基于和靜縣莫呼查汗水庫(kù)壩型比選研究

宋成剛

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 巴音郭楞 841000)

基于和靜縣莫呼查汗水庫(kù)壩型比選研究

宋成剛

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 巴音郭楞 841000)

莫呼查汗水庫(kù)位于巴州和靜縣境內(nèi)、莫呼查汗河引水樞紐上游5.5km處，壩址距和靜縣71km。文章對(duì)該水庫(kù)工程基本概況、地質(zhì)條件、樞紐布置條件、采用的壩型、施工工期、工程量和投資等方面進(jìn)比較分析，通過擇優(yōu)選定，最后確定莫呼查汗水庫(kù)以瀝青混凝土心墻砂礫石壩為優(yōu)選壩型方案。

水庫(kù)工程；壩址區(qū)；壩型選型；比較分析

1 工程概況

莫呼查汗水庫(kù)位于巴州和靜縣境內(nèi)、莫呼查汗河引水樞紐上游5.5km處，壩址距和靜縣71km。該水庫(kù)正常蓄水位為2288.05m，總庫(kù)容為650.21萬(wàn)m3，灌溉面積為3350hm2。工程規(guī)模為Ⅳ等小(1)型工程，主要建筑物攔河壩及泄水建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物和臨時(shí)建筑物級(jí)別均為5級(jí)。主要建筑物的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000a一遇，主要建筑物的地震設(shè)防烈度為7度。主河槽布置大壩，壩高為55.15m，壩長(zhǎng)為233m，基礎(chǔ)為混凝土防滲墻，最大深度為20m，溢洪道和導(dǎo)流兼沖沙放水隧洞均布置在大壩右岸，其中溢洪道設(shè)計(jì)泄洪流量為176.82m3/s，校核泄洪流量為368.07m3/s。導(dǎo)流兼沖沙放水隧洞不參與泄洪，洞身斷面為圓形，直徑為3.1m，設(shè)計(jì)導(dǎo)流流量為68.23m3/s，灌溉支洞從隧洞出口閘室引出，采用Dg800鋼管引水[1]。

2 水庫(kù)壩型比選研究

2.1 壩型設(shè)計(jì)方案

目前，堆石混凝土心墻壩工程實(shí)例極少，設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)還有待積累，工程投資超出瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板砂礫石壩較多，考慮新疆自治區(qū)“富民興牧”原則要求及項(xiàng)目區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，結(jié)合《關(guān)于對(duì)和靜縣莫呼查汗水庫(kù)工程可行性研究報(bào)告的審查意見》(新水規(guī)計(jì)[2011]4號(hào)文)，僅對(duì)瀝青混凝土心墻砂礫石壩和混凝土面板砂礫石壩兩種壩型進(jìn)行方案設(shè)計(jì)研究[2]。

2.2 壩型比選研究

通過對(duì)瀝青混凝土心墻砂礫石壩(以下簡(jiǎn)稱為瀝青心墻壩)和混凝土面板砂礫石壩(以下簡(jiǎn)稱為混凝土面板壩)兩種當(dāng)?shù)夭牧蠅芜M(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較[3]。根據(jù)地形地質(zhì)條件，瀝青心墻壩和混凝土面板壩各建筑物的布置基本相同，即主河床布置大壩，開敞式側(cè)堰溢洪道布置在右岸，導(dǎo)流兼沖沙放水隧洞布置在右岸，河床右岸自左至右依次為導(dǎo)流兼沖沙放水隧洞和溢洪道。壩址的地形地質(zhì)條件對(duì)這兩種壩型均適合。本次壩型比選從地形、工程地質(zhì)、樞紐布置、基礎(chǔ)處理、防滲體的耐久性和可靠性、工程施工、工程投資等方面對(duì)上述兩種壩型進(jìn)行綜合比較。

