新疆瑪納斯縣皇公地水庫建設(shè)的相關(guān)研究

黃榮剛

（新疆瑪納斯縣瑪納斯河水利管理處，新疆 瑪納斯 832200）

0 引言

水庫是水利工程基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目，關(guān)系到區(qū)域水文環(huán)境、農(nóng)業(yè)以及居民用水安全等重要事宜。若無法合理有效地把控水庫建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，則會(huì)造成重大安全隱患，威脅區(qū)域居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。結(jié)合新疆·瑪納斯縣皇公地水庫水庫工程為例，對(duì)水庫建設(shè)的必要性、可行性，壩址和壩型選擇主要建筑物設(shè)計(jì)及相關(guān)施工等內(nèi)容進(jìn)行分析研究。

1 工程概況

新疆瑪納斯縣皇公地水庫位于西河流域下游沖積平原，壩址利用天然溝谷、洼地三面圍壩而成，水庫在起到防洪排澇的基礎(chǔ)上，為下游1.85萬畝防護(hù)林和沙生藥材提供灌溉用水。上庫、下庫總庫容為450萬m3，其中上庫正常蓄水位394.00 m，相應(yīng)庫容214萬m3；下庫正常蓄水位390.00 m，相應(yīng)庫容236.0萬m3。水庫工程主要建筑物有大壩、放水涵洞等組成。

2 新疆瑪納斯縣皇公地水庫建設(shè)前期研究

2.1 水庫建設(shè)必要性及可行性分析

（1）必要性。水庫工程建設(shè)是區(qū)域水資源利用的基礎(chǔ)，可為區(qū)域水資源調(diào)配的開源節(jié)流奠定基礎(chǔ)。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)域用水量相對(duì)較大，且遠(yuǎn)大于地下室可供水量，形成區(qū)域地下水資源相對(duì)短缺的狀態(tài)，導(dǎo)致了地下水資源過度開發(fā)，盡管區(qū)域?qū)嵤└咝Ч?jié)水灌溉，但仍舊水資源消耗超出可利用資源量[1]?；使厮畮斓慕ㄔO(shè)為區(qū)域水資源開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)，符合區(qū)域經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，是實(shí)施生態(tài)治理換取可持續(xù)發(fā)展重要舉措。同時(shí)，借助非灌期蓄水實(shí)現(xiàn)水資源的調(diào)配，為區(qū)域水資源利用提供有力的保障。

（2）可行性。新疆·瑪納斯縣皇公地水庫工程的建設(shè)，符合國家政策支持，且可以滿足區(qū)域環(huán)境治理的重要目標(biāo)，以及居民日常生活用水保障。通過水庫的建設(shè)，能夠滿足居民需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣、廢水的綜合治理。另外，類似水庫項(xiàng)目的實(shí)施建設(shè)，為新疆瑪納斯縣皇公地水庫的建設(shè)提供了有效的技術(shù)保障。

2.2 水庫勘察設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)水庫的順利建設(shè)，開展庫區(qū)的詳細(xì)的勘察。在勘察設(shè)計(jì)時(shí)，制定完善的勘察計(jì)劃，通過各類先進(jìn)的勘察設(shè)備和勘察手段，獲取真實(shí)、準(zhǔn)確與可靠的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)。分析具體水庫的建設(shè)問題，提供設(shè)計(jì)方案，保障水庫的建設(shè)的科學(xué)性與合理性。結(jié)合實(shí)際的工程地質(zhì)測(cè)量成果與污水處理的任務(wù)及規(guī)模，實(shí)現(xiàn)對(duì)庫容和水位等水庫特征值的確定[2]。

3 新疆瑪納斯縣皇公地水庫建設(shè)研究

3.1 壩址、壩線、壩型選擇

（1）為實(shí)現(xiàn)對(duì)皇公地水庫壩址的選擇，多次踏勘，配合污水處理廠地理位置，初步選擇皇公地上庫、下庫作為水庫壩址，其中老枯溝作為主要壩址，其縱坡不大，2岸切割深度1～3.0 m不等，且?guī)毂P大、庫區(qū)平坦，平均水深2.5 m，具有較好的庫容，符合水庫工程建設(shè)的需求。

