘與螺母結合部已經松動失效，而且螺紋也正在被磨損。同樣，由于出現振動問題，下游蝶形閘門不能正常啟閉，其電力驅動裝置已被拆除，只能人工操作。

3.5 泄水隧洞出口洞門

由于陡坡上泄水洞出口洞門上方有很多大卵石，巖石有可能會落到控制室房頂上。因此，為保護泄水建筑物，修復加固出口洞門非常重要。

根據現場的具體情況，對水壩開展了地震風險安全評估，并對巖土工程勘查結果進行了評價。非線性地震分析結果表明:當峰值地面加速度(PGA)為0.46 g時，即使大壩超高也能夠滿足運行所需的基礎地震可信水平。但是，當峰值地面加速度為5000a一遇、達到0.70g的最大地震可信水平的條件下，水壩就不安全了，且有可能發生災難性潰壩。因此，建議修建一個體積為30000m3左右的堆石趾板來加固下游坡。

然而，對水壩進行抗震加固原本不在工程設計的范圍之內，完全沒有為這些改建工程安排預算。所以，提出的加固措施被延遲到下一階段實施。為了減小短期內發生任何災難性潰壩的風險，顧問們建議，作為一項臨時性預防措施，可以將水庫蓄水位保持在正常蓄水位以下大約3.5 m。

4 其他修復工程

4.1 豎 井

(1)對機電設備實施了修復，包括損壞嚴重的閥、起重機及其附屬結構物;

(2)翻修了交通橋、豎井建筑物、鋼樓梯、隔離體等;

(3)更換了塔周圍破損的混凝土板;

(4)設置一個專用的排水管系統;

(5)更換所有的電氣系統。

機電工程已經完成，結構修理工作已經部分完成。等到低水位季節將管道入口封堵，并將隧洞里的水抽干之后，再更換閥。

4.2 管 道

需進行潛水檢查，以及綜合性維修與加固工作。不過，需等到低水位季節、在水位降低以后再進行該部分施工。

4.3 下游側

需對泄水隧洞出口洞門坡面、墻及閥室進行加固;更換已經嚴重受損的現有閘門。

泄水隧洞出口洞門的加固工作已經部分完成，閥室已經進行了翻修，閘閥也已經更換。目前，流量為7.5 m3/s的水流已經開始下泄到下游的灌溉渠道。

5 結語

由于預算有限，致使下列需要進行修復加固的項目沒有納入此次修復工程計劃中。

(1)上游壩面約有30% 的面板需要進行修理或更換。

(2)興建一個壩趾排水層集水池和一個量水堰，以監測壩體和壩肩的滲水量。

(3)配備一臺備用發電機。