2.2.1 地形條件

工程區(qū)位于天山褶隆帶額爾賓山南部中低山區(qū)、莫呼查汗河下游河段，河谷呈“U”型，山體海拔2500-2800m，兩岸基巖裸露，岸坡自然坡度40°-60°，現(xiàn)代河床寬100-120m，在壩址區(qū)河谷下部收縮變窄，為15-31m。河谷兩岸分布有Ⅰ-Ⅵ級(jí)階地，其中Ⅱ、Ⅲ級(jí)階地分布連續(xù)，階面寬約100-120m，階地前緣為高10-15m的基巖陡坡，階地后緣為高聳的基巖山體。

從地形條件比選，壩址處的地形條件適于布置瀝青心墻壩和混凝土面板壩，兩種壩型的可比性不強(qiáng)[4]。

2.2.2 地質(zhì)條件

2.2.2.1 瀝青心墻壩

1)左岸壩肩段(0+000-0+133)：邊坡高度約260m，岸坡坡度為35°-50°，巖性為花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚度為1-3m，弱風(fēng)化層厚度為3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。左岸坡腳處堆積全新統(tǒng)崩坡積和洪積塊石、碎石土，厚度為3-10m。左岸Ⅱ級(jí)基座階地中部發(fā)育一處頂寬為15-20m、底寬為5-15m、切割深度為28-30m古河槽，槽內(nèi)堆積沖積卵礫石層，結(jié)構(gòu)密實(shí)，透水性強(qiáng)。

2)河床壩基段(0+133-0+166)：現(xiàn)代河床寬約31m，河床覆蓋層厚度18.6m，下伏基巖為花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚度為1-3m，弱風(fēng)化層厚度為3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。

3)右岸壩肩段(0+166-0+235)：邊坡高度約260m，岸坡坡度為40°-60°，基巖裸露巖性，為花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚度為1-3m，弱風(fēng)化層厚度為3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。高程2253m和2280m處分別發(fā)育有Ⅱ、Ⅲ級(jí)基座階地，階地沖積卵礫石層厚度為3-5m，坡腳處和岸坡崩坡積塊石、碎石土厚度為1-5m。右岸坡發(fā)育有NE和NW兩組小規(guī)模斷層，對(duì)邊坡穩(wěn)定無大的影響，右壩肩邊坡整體穩(wěn)定[4]。

2.2.2.2 混凝土面板壩

1)左岸趾板段(0-027-0+112)：沿線均為厚3-6.5m的崩坡積和洪積塊石、碎石土覆蓋，下部基巖為花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚1-3m，弱風(fēng)化層厚度3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。

2)河床段(0+112-0+195)：現(xiàn)代河床寬約83m，河床沖積漂卵礫石層厚度18.6m左右，結(jié)構(gòu)密實(shí)。下伏基巖為花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚1-3m；弱風(fēng)化層厚度3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。

3)右岸趾板段(0+195-0+335)：沿線基巖裸露，局部有薄層崩坡積含土塊碎石覆蓋，基巖為花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚1-3m，弱風(fēng)化層厚度3-5m，巖體透水率q≤10Lu的界線在基巖面1m以下。

從地質(zhì)條件比選，上述條件對(duì)當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚慕Y(jié)構(gòu)和布置影響程度相當(dāng)。瀝青心墻或趾板建在強(qiáng)風(fēng)化中部或弱風(fēng)化基巖上，由于防滲結(jié)構(gòu)尺寸不同，混凝土面板壩的基礎(chǔ)開挖量相對(duì)瀝青心墻壩較大，防滲范圍也較瀝青心墻壩大，瀝青心墻壩優(yōu)于混凝土面板壩。

2.2.3 樞紐布置

1)瀝青心墻壩由瀝青心墻壩、溢洪道及導(dǎo)流兼沖沙放水隧洞等建筑物組成，樞紐布置為：主河床布置瀝青心墻壩，開敞式側(cè)堰溢洪道布置在右岸，導(dǎo)流兼沖沙放水隧洞布置在右岸，河床右岸自左至右依次為導(dǎo)流兼沖沙放水隧洞和溢洪道。

