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工程师：柯斯吉 В.В. 湮依科夫斯基 А.А.
副博士：尤勒克维奇 Б.Н.
（“统一电力系统工程中心”－“列宁格勒水工设计院”联合股份公司分公司）
伊勒卡纳依水电站位于达吉斯坦的科衣苏河上，是个交通不便的山区，装机容量800兆瓦的伊勒卡纳依水电站Ⅰ期工程已经完成，土坝坝高101米，引水隧洞长5.2公里（图1）。
位于科衣苏河河口的伊勒卡纳依水电站，处于北高加索高山区，达吉斯坦褶皱山脉。河源处高出海平面3500米，河长178公里，河流平均坡降13.7%。河流穿过狭窄的峡谷，河谷宽20－100米。在距河口14.5公里的一个峡谷处，是伊勒卡依纳大坝坝轴线。在坝轴线之上的宽阔地带是大坝水库，水库为季节性调节。高山融化的冰雪和雨水汇聚成河水径流。河流特点是有长的洪水期（四月－十月）和稳定的冬季平水期。河流多年平均径流量为32亿立方米，多年平均流量为103立方米/秒，观测到的最大流量为1330立方米/秒。
坝轴线处河谷呈槽形天然断面。坝轴线处河谷宽，包括河滩地和河床90米。峡谷两岸岩石岸坡高800－900米，岸坡坡度从30－40度到60－80度。坝轴线处岩石为白云石和砂岩。坝址附近分布有台阶地，并被坡积土和崩积土覆盖。工程地区的地震等级为9级。
在远古，造山运动期，在坝址附近的河床被深切入岩石60－65米，最后被冲积层－砂砾石夹卵石和碎石－砂砾石夹有砂及亚砂土冲填。有透晶体和层状亚砂土－亚粘土淤积层，淤积层厚0.5到2.0米。
坝址处冲积层的透水性能变化范围很大，从每昼夜1－5米到每昼夜110－137米。土料的颗粒级配各种各样，在有水压力条件下，在坝基可能发生管涌。为了防止坝基发生管涌，预告考虑设置防渗措施。
大坝修建在狭窄的河谷，且两岸岩石坡面陡峻，又有厚的可压缩冲积土层，这就要求特别注意大坝中心部位和两岸坡部分的不均匀沉陷（图2）。
图1 伊勒卡纳依水电站厂房和Ⅰ期水轮机输水管道
图2 大坝上游坡面
离坝址不远处有当地筑坝材料，包括砂－砾石料、石料和亚粘土料，这些材料都是筑坝选定的材料。这些筑坝材料在大坝断面的分布是：
大坝上、下游支撑棱体是砂－砾石料夹有卵石；
沥青砼防渗墙；
钢筋混凝土廊道，用于枢纽运用管理和安置试验装置；
地下防渗；
上游支撑棱体范围内的第一期坝体。
对河床和滩地的砂－砾石料进行了仔细地研究分析，进行了野外的和室内的试验分析，确定了河床和滩地砂－砾石料的基本物理－力学性质：土料的密度2.20吨/立方米，含水状态下的内摩擦角为36度，不含水状态下的内摩擦角为38度，材料的透水性为50－100米/昼夜。
在对伊勒卡纳依水电站枢纽进行了总体布置分析论证和规划设计之后，最后确定大坝的主要参数是：最大坝高101米，坝顶宽12米，沿坝顶坝体长313米。上游坝坡是变化的：上面坝坡为1∶3.0，下面坝坡为1∶2.5，下游坝坡平均为1∶2.8。大坝坝体总填筑量为610万立方米，其中砂－砾石料为550万立方米。
河滩地料场的开挖工作是在水中进行的，要利用步行式开挖机，铲斗为5立方米，将开挖出来的砂－砾石料堆积起来，用大的自卸汽车和有“反向铲斗”的开挖机直接运至坝上。
