廖　柯　王莉艷

摘要 本文通過調(diào)查、分析，找出原因并提出了問題的處理方案，對提出的工程措施做試驗進行驗證，最終推薦了經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的處理方案，該結(jié)論成果可為今后同類工程提供借鑒經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞 除險加固 壩頂超高 削浪墻

一、工程概況

烏拉泊水庫是烏魯木齊河中游的一座中型水庫，控制流域面積2596km2。第一期工程于1961年建成，總庫容4000萬m3。因水庫位于市區(qū)上游南郊17km，海拔高程比市區(qū)高出約223m，故又被稱為新疆首府“烏市頭上的一盆水”。

該庫經(jīng)1978年至1987年二期擴建除險加固工程后，總庫容擴大到7000萬m3，水庫正常高水位1082.4m，防洪警戒水位1083.03m，設(shè)計洪水位1086.10m，校核洪水位1087.23 m，保壩洪水位1088.00 m，相應(yīng)庫容7000萬m3。

二、問題的提出

經(jīng)過除險加固工程后，烏拉泊水庫防洪，調(diào)蓄功能得到了較好發(fā)揮，水庫設(shè)計水位也相應(yīng)得到恢復和提高。根據(jù)調(diào)查和水庫運行觀測資料記載，1993年10月29日，當水庫庫容4041萬m3，相應(yīng)蓄水位1083.1m，正對主壩方向的風浪翻越壩頂、卷向壩后，將壩后干砌石護坡填料掏出，使護坡80多處遭到不同程度的破壞，其中，最大破壞面積達幾十平方米，對主壩安全造成嚴重威脅。2000年10月24日，當庫容達5048萬m3，相應(yīng)蓄水位達1085.2m時，再次發(fā)生風浪翻越壩頂現(xiàn)象。2000年，在大壩安全鑒定中，烏拉泊水庫被定為三類壩，其病險情之一就是壩頂超高不足。

2001年，在對烏拉泊水庫進行除險加固工程設(shè)計中，經(jīng)壩頂超高復核計算，主、副壩的壩頂欠高值分別為0.90m和0.86m，須采取工程措施加以解決。若采取壩體加高方案，則需先拆除壩頂設(shè)施及外壩坡干砌石護坡，然后再將壩體由壩后培厚加高，為此，不但勘測設(shè)計技術(shù)工作較復雜，而且工程量大、投資高；若進行上游馬道1086m高程以上坡面加糙或增設(shè)削力墩，則嚴重破損原混凝土護面，且不美觀。在本水庫不需要再增加庫容、且壩頂欠高值不大的情況下，通過對壩體加高1m、上游壩坡馬道以上坡面加糙、增設(shè)削浪墩及馬道增設(shè)削浪墻幾種設(shè)計方案在技術(shù)、經(jīng)濟、施工、運行管理以及外觀形式等多方面進行綜合比選，最終擬選上游馬道前沿增設(shè)1m 高削浪墻方案作為對壩頂防浪超高不足的工程措施。

根據(jù)烏拉泊水庫上述具體情況，在對壩頂防浪高度不足（欠高1米）的設(shè)計處理中，采用在比壩頂1088m高程低2m的內(nèi)壩坡、2m寬馬道（1086m高程）前沿增建1m高的鋼筋混凝土削浪墻，究竟能否取得在壩頂增建1m高削浪墻的削減浪高之同樣效果呢？由于目前尚無參考資料和工程先例，又未進行在壩坡與壩頂分別增設(shè)1m高削浪墻的比較模型試驗，故在本工程實施前有必要對此設(shè)計方案進行初步的探討和分析論證。

在按規(guī)范進行風浪爬高計算中，壩頂增設(shè)1m高防浪墻削除1m高浪的數(shù)學模型是可靠的，故本次分析論證不涉及有關(guān)風浪爬高理論計算公式，以及在水庫調(diào)度運行中高水位的升降和風速大小與風浪爬高值之間的變化關(guān)系。僅根據(jù)波浪作用機理，結(jié)合工程運用實際情況，從壩頂與壩坡不同位置設(shè)墻的作用效果進行兩種情況的相對比較分析論證。