2)混凝土面板壩由混凝土面板壩、溢洪道及導(dǎo)流兼沖沙放水隧洞等建筑物組成，樞紐布置為：主河床布置混凝土面板砂礫石壩，開敞式側(cè)堰溢洪道布置在右岸，導(dǎo)流兼沖沙放水隧洞布置在右岸，河床右岸自左至右依次為導(dǎo)流兼沖沙放水隧洞和溢洪道。

3)從樞紐布置比選，兩種壩型的樞紐布置均合理可行，可比性不強(qiáng)。

2.2.4 基礎(chǔ)處理

1)瀝青心墻壩基礎(chǔ)處理方式為：①防滲體基礎(chǔ)處理：河床和古河槽段心墻基座建基于覆蓋層上，基座下部采用混凝土防滲墻防滲，防滲墻厚度為0.6m，底部嵌入基巖0.5m，頂部嵌入心墻基座0.3m，防滲墻最大深度：古河槽段為16m，河床段為21m。其余壩段心墻基座建基與強(qiáng)風(fēng)化層中部；②壩殼基礎(chǔ)處理：河床部分為清除表面松散層1m。左右岸部分為挖去不穩(wěn)定體，將表層松散體和崩坡積物全部清除后再向下清基1m；③過渡料基礎(chǔ)處理：同壩殼基礎(chǔ)處理方式；④固結(jié)灌漿：固結(jié)灌漿范圍為除河床及古河槽以外的心墻基座下部，河床及古河槽部位不進(jìn)行固結(jié)灌漿。在瀝青混凝土心墻底部澆筑厚0.6m、寬2m的混凝土基座，布設(shè)2排固結(jié)灌漿，排距為1.5m，孔距為3m，孔深為6m；⑤斷層處理：采用回填混凝土、灌漿加密等處理方式。

2)混凝土面板壩基礎(chǔ)處理方式如下：①防滲體基礎(chǔ)處理：趾板、墊層基礎(chǔ)建在覆蓋層上，采用槽孔混凝土防滲墻防滲，防滲墻厚度為0.6m，底部嵌入基巖0.5m，防滲墻最大深度為16m；②壩殼基礎(chǔ)處理：河床部分為清除表面松散層1m。左右岸趾板、墊層基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化層下部；③固結(jié)灌漿：固結(jié)灌漿范圍為兩岸趾板下部，河床部位不進(jìn)行固結(jié)灌漿。布設(shè)2排固結(jié)灌漿，排距為1.5m，孔距為3m，孔深為6m；④斷層處理：采用開挖回填混凝土、灌漿加密等處理方式。

從基礎(chǔ)處理比選：兩種壩型的基礎(chǔ)處理方式基本相同，瀝青心墻壩處理深度較大但處理范圍較小，混凝土面板壩處理深度較淺但處理范圍較大，利用現(xiàn)有技術(shù)均可進(jìn)行處理，瀝青心墻壩略優(yōu)于混凝土面板壩。

2.2.5 防滲體的耐久性和可靠性

工程區(qū)極端最低氣溫為-30℃°，最大凍土深度為119cm。瀝青心墻壩防滲體防滲性能較好，且具有獨(dú)特的裂縫自愈能力。由于防滲體位于壩體內(nèi)部，受外界影響較小，防滲體的耐久性和可靠性均較好。壩址兩岸邊坡較陡，防滲體在受到重物或不穩(wěn)定巖體撞擊時(shí)，因防滲體位于壩體內(nèi)部故防滲體可靠性較好，但檢查和維修不便?；炷撩姘鍓畏罎B體(混凝土面板)防滲性能較好。位于壩體表面，受等外界影響較大，防滲體容易發(fā)生裂縫。防滲體受邊坡較陡的影響較大，因此需要對(duì)壩體兩岸邊坡進(jìn)行認(rèn)真處理。但混凝土面板壩防滲體位于上游表面，檢查和維修較為方便。從防滲體的耐久性和可靠性比選：兩種壩型的防滲體都具有防滲性能較好且較為可靠的優(yōu)點(diǎn)，但瀝青心墻壩防滲體受高陡邊坡的影響較小，因此瀝青心墻壩優(yōu)于混凝土面板壩[5]。