将大型自卸汽车运至坝上的砂－砾石料卸下，用推土机将砂－砾石料均匀推平，每层厚度1米。用国产震动碾K－701和M－BK震动压实。每层用震动碾往返碾压八遍，碾压土料的密度必须达到2.2吨/立方米。在进行碾压的同时，要对碾压土层取样，以确定碾压土料的密度和土料颗粒级配。
沥青砼防渗墙置于大坝断面中央部位，由防渗墙基础到72米高，防渗墙呈垂直状，在往上防渗墙向下游倾斜，坡度为5∶1。防渗墙厚由1.3米变化到0.9米。防渗墙填筑量为2.4万立方米。防渗墙同峡谷两岸岩石岸坡连接段用砼整平，这样可使沥青砼防渗墙，在大型施工期和运用期产生平缓的变形和沉陷。
沥青砼防渗墙在大坝河床部分的地基，是水平粘土砼棱体的延伸（与岸坡的连接），宽18米，并深入到冲积层地基中。这个水平粘土砼棱体是个狭窄的连接体，将大坝不透水体（沥青砼防渗体）与地下不透水体（压力灌浆帷幕和防渗墙）连接起来。
沥青砼防渗墙是由薄的，细颗粒，并具有自己密实性质的沥青砼构成。沥青砼的组成成份、性质和填筑技术都是由“门捷列耶夫全苏水工科学研究院”联合股份公司完成的。对沥青砼的主要要求是：要有自愈性，适应变形性，有高的强度，而沥青含量不多。
沥青砼的骨料（砂、碎石）是把当地的河滩砾石筛选、冲洗和碾碎后得到。沥青砼拌和料的制备在场地上完成，场地离大坝1公里。防渗墙三分之二的下部，沥青砼拌和料的填筑层厚1米，防渗墙上部的沥青砼拌和料的填筑层厚为0.5米。作为脚手架，利用砼块，砼块要与热的沥青砼拌和料接触（温度在140～160℃），表面并覆盖以合成薄膜。当块体中心温度在40～60℃下，根据沥青砼的强度条件，拆除模板。
在浇注沥青砼时要进行监测，监测内容包括：防渗墙在平面和高程上的位置，新层浇注之前沥青砼表面质量以及沥青砼拌合料的密实温度。质量监测靠钻孔和取样试验。
坝体砾石－碎石料同沥青砼防渗墙连接的过渡层，是砂－砾石料，但过渡层砂－砾石料中的细颗粒，粒径小于5毫米的细颗粒不得少于25%。
钢筋混凝土廊道位于大坝下游棱体的下部，距沥青砼防渗墙5米。钢筋混凝土廊道长215米，用以连接水泥灌浆平洞，廊道的断面尺寸同灌浆平洞一样，为3.0×4.2米，廊道纵坡0.033，以便能自流排出渗漏水。廊道的作用是为大坝运用管理服务：连接左岸和右岸水泥灌浆平洞，容易用目力监测大坝地下轮廓；汇集和自流排走渗漏水，并同时能量测出渗流量和分析水样；容易使用大坝地基河床部分的测压管系统；可以高精度的量测坝基高程位移和平面位移；可以布置检测试验装置和配电装置以及其他。廊道的断面尺寸应方便与地面的交通运输，以及利用廊道完成一系列检修工作，其中包括测压管钻孔和安装，压力灌浆等工作。廊道为钢筋混凝土衬砌，钢筋混凝土衬砌厚1.25米，采用双层钢筋。廊道钢筋混凝土衬砌计算是基于其承载不同组合的岩土压力。沿廊道纵向分成若干段，这样可以降低作用在廊道的荷载，并在外部荷载作用下，不妨碍廊道的沉陷和位移。
大坝地下防渗轮廓由下列部分组成：
在坝基冲积层，由粘土砼防渗墙和多层压力灌浆帷幕构成；
左岸水泥灌浆和右岸水泥浆帷幕；
沥青砼防渗墙两岸砼－岩石接触段的水泥固结灌浆。
多层的压力灌浆帷幕钻孔在廊道和沥青砼防渗墙下面，沿大坝轴线布设，把整个冲积层横断面和大坝中心部位深河槽段完全覆盖着。帷幕由五层平行的压力灌浆孔组成，穿过冲积层土料，并深入岩石地基2米。多层压力灌浆帷幕的层间距离为3.5米，压力灌浆孔之间的间距为3.0米，压力灌浆孔的最大孔深达69米，压力灌浆帷幕钻孔总的长度为16.6公里，坝基冲积层被灌浆加固的体积量为13.63万立方米。
