克孜加爾一庫(kù)大壩滲流安全評(píng)價(jià)分析

趙達(dá)提·克依木別

（烏蘇市興源水務(wù)有限公司，新疆 烏蘇 833000）

1 克孜加爾一庫(kù)概況

克孜加爾一庫(kù)位于烏蘇市古爾圖鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)三隊(duì)境內(nèi)，距烏蘇市120 km，距古爾圖鎮(zhèn)7 km，是一座平原水庫(kù)，總庫(kù)容407×104m3，興利庫(kù)容272×104m3，死庫(kù)容135×104m3，水庫(kù)樞紐主要包括大壩、放水涵洞。克孜加爾一庫(kù)屬平原水庫(kù)，總庫(kù)容407×104m3，水庫(kù)下游控制灌溉面積0.9825 萬(wàn)畝，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IV 等，工程規(guī)模為小（1）型，主要建筑物為4 級(jí)，次要建筑物為5 級(jí)，臨時(shí)性水工建筑物為5 級(jí)。克孜加爾水庫(kù)大壩為均質(zhì)壩，壩長(zhǎng)2865 m，最大壩高9.56 m，其中主壩段（0-075～0+400）壩頂高程達(dá)到371.14 m、左副壩段（1-315～0-075）壩頂高程達(dá)到370.52 m、右副壩段（0+400～0+775）壩頂高程達(dá)到371.14 m、（0+775～1+550）壩頂高程必須達(dá)到370.33 m。壩頂寬4 m，上游壩坡為1∶2.5，采用0.15 m 厚C20F200 砼板護(hù)坡，下游壩坡1∶2。

克孜加爾一庫(kù)建于1974 年，于1976 年完工，屬于無(wú)勘察、無(wú)設(shè)計(jì)和無(wú)施工驗(yàn)收的“三無(wú)工程”，基礎(chǔ)資料缺乏。除險(xiǎn)加固前大壩及放水涵洞已出現(xiàn)不同程度的損壞及老化，不能充分發(fā)揮興利效益，嚴(yán)重威脅著下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全。2007 年10月22 日專家組對(duì)克孜加爾一庫(kù)進(jìn)行了安全鑒定，壩體壩基滲流性態(tài)不安全，滲流安全評(píng)定為C 級(jí)。2008 年8 月，塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計(jì)院完成了克孜加爾一庫(kù)除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)工作。2009 年9 月工程開工建設(shè)，2011 年8 月克孜加爾一庫(kù)除險(xiǎn)加固工程通過(guò)竣工驗(yàn)收。

2 大壩滲流運(yùn)行表現(xiàn)

2.1 滲流運(yùn)行總體表現(xiàn)

克孜加爾一庫(kù)除險(xiǎn)加固工程布置采用原樞紐布置，除險(xiǎn)加固后大壩全長(zhǎng)2865 m，壩型為均質(zhì)土壩。壩軸線呈“П”型，其中壩樁號(hào)1-315～0-075 段（左副壩長(zhǎng)1240 m），壩軸線呈南北方向。壩樁號(hào)0-075～0+400 段（主壩段長(zhǎng)475 m），壩軸線呈東西方向。壩樁號(hào)0+400～1+550 段（右副壩長(zhǎng)1150 m），壩軸線呈南北方向。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，趾板及防浪墻無(wú)開裂縫，壩體無(wú)貫穿裂縫，下游壩坡面平整完好，壩頂無(wú)明顯不均勻沉降，大壩除險(xiǎn)加固至今未曾發(fā)現(xiàn)壩體、壩基有大流量滲漏現(xiàn)象，大壩運(yùn)行正常。

水庫(kù)工程各觀測(cè)參數(shù)在防洪度汛過(guò)程中仔細(xì)測(cè)量，未發(fā)現(xiàn)有異常參數(shù)出現(xiàn)，水庫(kù)兩岸邊坡地質(zhì)較穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)滑坡等不穩(wěn)定現(xiàn)象。大壩整體工作狀態(tài)一切正常，泄洪達(dá)到了設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，大壩工程未發(fā)現(xiàn)有工程質(zhì)量問(wèn)題，大壩運(yùn)行正常。

2.2 滲流量基本情況觀測(cè)資料表現(xiàn)

根據(jù)水庫(kù)大壩0-200、0+250、0+400 監(jiān)測(cè)斷面測(cè)壓管監(jiān)測(cè)資料，將2011 年～2016 年每年庫(kù)水位最高一次的測(cè)壓管監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，根據(jù)各監(jiān)測(cè)斷面對(duì)應(yīng)的最高庫(kù)水位、測(cè)壓管監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和繪制的浸潤(rùn)線圖計(jì)算大壩的滲透比降[1]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查可知，壩后坡及壩腳均未見到有水溢出，說(shuō)明壩后的水溢出點(diǎn)很遠(yuǎn)，為從安全考慮，推測(cè)未來(lái)的壩后溢出點(diǎn)在坡腳，故計(jì)算時(shí)確定下游水位在壩后坡腳。壩體填筑料低液限粘土層壩后滲透比降計(jì)算見表1。

表1 大壩低液限粘土層壩后滲透比降計(jì)算表

根據(jù)表1 可知，三個(gè)斷面大壩低液限粘土層滲透比降值為0.067～0.147，均小于允許值0.226。因此，除險(xiǎn)加固后大壩壩體低液限粘土層滲透穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞。

3 水庫(kù)大壩滲流安全監(jiān)測(cè)

