哈爾嘎廷郭勒瀝青混凝土心墻壩壩坡穩(wěn)定控制

袁 磊

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

哈爾嘎廷郭勒瀝青混凝土心墻壩壩坡穩(wěn)定控制

袁 磊

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

簡介哈爾嘎廷郭勒水電站瀝青混凝土心墻壩結構設計，依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》規(guī)定，采用《土質邊坡穩(wěn)定分析程序》，從線性和非線性指標兩方面對大壩壩坡穩(wěn)定控制過程進行詳細分析和計算，對壩體結構設計進行佐證，并有針對性地提出了安全加固措施。

瀝青混凝土心墻壩；壩體結構；穩(wěn)定分析；線性；非線性

1 概述

哈爾嘎廷郭勒水電站是新疆開都河中游河段水電規(guī)劃的第二座梯級水電站，水庫總庫容1.64億m3，電站總裝機容量190 MW，壩址區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。樞紐由瀝青混凝土心墻壩、右岸溢洪洞、深孔泄洪洞、發(fā)電系統(tǒng)及壩后電站組成。

2 瀝青混凝土心墻壩

2.1 壩體結構

瀝青混凝土心墻壩，壩長327.00 m，最大壩高96.00 m，壩頂高程2 176.00 m，壩頂寬度為10.0 m，壩頂上游側設置L形防浪墻，墻頂高程2 177.00 m，墻高1.2 m，墻頂高出壩頂1.0 m。

壩體上游壩坡為1∶2.0，并設兩級馬道，馬道寬2.0 m。一級馬道高程2 146.50 m，為上游混凝土護坡底高程，混凝土護坡厚0.2 m；二級馬道為上游圍堰頂高程2 118.00 m，上游圍堰與壩體結合，最大斷面上游平均坡度1∶2.042。下游壩坡1:1.5，并設10 m寬、縱坡為8%的“之”字形上壩公路，最大斷面下游平均坡度1∶2.026。下游設0.8 m厚的堆石護坡。壩坡腳設棄渣堆置區(qū)，高程與壩后電站廠區(qū)平臺同高。

2.2 壩體分區(qū)及壩料填筑標準

壩體填筑分為瀝青混凝土心墻區(qū)、爆破料區(qū)、過渡料Ⅰ區(qū)、過渡料Ⅱ區(qū)、砂礫料區(qū)。

（1）碾壓式瀝青混凝土心墻:為垂直式，墻體軸線與壩軸線重合。心墻頂高程2175.80m，頂寬0.5m，最大斷面底寬1.2 m，在底部做放大腳與混凝土基座相連；

（2）爆破料區(qū):為壩體主要支承結構。Dmax=800 mm，小于5 mm含量30%，小于0.075 mm含量5%，要求級配連續(xù)，便于壓實。填筑標準為孔隙率n 20%，滲透系數(shù)不小于10-2cm/s；

（3）過渡料Ⅰ區(qū)：位于心墻兩側，頂高程2175.80 m，水平寬度3 m，采用砂礫石料場篩分，Dmax 80 mm，小于5 mm含量25%～40%，小于0.075 mm含量5%。填筑相對緊密度Dr0.85，滲透系數(shù)控制在10-3～10-4cm/s；

（4）過渡料Ⅱ區(qū)：位于過渡料Ⅰ區(qū)兩側，水平寬度5 m，采用砂礫石料場篩分，Dmax=200 mm，小于5 mm含量15%～30%，小于0.075 mm含量5%。填筑相對緊密度Dr0.85；

（5）砂礫料區(qū)：包括上游圍堰砂礫料區(qū)及壩體基礎砂礫料區(qū)。采用砂礫石料場全料，填筑相對緊密度Dr0.85。

2.3 壩基處理

左右岸心墻混凝土基座基礎：開挖至弱風化層上部基巖上。左右岸瀝青混凝土心墻與基巖通過岸坡段心墻混凝土基座連接。

河床部位心墻混凝土基座基礎：為砂礫石地層，厚7～49.6 m，將砂礫石清除表面0.5 m作為基礎，砂礫石地基采用混凝土防滲墻防滲。為保證防滲墻地表施工不受地下水干擾，混凝土防滲墻頂高程略高于河床，頂高程2 085.0 m，厚1.0 m，最大深度53.0 m。瀝青混凝土心墻與混凝土防滲墻通過河床段心墻混凝土基座連接。

3 壩坡穩(wěn)定控制分析

3.1 計算方法

為保證土石壩在自重、孔隙壓力、外荷載的作用下，具有足夠的穩(wěn)定性，不致發(fā)生通過壩體或壩基的整體或局部剪切破壞[1]。依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》，本工程壩坡穩(wěn)定采用線性指標計算確定。由于壩殼料為粗粒料，故采用非線性指標驗算穩(wěn)定，求證。