三、計算與分析

（一）壩頂超高計算結(jié)果

在2001年烏拉泊水庫除險加固工程初步設(shè)計中，根據(jù)烏魯木齊水文水資源局在烏拉泊水庫設(shè)立的水文站提供的庫區(qū)上空10m高度主風向下多年平均最大風速14.1m3/s，該風速加乘2.0作為設(shè)計風速值所進行的風浪爬高計算結(jié)果，水庫主、副壩在不同水位下的壩頂超高值見表1。

(二)分析與論證

1、水庫非常運用情況下的壩頂超高與削浪墻位置特點

烏拉泊水庫利用上游馬道1086.0m高程增建削浪墻，較壩頂高程1088.0m僅降低2m，高差不算太大，且馬道1086m高程本身已經(jīng)滿足水庫主、副壩在正常高水位加非常運用情況下所需要壩頂超高值要求；在1087.23 m校核洪水位加Ⅷ度地震情況下，現(xiàn)有壩頂防浪墻高度（防浪墻頂高程1089.50m）也已經(jīng)滿足壩頂超高要求（見表1）。

2、水庫正常運用情況觀測及壩頂欠高因素分析

根據(jù)烏拉泊水庫運行觀測資料記載，水庫經(jīng)前幾期除險加固工程之后，截止目前發(fā)生的1993年和2000年兩次風浪翻越壩頂現(xiàn)象，水庫庫容分別為4041萬m3和5048萬m3，相應(yīng)庫蓄水位分別達1083.1m和1085.2m，較上游馬道高程1086m及設(shè)計洪水位1086.1m分別低約3m和1m左右，發(fā)生時間約在10月底。從時空分布上看，實際發(fā)生的兩次風浪翻越壩頂現(xiàn)象均屬于本庫目前正常運行情況條件下較高水位與設(shè)計風速值在時間和空間上的組合。

對水庫在設(shè)計洪水位加正常運行情況下（多年平均最大風速14.1 m3/ s加乘2.0得出的設(shè)計風速值）求得的欠高值，采用上游馬道增建1m高削浪墻以替代壩頂增建等高防浪墻時，高出1086.1m設(shè)計洪水位1.0m的削浪墻，可直接阻擋墻前波浪，即使墻體忽隱忽現(xiàn)在時起時伏的波浪中，對波浪也同樣會起到阻擋、減能作用。

由此可見，對烏拉泊水庫利用上游馬道1086m高程增建1m高削浪墻，不但經(jīng)濟、美觀、易實施和管理，而且對該庫在現(xiàn)有壩體工程設(shè)施基礎(chǔ)上能有效的削減1m風浪爬高值在技術(shù)上具有一定的可靠性。

3、削浪墻結(jié)構(gòu)型式設(shè)計

沿主壩段上游馬道1086.0m高程原混凝土防滲墻前和副壩段相應(yīng)高程增設(shè)的鋼筋混凝土削浪墻高1.0m、墻厚25cm，每5m間距設(shè)一鋼筋混凝土柱（寬×厚為30cm×35cm），該柱與墻整體澆筑，L型鋼筋混凝土基礎(chǔ)深1.0m。為增強削浪墻抗傾覆穩(wěn)定性，在柱后設(shè)直徑Φ100mm的鋼管扶壁，鋼管兩端分別與柱和基礎(chǔ)內(nèi)的預(yù)埋鋼筋焊錨。每段墻自墻頂往下30cm布設(shè)矩形孔：分別為80cm×20cm（長×高）矩形減壓孔3個，墻底部正對減壓孔開相同尺寸的矩形排水孔3個。