灌浆钻孔用绳索冲击式钻孔机完成，压力砼－水泥浆的制备在大坝下游面浆液制备中心站。压力灌浆帷幕的渗透性取决于渗透系数，压力帷幕的设计渗透系数不大于1.0米/昼夜。
粘土砼防渗墙厚1米，沿坝轴线布设，在沥青砼防渗墙下面。粘土砼防渗墙从左岸到右岸全长共205.5米，从左岸一侧起的60米长，防渗墙深入到基岩2－5米，形成真正的“墙”，“墙”深达25米。在主河床的其他部分，基岩深达65米，墙深20米，墙没有与基岩连接，而是悬挂式。防渗墙的修建由两个阶段组成：用抓斗机开挖和用水力镟刀刮整。开始用抓斗机开挖，一直继续到有粗砾石卵石层，接下来用水力镟刀刮整。开始阶段的稳定性要靠预先完成的隧洞前直井。因为在冲积层（由2.5米到8.0米厚）的上部有强透水土料，所以在防渗墙上部7米深处，将墙厚增加到3.0米，以增加可靠性。
用检测试验监测防渗墙的透水性和防渗墙核心部位的灌注质量，这样就发现了质量有问题的地方，对这些区域必须进行补充压力帷幕灌浆。
粘土砼前直井是地下防渗轮廓的上部，用它来连接大坝防渗体－沥青砼防渗墙。前直井从岸坡到岸坡全长205米，宽18米，厚3.0米。
图3 伊勒卡纳依水电站土石坝
a)大坝纵断面图：1－砂－砾石支撑棱体；2－钢筋混凝土廊道；3－水泥灌浆平洞；4－冲积层；5－基岩；6－水泥灌浆帷幕轮廓。
b)大坝横断面图：1－沥青砼防渗墙；2－沥青砼防渗墙过渡层；3－大坝支撑棱体；4－钢筋混凝土廊道；5－第一期大坝；6－防渗墙；7－压力帷幕灌浆；8－冲积层；9－基岩。
水泥灌浆帷幕的作用是减轻岩石风化和地质构造破坏，并防止含石膏砂岩夹层（石膏砂岩中石膏平均含量达18%）产生渗漏和管涌。水泥灌浆帷幕为两排，灌浆孔间距为3.0米。水泥灌浆帷幕在河床部分仍继续是两排有压帷幕，帷幕深入地基117米，从前直井上面算起。帷幕左岸部分深入峡谷岩石岸坡长130米。帷幕右岸部分同时起到保护引水隧洞，溢洪道和公路隧洞的作用，深入峡谷岩石岸坡长550米。水泥灌浆帷幕所有灌浆孔总长5.3公里。
灌浆帷幕河岸段，左岸和右岸都是由灌浆平洞按两排完成。水泥灌浆平洞总长1.3公里。在平洞中预先就考虑到设置水泥灌浆浆液制备点。
依勒卡纳依水力枢纽土坝安装和配置了各种不同用途，不同类型的监控－量测仪表，设备。测压管，测量水准点，平面－高程标志，水准仪，土壤应力弦线变换器和压力计等。在坝顶，在大坝廊道和在两岸坡平洞中都安装了地震观测仪。
完成大坝第一期工程量，是指大坝上游支撑棱体的填筑工程，完成大坝第一期工程的填筑量，就可以保证水力枢纽水电站水轮发电机组，在低水头条件下运用。1998年12月发电引水线路和水轮发电机组No.1和No.2的准备工作已经完成，可以在120米水头下（整个设计水头为204米）开始发电。这样，一直到大坝全部完成。大坝第一期工程最大填筑高度为45米，静水头33米，填筑方量为120万立方米，这其中包括河床截流时大块石体。
坝体防渗体是亚砂土斜墙和压力灌浆帷幕，斜墙与坝前铺盖平缓相连，压力灌浆帷幕在坝基段和两岸连接段。大坝坝体由砂砾石土料填筑，并振动密实。铺盖和斜墙下部在水中填筑，斜墙的上部在干燥中填筑，并振动密实。在水库试蓄水之后发现，在左岸坝端接头处有强的渗漏，渗流通向冲积层，把斜墙的上部延伸到这一层，则渗流就减小到允许值，并能保证生产工作期大坝的正常运用。