壩坡穩(wěn)定采用中國水利水電科學研究院的《土質邊坡穩(wěn)定分析程序》（STAB2008）[2]計算，計算方法采用簡化畢肖普法，地震情況采用擬靜力法。

3.2 壩坡穩(wěn)定控制

本工程任務為發(fā)電及承擔上游電站反調節(jié)作用，在上游電站未建成前，適當增加水庫消落深度以改善下游梯級電站枯水期引水條件。

3.2.1 運行特點

（1）正常運行工況下，庫水位變動區(qū)為2 172.00～2 149.50 m，水位正常降落，降速緩慢，可形成穩(wěn)定滲流；

（2）水庫庫容大，泄水建筑物分層布置，沒有快速放空、水位驟降情況；

（3）壩料滲透系數(shù)大于10-3cm/s，透水性較大，可自由排水。庫水位正常降落時，上游壩體內浸潤線隨庫水位降落，孔隙水壓力基本消散，降后水位以上壩料為潮濕狀態(tài)；

（4）校核洪水位持續(xù)的時間短，不形成穩(wěn)定滲流。

3.2.2 抗震標準

根據(jù)擋水建筑物級別，確定壩址區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。大壩按基準期50年超越概率10%的地震動參數(shù)0.20 g進行設計，按基準期50年內超越概率5%的地震動參數(shù)0.25 g進行復核。

3.2.3 計算工況

根據(jù)工程運行特點，確定壩坡穩(wěn)定計算工況，控制土石壩的穩(wěn)定（見表1）。

表1 壩坡穩(wěn)定計算工況表

3.2.4 計算參數(shù)

計算參數(shù)根據(jù)地質報告及相近工程類比選?。ㄒ姳?）。

表2 瀝青心墻壩壩坡穩(wěn)定分析計算參數(shù)表[3-5]

3.2.5 線性指標計算結果

壩坡穩(wěn)定線性指標計算結果詳見表3、圖1～3。

壩體上游側，在非常運用條件Ⅱ的正常蓄水位2 172.0 m和水位正常降落（2 172 m到2 164.5 m）工況下，滑弧最小安全系數(shù)略小于允許值，該滑弧為貼坡滑弧，滑弧深度僅為0.1～0.5 m。該范圍內壩體設有0.2 m厚的混凝土護坡板，消除了壩體貼坡滑弧的可能性。故該工況下的貼坡滑弧不能代表整體壩坡的抗滑穩(wěn)定。

經計算壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)均大于允許值。上、下游壩坡是穩(wěn)定的。

3.2.6 非線性指標計算結果

壩坡穩(wěn)定非線性指標計算結果詳見詳表4和圖4。

經計算壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)均大于允許值。上、下游壩坡是穩(wěn)定的。

表3 壩坡抗滑穩(wěn)定計算最小安全系數(shù)（線性）

表4 壩坡抗滑穩(wěn)定計算最小安全系數(shù)（非線性）

圖1 正常運用條件

圖2 非常運用條件Ⅰ

圖3 非常運用條件Ⅱ

圖4 各工況上、下游壩坡穩(wěn)定

4 結語

4.1 壩坡穩(wěn)定計算結論

采用線性參數(shù)，不能反映粗粒料內摩擦角隨法向應力的增加而減小的特性，不計（咬合力）C值，又低估了粗粒料的抗剪切能力，使得貼坡滑弧起控制作用。地震工況的計算安全系數(shù)偏低，并存在上游壩坡中上部淺層滑弧安全系數(shù)小于1.15的情況。

采用非線性參數(shù)，在各種計算工況下，壩體上下游壩坡最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范標準，控制性滑弧基本為深層滑弧。

4.2 安全措施

根據(jù)線性參數(shù)計算成果，最不利部位是地震工況下的上游壩坡中上部表層，對該的上下游壩坡采取抗震加固措施是必要的。

根據(jù)非線性參數(shù)計算成果，在正常運用工況下，下游壩坡控制性滑弧自坡腳以下河床覆蓋層滑出，在下游壩坡腳設置棄渣堆置區(qū)，對壩坡穩(wěn)定是有利的。

[1]DL/T5395-2007碾壓式土石壩設計規(guī)范[S].

[2] 陳祖煜.土質邊坡穩(wěn)定分析－原理 方法 程序[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[3] 陳立宏，陳祖煜.堆石非線性強度特性對高土石壩穩(wěn)定性的影響[J].巖土力學.2007，28（9）：1807-1810.

[4] 朱曉源.考慮非飽和土體的土石壩滲流與壩坡穩(wěn)定分析研究[D].杭州：浙江大學.2006.

[5] 劉珊珊.高振海.STAB邊坡穩(wěn)定計算軟件在蕉東閘橋工程中的應用[J].廣東水利水電.2006（6）：72-73，76.

（責任編輯：周 群）

Dam slope stability control of Ha-er-ga-ting-guo-le asphalt concrete core wall dam

YUAN Lei

（Xinjiang Water Conservancy and Hydropower Investigation and Design Institute,Urumqi 830000,China）

A brief introduction was made on the structural design of asphalt concrete core wall dam of Ha-er-gating-guo-le Hydropower Project.In accordance with the Design code for rolled earth-rock fill dam,a detailed cal?culation was conducted by earth bank slope stability analysis program to analyze the dam slope stability control with linear and nonlinear indexes,and check the structural design,based on which corresponding reinforcement mea?sures were put forward.

Asphalt concrete core wall dam;structure of dam body;stability analysis;linear;nonlinear

TV641.41

B

1003-1510（2016）01-0031-04

2015-12-22

袁 磊（1984-），男，新疆烏魯木齊人，新疆水利水電勘測設計研究院工程師，學士，主要從事水利水電工程設計工作。