4、削浪墻對風浪削減作用的機理分析

當庫蓄水位接近設(shè)計洪水位的高水位情況遇到設(shè)計風速下的較大風浪時，在上游壩坡馬道上處于較低不利位置的削浪墻是怎樣削減風浪爬高的？筆者愿借此工程設(shè)計機會對其作用機理試進行分析論證并與同仁們一起進行初步探討。

同樣是防浪，但與壩頂防浪墻相比，此上游壩坡馬道削浪墻最不利之處也許就是其位置上的低置，因此，相對而言，在削除風浪爬高過程中，壩頂防浪墻是阻擋波浪的上部或削減浪尖部分的能量。而相當于起著阻水坎作用的壩坡削浪墻卻主要是阻擋波浪中、下部或削減浪基和風浪中部的能量。即使削浪墻被較高水位時的連續(xù)波浪所埋沒，它也能作為阻水坎在波浪基部起到削減浪基能量之作用。

在高水位遇設(shè)計風速情況下，當波浪涌向前壩坡直立削浪墻形成擊浪時，首先，在波浪作用力和墻對波浪的反作用力及其形成的回水波共同作用下，一部分水體被拋向空中，然后當下一次波浪沖擊前的間隔時間里，這部分水體因自身重力和水粘滯力的拖拽作用而下落退回。與此同時。在波浪作用力與墻阻力產(chǎn)生的回水波反作用力、水體重力和水浮力共同作用結(jié)果下，在墻前，因水連續(xù)不停地起落而不斷的形成高度不等的水浪、水柱，下落水體使墻前水面形成的回水波與風力作用形成的波浪這兩個不同方向的波峰與波谷相互作用，疊加結(jié)果，在墻前水面一定范圍形成的回水波紊流，使大部分波浪能量在削浪墻前削耗，從而使削浪墻有效地起到了碎浪和削能作用。另外，因鋼筋混凝土削浪墻允許越浪，另一部分水先越過相當于阻水坎的削浪墻頂，然后，沿著墻背面經(jīng)馬道通過這一延長了的流徑涌向壩坡時，因受到1086m高程以上前壩坡的阻擋，又在墻后的壩坡前再次出現(xiàn)類似于削浪墻前發(fā)生的水波狀態(tài)和削能現(xiàn)象。通過這兩部分削能后，不但不會發(fā)生壩頂防浪墻似的風浪翻越壩頂破壞壩后護坡現(xiàn)象，而且能將整個波浪消能從位置上自原壩頂防浪墻沿水面前推7m左右，從而有效的避免了濺起的浪花落往壩頂和壩后坡，造成沖刷壩頂和掏刷后壩坡及冬季壩頂觀測房遭到冰封。相對于壩頂防浪墻作用而言，因充分利用了削浪墻允許越浪的墻背效果，相當于將原壩頂防浪墻增高了約2m，從而在通過碎浪、削能方式實現(xiàn)加強工程的防浪作用中，取得了事半功倍之效果。

四、結(jié)語

削浪墻的增設(shè)，使烏拉泊水庫壩頂超高滿足了設(shè)計要求。隨著水庫加固工程實施后險情的排除，設(shè)計庫蓄水位可以得到進一步恢復，水庫防洪、調(diào)蓄功能得到相應(yīng)提高，從而使水庫的作用得到進一步充分發(fā)揮。

在全國已建水庫工程中，隨著大壩壩齡的增大、水庫險情的出現(xiàn)以及水庫運行情況的變化及其它條件的改變等等，需要擴、續(xù)建除險加固大壩工程將會逐漸增多。本文結(jié)合具體工程實際情況，對土石壩在壩坡一定高程增設(shè)削浪墻問題進行了初步分析論證和探討，并建議在可能情況下，進行相同條件下的壩頂與壩坡設(shè)墻對比模型試驗，取得基本理論數(shù)據(jù)，并且增建削浪墻工程實施后，加強在設(shè)計條件下的運行觀測，以便能為今后在土石壩除險加固工程的類似工程問題的處理起到一定的參考與借鑒作用。