新疆呼圖壁紅山下水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)探析

張 曄

（新疆昌吉方匯水電設(shè)計(jì)有限公司，新疆 昌吉 831100）

紅山下水庫(kù)工程位于新疆昌吉州呼圖壁縣境內(nèi)、烏伊公路以南9.5 km的軍塘湖河上，水庫(kù)總庫(kù)容996萬m3，最大壩高45 m，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2001）規(guī)范規(guī)定屬于?。?）型水庫(kù)，工程等級(jí)為Ⅳ等。主要建筑物有攔河大壩、放水涵洞，導(dǎo)流泄洪沖沙涵洞、溢洪道等建筑物組成。大壩、放水涵洞、溢洪道、導(dǎo)流泄洪沖沙涵洞為4級(jí)建筑物。次要建筑物為5級(jí)，臨時(shí)建筑物圍堰為5級(jí)。工程區(qū)震基本烈度為Ⅷ度，主要建筑物地震設(shè)計(jì)烈度為Ⅷ度。

1 壩線選擇

紅山下水庫(kù)工程壩址區(qū)河谷形態(tài)屬“U”型谷，河床海拔高程647～660 m，谷底寬約 350～450 m，頂寬 500～650 m，河谷兩岸不對(duì)稱。壩址區(qū)兩岸出露巖體由第三系中新統(tǒng)土墩子組（N2 td）泥巖和壩址一帶沒有發(fā)現(xiàn)具有一定規(guī)模的斷層、褶皺構(gòu)造，僅在右岸沖溝內(nèi)發(fā)現(xiàn)礫巖中夾的泥質(zhì)砂巖、泥巖裂隙較發(fā)育并有層間錯(cuò)動(dòng)的痕跡；最終選擇的壩線位于上游沖溝和下游出山口之間，壩址區(qū)可供選擇壩軸線的上、下游范圍較小，壩肩向上游和下游移動(dòng)都不合適，壩線主河床寬度為157 m，壩軸線較短，庫(kù)區(qū)面積可達(dá)1.78 km2，總庫(kù)容可達(dá)900萬m3以上，引、泄水建筑物軸線較短，兩壩肩基巖裸露，有利于泄、引水建筑物的布置，初步設(shè)計(jì)階段對(duì)瀝青心墻壩壩軸線、建筑物軸線進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量放線，軸線較短，設(shè)計(jì)壩軸線位置合適；因此，壩軸線采用下壩線。

2 壩型選擇

根據(jù)壩線的地形地質(zhì)條件，工程天然建筑材料儲(chǔ)量豐富，樞紐區(qū)周圍分布著豐富的土料和砂礫料，且開采方便，質(zhì)量基本滿足規(guī)范要求。同時(shí)，壩址一帶河谷谷底寬約350～450 m，壩址區(qū)巖性為第四系下更新統(tǒng)西域組（Q1Xfgl）礫巖，偶夾泥巖或泥質(zhì)砂巖，呈半膠結(jié)狀態(tài)，主要為泥沙質(zhì)膠結(jié)，少量為鈣質(zhì)膠結(jié)，均屬軟巖，從河床寬度和壩址地層巖性分析，均不適合修建剛性的混凝土壩。應(yīng)選擇當(dāng)?shù)夭牧蠅芜M(jìn)行工程設(shè)計(jì)。

根據(jù)紅山下水庫(kù)壩址區(qū)工程地址、地形及天然建筑材料和勘察試驗(yàn)資料，對(duì)擋水壩型選擇了瀝青砼心墻壩、粘土心墻壩、混凝土面板壩三個(gè)方案，初步擬定了三種壩型的控制高程、主要尺寸、基礎(chǔ)處理措施和設(shè)計(jì)工程量與投資規(guī)模，為分析論證比選提供了不少基礎(chǔ)參數(shù)。因壩址區(qū)地處8度地震區(qū)，粘土心墻壩抗震性能最差，施工時(shí)間最長(zhǎng)，從防滲體的特性、壩料生產(chǎn)和壩體結(jié)構(gòu)、壩體適應(yīng)軟巖基礎(chǔ)和整體抗震性能等方面來看，瀝青心墻壩的抗?jié)B性能和抗震性能均較面板壩好，防滲體施工質(zhì)量可靠，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，而且壩體結(jié)構(gòu)、壩料加工生產(chǎn)簡(jiǎn)單，施工方便，工期相對(duì)較快，投資與面板壩相差不大。因此，設(shè)計(jì)最終將瀝青砼心墻砂礫石壩作為推薦壩型。

3 溢洪道、導(dǎo)流泄洪、放水涵洞設(shè)計(jì)