根據(jù)壩樁號(hào)0-200、0+250、0+400 等三個(gè)滲流監(jiān)測(cè)斷面滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，在高水位運(yùn)行期，通過(guò)壩體浸潤(rùn)線觀測(cè)數(shù)據(jù)表顯示，管井實(shí)際浸潤(rùn)線在設(shè)計(jì)浸潤(rùn)線以下，大壩水位上下波動(dòng)，浸潤(rùn)線變化值基本在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，壩體運(yùn)行正常、壩后滲流基本符合設(shè)計(jì)要求，放水涵洞水流，流速正常，流態(tài)平穩(wěn)，建筑物上下游水位銜接較順暢。但是滲流量與庫(kù)水位存在一定的相關(guān)關(guān)系，隨著庫(kù)水位的提高，克孜加爾一庫(kù)大壩仍存在出現(xiàn)滲流的可能。

4 大壩滲流計(jì)算分析安全評(píng)價(jià)分析

4.1 主壩滲流觀測(cè)資料分析

根據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版），目前土石壩滲流系數(shù)反演計(jì)算基于穩(wěn)定的滲流場(chǎng)，因此，用于反演分析的資料應(yīng)該也是對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定滲壓水位[2]。由于克孜加爾一庫(kù)主壩滲流觀測(cè)主要采用的是測(cè)壓管觀測(cè)，滲透水體在土體中流動(dòng)需要時(shí)間以及非飽和土體的充水時(shí)間，一般測(cè)壓管觀測(cè)到的水位要滯后于相應(yīng)的庫(kù)水位。反映到實(shí)測(cè)資料就是測(cè)壓管水位達(dá)到峰（谷）值的時(shí)刻往往比庫(kù)水位達(dá)到峰（谷）值的時(shí)刻要晚。根據(jù)觀測(cè)資料，一般觀測(cè)的測(cè)壓管水位滯后于庫(kù)水位5 d～10 d。根據(jù)各測(cè)壓管觀測(cè)資料分析，C5 測(cè)壓管水位變化一直比較穩(wěn)定，本次選擇C5 所在的主壩橫斷面（圖1）進(jìn)行反演分析。

圖1 克孜加爾一庫(kù)主壩滲流反演計(jì)算典型斷面

根據(jù)資料的完整性，選取2012 年和2014 年的資料作為反演分析的基礎(chǔ)資料。本次共選取兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算：

（1）2012 年C5 測(cè)壓管管內(nèi)最高值為364.86 m，出現(xiàn)在2012 年10 月9 日，按照測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)滯后水庫(kù)水位10 d～15 d，可采用10 月下旬的庫(kù)水位平均值362.40 m 進(jìn)行反演計(jì)算。

（2）2014 年C5 測(cè)壓管管內(nèi)最高值為363.44 m，出現(xiàn)在2014 年6 月中旬，按照測(cè)壓管觀測(cè)數(shù)據(jù)滯后水庫(kù)水位10 d～15 d，可采用6 月下旬的庫(kù)水位平均值363.21 m 進(jìn)行反演計(jì)算。

根據(jù)《烏蘇市克孜加爾一庫(kù)庫(kù)除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)報(bào)告》提供的參數(shù)及本階段地質(zhì)勘察報(bào)告，選擇滲流計(jì)算的代表性斷面為0-400 斷面、0-200 最大橫斷面、0+250 斷面，克孜加爾一庫(kù)壩體填筑料滲透系數(shù)為7.6×10-6cm/s，壩基粉土層滲透系數(shù)6.9×10-4cm/s，壩基粉砂層滲透系數(shù)5.6×10-3cm/s。

經(jīng)計(jì)算，水庫(kù)主壩滲流的出逸坡降0.012～0.21，根據(jù)本階段地質(zhì)勘探提供的參數(shù)，主壩土體的允許坡降為0.30，主壩滲流最大出逸坡降小于允許坡降，主壩壩體沒(méi)有滲透破壞的可能。

4.2 安全評(píng)價(jià)分析

綜上可知大壩壩體、壩基滲透穩(wěn)定，大壩防滲和反濾排水設(shè)施完善，大壩運(yùn)行過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)裂縫、滑動(dòng)、隆起、塌坑、流土、管涌現(xiàn)象。通過(guò)監(jiān)測(cè)資料分析，浸潤(rùn)線與庫(kù)水位呈正向關(guān)系，在各種運(yùn)行工況下，大壩在0-200、0-400、0+250 斷面各土層計(jì)算滲流比降值均小于允許滲透比降值，大壩壩體、壩基滲透穩(wěn)定。放水涵洞混凝土結(jié)構(gòu)與壩體無(wú)接觸沖刷等滲透穩(wěn)定問(wèn)題，大壩滲流性態(tài)基本安全，滲流安全評(píng)價(jià)為B 級(jí)。

5 結(jié)論

克孜加爾一庫(kù)自上世紀(jì)70 年代運(yùn)行以來(lái)，大壩及放水涵洞已出現(xiàn)不同程度的損壞及老化，不能充分發(fā)揮興利效益，嚴(yán)重威脅著下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，2007 年對(duì)水庫(kù)進(jìn)行的安全鑒定結(jié)果表明，壩體壩基滲流性態(tài)不安全，滲流安全評(píng)定為C 級(jí)。2009年對(duì)水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固處理，根據(jù)除險(xiǎn)加固后水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)資料分析計(jì)算的三個(gè)斷面大壩低液限粘土層滲透比降值均小于允許值，可見，大壩壩體低液限粘土層滲透穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞，水庫(kù)主壩滲流的出逸坡降大于允許坡降，主壩壩體沒(méi)有滲透破壞的可能。建議盡快對(duì)大壩壩體及放水涵洞已出現(xiàn)不同程度的損壞及老化問(wèn)題進(jìn)行解決，確保大壩能夠正常安全運(yùn)行。