淺析昭蘇縣DHNH水庫(kù)壩型選擇

王 磊

（新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

DHNH水庫(kù)壩址位于T河出山口上游3.5 km處，在昭蘇縣昭蘇鎮(zhèn)內(nèi)，距離昭蘇縣縣城約6.5 km。水庫(kù)的總庫(kù)容為908 萬(wàn)m3，最大壩高55 m。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-94）及《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2000）的規(guī)定，確定DHNH水庫(kù)工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為?。?）型水庫(kù)。洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為50 年一遇，校核洪水重現(xiàn)期為1000 年一遇。該工程主要由攔河大壩、開敞式溢洪道、輸水洞、導(dǎo)流兼放空洞組成。DHNH水庫(kù)的工程任務(wù)主要是解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和人畜生活供水，灌溉流域內(nèi)的耕地并兼顧防洪。

2 工程區(qū)地質(zhì)條件

DHNH水庫(kù)壩址區(qū)河谷狹窄，河谷呈V型，河床寬7 m～15 m，河床覆蓋層厚8.2 m～13 m，兩岸出露花崗巖，基巖頂板高于正常高蓄水位，岸坡及壩肩巖體邊坡基本穩(wěn)定。巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚5 m～8 m，弱風(fēng)化層厚15 m～20 m；巖體以塊狀為主，左岸卸荷帶1 m～5 m，右岸2 m～3 m，q＜5Lu透水率線位于基巖面以下左岸42 m～50 m，右岸45 m～60 m，局部地段略深；河床部位q＜5Lu透水率線位于基巖面以下42 m～60 m，局部略深。左右壩肩基巖出露，基本無(wú)卸荷，岸坡穩(wěn)定性較好。庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)被第四系堆積物大面積覆蓋，透水性強(qiáng)，下伏基巖為花崗巖、砂巖和礫巖，無(wú)深大斷裂展布，小斷層及長(zhǎng)大裂隙發(fā)育稀疏，巖體較完整，透水性差。

工程區(qū)位于天山緯向構(gòu)造體系伊犁地塊之昭蘇山間坳陷的北緣，南為昭蘇斷陷盆地，北為烏孫山斷褶隆起，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，主要構(gòu)造線方向?yàn)闁|西向，近場(chǎng)區(qū)及臨近地區(qū)東西向活動(dòng)性區(qū)域斷裂發(fā)育，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)頻次、強(qiáng)度均較高，為歷史地震多發(fā)區(qū)。相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度，工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性差。

3 壩型方案

因壩址區(qū)花崗巖包含蜂窩狀捕擄體，物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，局部存在地質(zhì)缺陷，在該壩址區(qū)不建議修建混凝土重力壩。而距壩軸線上游山前丘陵區(qū)上，有適宜筑壩的砂石料和心墻土料，儲(chǔ)量豐富，場(chǎng)區(qū)平坦寬闊，開采無(wú)地下水干擾，運(yùn)輸較為方便，且新疆地處邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)落后，因此，該壩址適宜修建當(dāng)?shù)夭牧蠅巍?/p>

新疆近年來水庫(kù)建設(shè)逐漸由平原轉(zhuǎn)為山區(qū)。十三五以來，土石壩由于其成本低且可充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，且能夠適應(yīng)新疆特殊的環(huán)境，在新疆得到了較好的應(yīng)用，但卻對(duì)筑壩技術(shù)提出更高的要求和挑戰(zhàn)[1]。本工程初步選擇瀝青混凝土心墻砂礫石壩、混凝土面板砂礫石壩進(jìn)行壩型比較。

3.1 瀝青混凝土心墻砂礫石壩

根據(jù)壩址區(qū)的地形、地質(zhì)條件，兩種壩型其樞紐建筑物布置格局大致相同，即輸水洞、導(dǎo)流兼放空洞布置于右岸，溢洪道布置在左岸。

大壩為瀝青混凝土心墻壩，最大壩高55.4 m，壩頂寬度為6 m，壩頂長(zhǎng)度為151 m。壩體上游壩坡為1∶2.5，上游設(shè)0.25 m厚混凝土護(hù)坡，護(hù)坡底高程為2059.60 m，比死水位低2.0 m。下游坡設(shè)0.3 m厚的干砌石護(hù)坡，坡比為1∶2.0，并設(shè)“之”字形上壩公路。壩體填筑主要分為砂礫料區(qū)、過渡料區(qū)及瀝青混凝土區(qū)。上游圍堰與壩體相結(jié)合。

心墻采用瀝青砼心墻，墻體軸線偏向上游，距壩軸線1.0 m。心墻均等厚度0.5 m，在底部做放大腳與混凝土基座相連。在心墻底部澆筑2 m厚的混凝土基座，將混凝土基座基礎(chǔ)置于基巖層以下2 m，對(duì)混凝土基座進(jìn)行2排固結(jié)灌漿，灌漿深度5 m，孔距為2 m。在混凝土基座頂部進(jìn)行雙排帷幕灌漿，帷幕灌漿深度按進(jìn)入基巖透水率q≤5 Lu作為控制標(biāo)準(zhǔn)，帷幕灌漿設(shè)雙排，孔距1.5 m，帷幕平均深度為40 m。

3.2 混凝土面板砂礫石壩

攔河壩為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高57 m，壩頂寬度為6 m，壩長(zhǎng)為158.9 m。壩體路面采用20cm厚的C20 現(xiàn)澆混凝土，坡度為2%，上游壩坡為1∶1.5，下游壩坡為1∶1.4，設(shè)置5 層寬6 m寬的“之”字形上壩道路，綜合坡比為1∶2.2。下游道路間壩坡設(shè)干砌石護(hù)坡厚度為30 cm。