（2）壩線選擇。結(jié)合地形地貌、地質(zhì)條件，經(jīng)過反復(fù)比對(duì)，對(duì)農(nóng)田界限進(jìn)行控制。提出上庫主壩軸線坐標(biāo)控制情況見表 1。

表1 上庫主壩軸線坐標(biāo)控制情況

（3）針對(duì)皇公地水庫的地形地貌、地質(zhì)條件，提出3種不同壩型的建設(shè)方案，分別為土工膜斜墻防滲均質(zhì)土壩、土工膜斜墻防滲砂礫石壩和粘土心墻砂礫石壩。這3種方案均符合本工程地質(zhì)條件情況，經(jīng)過對(duì)材料、施工條件等進(jìn)行對(duì)比分析，最終確定土工膜斜墻防滲均質(zhì)土壩為皇公地水庫建設(shè)的壩型。

3.2 主要建筑物建設(shè)

3.2.1 壩坡及護(hù)坡設(shè)計(jì)

壩坡及護(hù)坡設(shè)計(jì)是水庫設(shè)計(jì)的重要組成部分，有效合理的設(shè)計(jì)方案直接關(guān)系水庫工程的建設(shè)質(zhì)量和運(yùn)行。結(jié)合具體情況，以上庫護(hù)坡為例，主要擇取混凝土板護(hù)坡，并設(shè)置C20F200混凝土擋滑墻。斷面尺寸為b×h=（0.3+0.5）÷2×0.5m。此外，為避免水庫受到冬季氣候的影響，應(yīng)設(shè)置防凍墊層，先從凍深開始，具體設(shè)計(jì)按照如下公式計(jì)算。

式中，Zd為設(shè)計(jì)凍深，m；Ψd為日照及遮陰程度影響系數(shù)；Ψω為地下水修正系數(shù)；Zm為實(shí)測(cè)歷年最大凍深，m；Ψi為典型斷面某部位Ⅰ的日照及遮陰程度修正系數(shù)；Α為系數(shù)；Β為系數(shù)；Zwo為臨近氣象臺(tái)的地下水位深度，m；Zwi為計(jì)算點(diǎn)的凍結(jié)前地下水位深度，m。

此外，還需要對(duì)土的凍脹量進(jìn)行確認(rèn)，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的確定。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)護(hù)坡防凍層厚度的確定。但對(duì)于護(hù)坡厚度，則可按照如下公式計(jì)算。

式中，η為系數(shù)，對(duì)整體式大塊護(hù)面板取1.0，對(duì)裝配式護(hù)面板取1.1，因本次采用現(xiàn)澆砼板，所以取為1.0；hp為累計(jì)頻率為5%的波高，m；b為沿壩坡向板長，m；ρc為板的密度，對(duì)素砼可取 2.4 t/m3；ρw為水的密度，取為 1.0 t/m3。

3.2.2 壩體填筑

為實(shí)現(xiàn)大壩低成本、高效率的建設(shè)，科學(xué)合理地實(shí)施壩體填筑，盡可能降低費(fèi)用和減少環(huán)境干擾，則選擇T1、T2土料場(chǎng)，通過多種實(shí)驗(yàn)對(duì)具體水庫大壩填筑材料進(jìn)行控制。填筑過程擇取機(jī)械作業(yè)的方式，壩體填筑層厚度≤0.4 m。

3.2.3 壩基防滲

壩基滲漏是水庫建設(shè)中的重點(diǎn)控制內(nèi)容，針對(duì)水庫周邊的耕地，水庫建成則會(huì)帶來浸漬或是次生鹽堿化問題，需注意對(duì)壩基防滲漏處置。通過垂直鋪塑的方式建立壩基，再對(duì)浸潤線高度進(jìn)行控制，增加0.5 mm的PE塑膜進(jìn)行防滲處置，保障壩基的防滲效果[3]。

3.2.4 放水涵洞

對(duì)于放水涵洞，需要結(jié)合工程的基本情況，遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析涵洞水位流量關(guān)系，進(jìn)行放水涵洞的水力計(jì)算。

式中，μ為短管有壓段的流量系數(shù)；e、B分別為閘孔開啟高度和水流收縮斷面處的底寬；H為有壓短管出口的閘孔底板高程算起的上游庫水深；ε為有壓短管出口的工作閘門垂直收縮系數(shù)。