2.2.6 工程施工

瀝青心墻壩防滲體施工工藝較為簡(jiǎn)單，瀝青心墻壩體填筑采用與上游圍堰相結(jié)合的方式，上游圍堰在導(dǎo)流期承擔(dān)導(dǎo)流任務(wù)，后期作為壩體的一部分，可節(jié)約部分工程投資。防滲體澆筑與壩體填筑同時(shí)進(jìn)行且有一定的高差限制，施工時(shí)會(huì)發(fā)生一定干擾。因熱拌瀝青混合料溫度較高，勞動(dòng)環(huán)境較差?；炷撩姘鍓蔚姆罎B體采用滑模施工，后期需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)及保溫，施工工藝較為復(fù)雜?；炷撩姘鍓误w填筑采用不能與上游圍堰相結(jié)合，上游圍堰在壩體完工后需要拆除，另外右岸邊坡較陡，趾板開挖及施工較為困難。防滲體澆筑與壩體填筑不同時(shí)進(jìn)行，施工干擾小?；炷翝仓o需高溫作業(yè)，勞動(dòng)環(huán)境較好。從工程施工比選：兩種壩型在工程施工上各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均不存在不可克服的技術(shù)困難，瀝青心墻壩體與上游圍堰相結(jié)合，導(dǎo)流費(fèi)用較少，瀝青心墻壩優(yōu)于混凝土面板壩。

2.2.7 工程投資

瀝青混凝土心墻砂礫石壩擋水建筑物直接費(fèi)為3372.02萬(wàn)元(含材差)，混凝土面板砂礫石壩擋水建筑物直接費(fèi)為3561.21萬(wàn)元(含材差)。從工程投資比選：瀝青混凝土心墻砂礫石壩比混凝土面板砂礫石壩投資節(jié)省189.19萬(wàn)元，瀝青混凝土心墻砂礫石壩優(yōu)于混凝土面板砂礫石壩。

2.3 壩型對(duì)比分析評(píng)價(jià)

綜上所述，通過瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩壩型比選，對(duì)比情況見下表1。

表1 瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩壩型比選匯總表

續(xù)表1 瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩壩型比選匯總表

3 結(jié) 語(yǔ)

擬建的莫呼查汗水庫(kù)工程兩種壩型均不存在嚴(yán)重的制約因素，從地形條件、工程地質(zhì)、樞紐布置、基礎(chǔ)處理、防滲體的耐久性和可靠性、工程施工、工程投資等方面進(jìn)行綜合比選，瀝青混凝土心墻砂礫石壩優(yōu)于混凝土面板砂礫石壩，因此推薦壩型為瀝青混凝土心墻砂礫石壩。

[1]張?jiān)疲铄|.鬧德海水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核評(píng)價(jià)分析[J].黑龍江水利科技，2009(03)：134-136.

[2]馬傳華.孟家店水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核分析[J].黑龍江水利科技，2014(10)：12-14.

[3]項(xiàng)瓊.希尼爾水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)安全分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015(08)：68-71.

[4]張艷麗.海龍川水庫(kù)溢洪道加固設(shè)計(jì)與計(jì)算分析[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2015(01)：49-51.

[5]邢喜梅.卡爾塔水庫(kù)大壩抗震安全評(píng)價(jià)[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2014(01)：13-15.

1007-7596(2017)06-0094-04

2017-05-24

宋成剛(1974-)，男，新疆庫(kù)爾勒人，工程師，從事水利水電工程工作。

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