3.1 左岸開敞式溢洪道設(shè)計(jì)

溢洪道為正槽，布置在左岸樁號(hào)0-460巖體上，由引槽段、進(jìn)口段、控制段、泄槽段、出口消能段組成，全長(zhǎng)155.0 m。設(shè)計(jì)洪水位時(shí)溢洪道最大泄流量100.00 m3/s，校核洪水位時(shí)溢洪道最大泄流量174.20 m3/s。

引槽段進(jìn)口底板高程669.00 m，長(zhǎng)127.0 m，寬度50.00～15.50 m。采用梯形砼板渠道形式?？刂贫尾捎民劮逖哂虚l控制?？刂贫伍L(zhǎng)度18.0 m，寬度18.5 m，堰頂高程669.00 m，側(cè)墻為直墻，均采用C25F200W6鋼筋砼襯砌。閘門采用弧形閘門，共兩扇，單扇閘門凈寬7.00 m。泄槽段采用臺(tái)階形式，全長(zhǎng)81 m，寬15.5 m，底坡i＝0.33，由大小相等的臺(tái)階組成。消力池全長(zhǎng)36 m，寬15.5 m，邊墻采用懸臂式擋土墻。消力池后接270 m長(zhǎng)導(dǎo)流泄洪渠，導(dǎo)流渠寬15.5 m，邊墻采用懸臂式擋土墻。導(dǎo)流渠末端設(shè)8.5 m深鋼筋砼防沖斜齒墻。防沖齒墻后部布置了40 m長(zhǎng)疏浚段，表層設(shè)置2.0 m厚鋼筋石籠防護(hù)，鋼筋石籠下部為砂礫石層。

3.2 導(dǎo)流泄洪沖沙涵洞

導(dǎo)流泄洪沖沙涵洞布置在壩體樁號(hào)0+000處，全長(zhǎng)203 m，由進(jìn)口段、有壓洞身段、閘井段、無壓洞身段、陡坡段、消力池段組成，最大泄流量113 m3/s。

進(jìn)口底板高程648.0 m，進(jìn)口段采用八字墻形式，長(zhǎng)10 m。有壓洞身段長(zhǎng)40.0 m，縱坡i=0.02，洞身為一孔城門洞型，凈寬3.0 m，高3.6 m。閘室段底板高程647.20 m，頂高程651.80 m，閘井底板長(zhǎng)18.0 m，寬9 m，設(shè)一道平板檢修閘門，一道弧形工作閘門，閘門孔口尺寸3.0 m×3.0 m。無壓洞身段長(zhǎng)63 m，縱坡i=0.02，洞身為一孔城門洞型，凈寬3.0 m，高3.6 m。底板及邊墻兩側(cè)0.5 m高度以下采用C45F200W6鋼筋混凝土，以上采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。陡坡段長(zhǎng)40 m，縱坡1/10，底寬由3 m擴(kuò)散為16.0 m，底板厚1.0 m。消力池采用底流消能，長(zhǎng)32 m，底寬16.0 m，斷面型式為矩形鋼筋砼整體結(jié)構(gòu)，采用C25F200W6鋼筋砼襯砌，底板厚1.0 m。海漫段長(zhǎng)40 m，縱坡1‰，斷面為矩形鋼筋砼整體結(jié)構(gòu)。海漫末端設(shè)6.5 m深C25F200W6鋼筋砼防沖齒墻。導(dǎo)流泄洪沖沙涵洞基礎(chǔ)礫巖為泥沙質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度低，基礎(chǔ)開挖后因風(fēng)化強(qiáng)度降低，故對(duì)基礎(chǔ)下礫巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。固結(jié)灌漿排距2.0 m，孔距2.0 m，灌漿控制深度為12 m。

3.3 放水涵洞

放水涵洞布置在壩體右岸樁號(hào)0+100下部，全長(zhǎng)152 m，由進(jìn)口段、有壓洞身段、閘井段、無壓洞身段、出口泄槽、消力池組成，設(shè)計(jì)引水流量3.8 m3/s，加大流量5.0 m3/s。