在放水涵洞水力計(jì)算后，可對(duì)閘井進(jìn)行實(shí)施?；使厮畮斓拈l井選擇鋼筋混凝土澆筑，標(biāo)號(hào)為C25F200W6。對(duì)于下庫放水涵洞，則與上庫類似，注意各項(xiàng)荷載的影響，確保放水涵洞的功能性與可靠性。

3.3 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為確保后續(xù)的水庫安全系數(shù)，在水庫建設(shè)階段構(gòu)建安全監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容涵蓋環(huán)境監(jiān)測(cè)、壩體滲流及浸潤線、表面變形等監(jiān)測(cè)，借助各類傳感器，輔助計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞與分析，從而有效地控制大壩的基本情況，避免各類安全隱患發(fā)生?；使厮畮焐蠅蔚淖冃伪O(jiān)測(cè)布置方式詳見表2。

表2 上壩的變形監(jiān)測(cè)布置分析

3.4 主體施工

對(duì)于大壩主體施工，內(nèi)容較多，包括基礎(chǔ)處理、填筑、防滲、房東、護(hù)坡的、整平、防放水涵洞、安全監(jiān)測(cè)等內(nèi)容[4]。

在基礎(chǔ)開挖過程中，主要擇取機(jī)械開挖的方式，按照開挖規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施開挖。為確保壩基的可靠性，需要實(shí)施有效的局部處理，開展相關(guān)碾壓實(shí)驗(yàn)；對(duì)于防滲施工，先實(shí)施土工膜的敷設(shè)，清除雜物，做好土工膜防風(fēng)；對(duì)于防凍層的施工，可選擇土工合成材料，并避免重型壓實(shí)設(shè)備碾壓；在護(hù)坡的施工過程中，需注意不預(yù)留施工縫，控制偏差，其澆筑完成后，需要進(jìn)行有效的養(yǎng)護(hù)工作。

基礎(chǔ)垂直防滲施工，是水庫工程建設(shè)中的重中之重。在施工過程中，應(yīng)做好施工平臺(tái)的整平工作，按照操作規(guī)范和設(shè)計(jì)需求，進(jìn)行開槽作業(yè)，并注意嚴(yán)格控制鉆孔的質(zhì)量，避免塌孔，再做好有效的清孔工作，避免留渣，進(jìn)行有效塑膜鋪設(shè)，最后實(shí)施回填[5]。

在整個(gè)施工過程中，需要注意原材料的質(zhì)量控制，避免造成隱患?；使厮畮觳恍枰獙?shí)施導(dǎo)流，但需要注意基坑排水，應(yīng)合理設(shè)置深1.5 m，底寬1.0 m，邊坡1∶1，長度100 m的排水溝。

4 結(jié)束語

以新疆瑪納斯縣皇公地水庫的工程建設(shè)為研究對(duì)象，對(duì)水庫建設(shè)的可行性、必要性進(jìn)行分析。根據(jù)水庫的勘察設(shè)計(jì)結(jié)果，提出壩址、壩線、壩型選擇和主要建筑物建設(shè)，包括壩坡及護(hù)坡設(shè)計(jì)、壩體填筑、壩基防滲和放水涵洞等，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)和水庫主體施工。對(duì)皇公地水庫的工程建設(shè)進(jìn)行相關(guān)研究，積極推動(dòng)水庫工程的順利完成，發(fā)揮水庫工程的功能性與可靠性，降低安全隱患，提升水庫質(zhì)量。

[1]鄭曉蓉.瑪納斯縣皇公地水庫壩型比選分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2016(13):212-213.

[2]楊娟.水庫工程設(shè)計(jì)中的若干要點(diǎn)研究[J].工程技術(shù):全文版,2016(11):00217-00217.

[3]楊勇.水庫小型水利工程建設(shè)管理探討 [J].低碳世界,2017(32):129-130.

[4]陳燕博.水庫工程在建設(shè)管理中存在的問題及對(duì)策 [J].江西建材,2017(8):117-118.

[5]張文生,劉祥,朱春飛.淺談小型水庫除險(xiǎn)加固工程建設(shè)應(yīng)注意的若干問題[J].科技展望,2017,27(29):18-19.