在河床截流之后，完成大坝Ⅰ期填筑量，将上游水位抬高到临时高程483米，发电引水隧洞No.1开通，建成水电站厂房和安装好两台水轮发电机组之后，开始了七年的水电站在低水头下的临时运用。在这个时期完成了下列工作：
在大坝冲积层地基建成了防渗墙和压力灌浆帷幕；
在大坝两岸连接段建成了平洞和水泥灌浆帷幕；
填筑完支撑棱体和沥青砼防渗墙；
做好库区蓄水准备工作。
当大坝完成填筑高度75米和完成其他一些建筑物之后，枢纽于2006年6月1日开始了水库第二阶段蓄水，蓄水到临时水位521.0米。水库按专门的蓄水计划蓄水，分五个阶段完成，蓄水速度不超过0.5米/昼夜。随水库蓄水水位的抬高，要同时进行目测和用仪器监测建筑物及其地基的状态，渗流过程的发展，应力的增加，建筑物变形和其他。在蓄水阶段之间的5－7天间隔中，把观测到的数据快速分析，并决定下一阶段的措施，开始下一阶段的水库蓄水。到2006年10月中旬水库蓄水高程达到521.0米，这样，第二阶段的水库蓄水工作完成。
对伊勒卡纳依水力枢纽大坝及其两岸坡连接段，以及水库岸边技术状态的监测，监测所取得的数据，都足以充分评估这些部位的渗透状态，对这些部位的监测都是按事先制订的计划进行的。监测所得数据也足以评估在水库蓄水时，水位上升过程中建筑物和防渗设施的技术状态。水库以0.5米/昼夜的速度蓄水，没有引起坝体结构及其地基的明显破坏。随着水库蓄水水位的抬高，在坝体、冲积层地基和两岸连接段的土体中，渗透系数发生了有规律性变化。随着上游水位的抬高，大坝上游支撑棱体被水浸没。坝体中的浸润线被沥青砼防渗墙有效地消减（消减水头50米），地下防渗墙和补充压力灌浆帷幕消减水头24米，这足以表明大坝地基防渗设施的效果。
分析测压管资料表明，在冲积层地基深层（高程390－400米）的压力灌浆帷幕，其消减水头不大于7.0米。进一步的观测和计算表明，这种状态不能得出压力灌浆帷幕没有效果的后果。因为，实际上在这个地区的水头梯度低于砂－砾石料的临界值，大坝下游棱体地基的水头梯度不超过0.08。
在水库蓄水水位逐步抬高的过程中，也发现了防渗设施存在的一些问题：在沥青砼防渗墙两岸连接段的砼－岩石水泥接触灌浆，质量不好，使得出现了大量绕过防渗墙的渗流，从而使大坝下游支撑棱体浸水，一些暗室出现了水，使得同左岸连接段的渗流量增大。右岸的地质条件更为复杂：不利的岩石层理，提高了岩石的裂隙度，存在有层理裂隙和构造裂隙。而在右岸的岩石中还布置有较多的地下洞室：施工－运用泄水建筑物，临时和永久性交通隧洞，水泥灌浆平洞和交通通道。由于这种情况，使得防渗灌浆施工很是困难。随着水库蓄水水位的抬高，增加了绕渗和在地下开挖中出现了水。对这种情况，我们采取了在冬季枯水季节，利用快速凝固添加剂和专门的溶液，修补水泥灌浆帷幕和加固灌浆帷幕。
在2007年夏季洪水之前应当完成大坝的填筑工作，把施工期溢洪道的设备改建成永久性使用的溢洪道设备，消除水泥灌浆帷幕和排水灌浆帷幕存在的问题，再有就是在2007年汛前将水库水位抬高到设计高程547.0米，并完成伊勒卡纳依水电站第一期的工程任务。
王升 译自俄文《水工建设》 | 