進(jìn)口底板高程653.0 m，進(jìn)口段為八字墻形式，長(zhǎng)度8 m。有壓洞身段長(zhǎng)43 m，縱坡i=0.02，斷面形式為城門洞型，凈寬1.2 m，高1.8 m，洞身每7 m設(shè)置結(jié)構(gòu)縫一道。閘室段底板高程652.14 m，縱坡i=0，閘井底板長(zhǎng)9 m，寬3.8 m，設(shè)一道平板檢修閘門，一道平板工作閘門，閘門孔口尺寸1.2 m×1.8 m。無壓洞身段長(zhǎng)53 m，縱坡i=0.02，斷面形式為城門洞型，凈寬1.2 m，高1.8 m，底板及以上0.5 m邊墻高度部分采用C45F200W6高性能砼，以上采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，洞身每7.5 m設(shè)置結(jié)構(gòu)縫一道。泄槽段縱坡i=0.246，底寬由1.2 m擴(kuò)散為5.0 m，出口泄槽為矩形鋼筋砼整體結(jié)構(gòu)，采用C25F200W6鋼筋砼襯砌。消力池底板高程646.40 m，采用底流消能，消力池長(zhǎng)20 m，底寬5.0 m，底板厚0.6 m，斷面型式為矩形鋼筋砼整體結(jié)構(gòu)，采用C25F200W6鋼筋砼襯砌。

4 結(jié)論及建議

4.1 溢洪道

①溢洪道布置在壩頂，基礎(chǔ)的穩(wěn)定性主要取決于壩體碾壓密實(shí)程度，建議壩體填筑料相對(duì)密實(shí)度不小于0.85，建筑物基礎(chǔ)承載力建議值250 kPa。②建議作好防滲設(shè)計(jì)，保證壩坡不被淘刷。③由于弱膠結(jié)礫巖抗沖刷能力較低，建議溢洪道末端作好防沖措施，保證壩后土不被淘刷帶走，威脅壩體穩(wěn)定。④建議臨時(shí)開挖邊坡卵礫石層水上1∶1.0~1.25，水下不小于1∶2.0，強(qiáng)風(fēng)化礫巖層1∶0.75~1∶1.0，弱風(fēng)化礫巖層1∶0.5~1 ∶0.75。

4.2 導(dǎo)流沖砂涵洞

①導(dǎo)流沖砂涵洞進(jìn)口、洞身和閘室基礎(chǔ)位于卵礫石層，建議清除卵礫石層，將基礎(chǔ)座在礫巖弱風(fēng)化層上。②陡坡段基礎(chǔ)部分位于卵礫石層，部分位于礫巖層，基礎(chǔ)位于兩種巖土，在浸水和上部荷載下會(huì)有較大不均勻沉降，建議清除卵礫石，陡坡基礎(chǔ)全部置于礫巖弱風(fēng)化層。③疏浚段基礎(chǔ)可坐于卵礫石層，施工前須對(duì)基礎(chǔ)壓實(shí)處理。④建議承載力強(qiáng)風(fēng)化基巖300 kPa，弱風(fēng)化基巖400 kPa，河床卵礫石層250 kPa。⑤基槽開挖存在高邊坡問題，須按規(guī)范要求進(jìn)行支護(hù)，建議卵礫石開挖邊坡值水上1∶1.0～1∶1.5，水下不應(yīng)小于1∶2.0；礫巖強(qiáng)風(fēng)化層1∶0.75~1∶1.0，弱風(fēng)化層1∶0.5~1∶0.75。⑥導(dǎo)流沖砂涵洞基底與礫巖層接觸面可能會(huì)發(fā)生接觸沖刷，建議基底設(shè)置深齒墻。⑦礫巖為軟巖，抗風(fēng)化、抗沖刷能力差，建議導(dǎo)流沖砂涵洞出口作好防沖設(shè)計(jì)。⑧由于礫巖為泥沙質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度低，基礎(chǔ)開挖后因風(fēng)化作用強(qiáng)度降低，建議對(duì)基礎(chǔ)下礫巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

4.3 高邊坡開挖

①存在開挖高邊坡問題，應(yīng)按邊坡支護(hù)規(guī)程等采取加固措施，可采取退臺(tái)放坡開挖，建議粉土邊坡值1∶1.5~1∶2.0，卵礫石1∶1.0~1∶1.5，強(qiáng)風(fēng)化礫巖1∶0.75~1∶1.0，也可采取其他支護(hù)措施。②粉土具有強(qiáng)腐蝕性，砂礫石具有中等腐蝕性，礫巖具有中等腐蝕性，需考慮腐蝕性問題。

[1]牛運(yùn)光.病險(xiǎn)水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固實(shí)例連載之十四 陜西省桃曲坡水庫(kù)灰?guī)r庫(kù)區(qū)漏水及治理措施 [J].大壩與安全.2015(05):51-13.

[2]蘇志敏,肖偉榮,王洪,李新才.塊澤河電站拱壩有限元等效應(yīng)力強(qiáng)度校核 [J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào) (理工版).2015(01):16-19.