大壩的基礎(chǔ)處理主要是對(duì)趾板的處理。趾板位于弱風(fēng)化層巖石上，對(duì)其基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿設(shè)2 排，孔距3 m，孔深5 m，在趾板中部布置雙排帷幕灌漿、孔距2 m，帷幕灌漿深度按照q≤5 Lu作為控制標(biāo)準(zhǔn)。上游圍堰與壩體不結(jié)合。

4 壩型比較分析

兩壩型方案中，壩的布置格局基本相同，工程區(qū)天然建筑材料儲(chǔ)量豐富，開采運(yùn)輸方便，壩址區(qū)地形、地質(zhì)條件相對(duì)較好[2]。工程建設(shè)條件對(duì)兩種壩型均無(wú)限制因素，但兩種壩型各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)從地形地質(zhì)條件、樞紐建筑物布置條件、抗震安全性、對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)能力、施工條件、投資等方面進(jìn)行綜合比較。

4.1 樞紐布置比較

兩種壩型為同一壩軸線，樞紐建筑物布置格局完全相同，位置、尺寸、規(guī)模完全相同。即左岸布置溢洪道，右岸布置輸水洞、導(dǎo)流兼放空洞。不同的是瀝青混凝土心墻壩圍堰可以與壩體結(jié)合，從而節(jié)省投資，而面板壩需要修建臨時(shí)圍堰，工程完工后需拆除。

4.2 地形地質(zhì)條件

從壩址地形地質(zhì)條件看無(wú)深厚覆蓋層、結(jié)構(gòu)較單一，且存在振動(dòng)液化的可能性不大。兩岸及河床心墻或趾板均建在強(qiáng)風(fēng)化下限或弱風(fēng)化基巖上，并設(shè)帷幕灌漿防滲，因而從地質(zhì)條件看，對(duì)兩種碾壓土石壩在本工程區(qū)受到的影響和制約不大，但從防滲體基礎(chǔ)開挖考慮，面板壩趾板基礎(chǔ)開挖深度較深，開挖量較心墻壩較大[3]。

4.3 抗震條件

實(shí)踐證明，兩種壩型都具有良好的抗震性能，新疆部分水庫(kù)建在強(qiáng)震且地震多發(fā)區(qū)，但瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩都能夠經(jīng)受住地震的考驗(yàn)。

4.4 氣候?qū)κ┕さ挠绊?/h3>

工程區(qū)為大陸性溫帶山區(qū)半濕潤(rùn)氣候，其特點(diǎn)是無(wú)明顯的四季更替，冬季漫長(zhǎng)且寒冷，春秋相連且多雨，夏季短暫。工程區(qū)多年平均氣溫5.9℃，極端最高氣溫為37.4℃，極端氣溫為-30.7℃，最大凍土深108 cm。壩址區(qū)全年當(dāng)中5 個(gè)月的平均氣溫在-0.3℃以下。寒冷的氣候?qū)κ┕び幸欢ǖ挠绊憽?/p>

瀝青心墻具有良好的抗凍耐久性，這也是瀝青心墻壩在新疆寒冷地區(qū)廣泛應(yīng)用的原因之一。由于心墻可與壩殼填筑同時(shí)進(jìn)行，且氣溫對(duì)心墻的填筑影響不大，結(jié)合國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例和疆內(nèi)實(shí)例研究，外界施工溫度在-25℃以內(nèi)時(shí)均可進(jìn)行瀝青心墻的施工，瀝青心墻壩可以在冬季進(jìn)行施工。

混凝土面板壩全年均可進(jìn)行壩殼填筑，根據(jù)施工安排可將混凝土面板的施工期安排在適宜混凝土施工的時(shí)間段，不影響大壩的填筑施工。但混凝土面板壩防滲面板大部分暴露在外界，受氣候影響較大，面板的防裂問題要重視。面板壩的混凝土防滲面板在一定程度上存在抗凍耐久性問題[4]，且面板在冬季無(wú)法進(jìn)行澆筑。

4.5 運(yùn)行管理

無(wú)論是混凝土板面壩還是瀝青混凝土心墻壩都需設(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)施，對(duì)大壩進(jìn)行監(jiān)測(cè)，便于維修和日常的監(jiān)測(cè)?；炷撩姘鍓蔚拿姘逍瓒ㄆ谶M(jìn)行維護(hù)，但其防滲體都在外側(cè)易檢修；瀝青混凝土心墻位于壩體中間，受到破壞時(shí)維修較困難[5]。

4.6 綜合比較

兩種壩型綜合比較見表1。

表1 不同壩型綜合比較表

5 結(jié)論

綜合分析，選擇瀝青心墻壩作為推進(jìn)壩型。新疆地區(qū)近年來新建成多座瀝青心墻高壩積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，具有技術(shù)可靠，施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；瀝青心墻壩重要的防滲原材料優(yōu)質(zhì)瀝青可采購(gòu)于克拉瑪依油田。相比之下，混凝土面板砂礫石壩受天氣影響較大，且冬季無(wú)法進(jìn)行施工，面板的止水處理工序繁瑣，在實(shí)際施工中，施工質(zhì)量較難控制。因此本工程初擬瀝青混凝土心墻壩作為推薦壩型。