雷震霄
(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,新疆 烏魯木齊 830000)
莫莫克水利樞紐是提孜那甫河上的控制性工程,主要承擔(dān)防洪、灌溉兼顧發(fā)電的工程任務(wù)。總庫(kù)容為0.927 億m3,正常蓄水位為1894.0 m,死水位1873.0 m,電站總裝機(jī)容量為26.0 MW,裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)2988 h,多年平均年發(fā)電量為0.777 億kW·h。工程等別為Ⅲ等,工程規(guī)模為中型。樞紐工程由混凝土面板壩、表孔溢洪道、泄洪沖沙洞、發(fā)電引水洞、電站廠房等組成。樞紐工程平面圖見圖1。
圖1 樞紐工程平面圖
混凝土面板壩最大壩高70.0 m,位于高地震區(qū),場(chǎng)地基本烈度Ⅷ度?;炷撩姘鍓尉哂辛己玫目拐鹦阅埽鞫咽w在混凝土防滲面板的保護(hù)下處于干燥狀態(tài),能抵抗強(qiáng)震而產(chǎn)生的小變形,壩體穩(wěn)定性好。
壩址區(qū)河床河谷呈“U”型,河谷谷底寬270 m,河床段覆蓋層最大深度為15 m 左右,巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石層和分布于地表和兩岸坡腳的砂質(zhì)低液限粉土和礫質(zhì)土,下伏基巖為西域組礫巖,基巖頂板高程1831 m~1834 m,礫巖以泥質(zhì)膠結(jié)為主,局部泥鈣質(zhì)膠結(jié),屬軟巖,遇水易軟化,巖層產(chǎn)狀310°NE∠25°。壩址區(qū)左岸出露地層巖性主要為第四系沖洪積低液限粉土、砂卵礫石和第三系西域礫巖。右岸岸坡高陡,岸坡1900 m 以下基巖裸露,巖性為第三系西域礫巖,與岸坡近正交80°左右,傾向下游。
本工程壩址區(qū)位于提孜那甫河中上游河段,距莫莫克村下游約1.8 km,兩岸岸坡不對(duì)稱,河谷呈“U”字型,河谷相對(duì)較窄,左岸邊坡較緩,巖體較完整,未發(fā)現(xiàn)有大的不穩(wěn)定體和卸荷體;右岸岸坡坡度60°左右,高度不大,邊坡穩(wěn)定性較好。
砼面板壩壩頂高程1897.0 m,最大壩高70.0 m,壩頂長(zhǎng)度397.0 m。壩體填筑分區(qū)從上游至下游分為上游蓋重區(qū)、上游鋪蓋區(qū)、混凝土面板、墊層區(qū)、特殊墊層小區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)。大壩上游壩坡采用1∶1.6;本工程設(shè)計(jì)烈度為Ⅷ度,為提高抗震性,下游壩坡在高程1877.0 m 以上為1∶1.6,在1877.0 m高程以下為1∶1.5,下游設(shè)置“之”字型上壩公路,寬8.0 m,下游綜合壩坡為1∶2.0。樞紐工程縱斷面圖見圖2。
壩體分區(qū)的目的是在保證大壩安全的前提下力求經(jīng)濟(jì),依據(jù)當(dāng)?shù)夭牧闲再|(zhì)設(shè)計(jì)壩體剖面及分區(qū),充分發(fā)揮當(dāng)?shù)夭牧蠅蝺?yōu)勢(shì),使壩體安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。樞紐工程橫面圖見圖3。
1)上游蓋重區(qū)
位于上游鋪蓋區(qū)上游,用于穩(wěn)定上游鋪蓋區(qū)邊坡,頂高程1854 m,頂寬10 m,上游坡度1∶2.5,可采用開挖棄渣等任意粗粒材料,蓋重區(qū)總填筑量4.3 萬(wàn)m3。
圖2 樞紐工程縱斷面圖
圖3 樞紐工程橫斷面圖
2)上游鋪蓋區(qū)
位于面板上游,作用是形成面板上游的防滲補(bǔ)強(qiáng)區(qū),并與特殊墊層區(qū)一起起到淤堵開裂的周邊縫、實(shí)現(xiàn)自愈的作用,頂高程1849 m,頂寬5.0 m,上游坡度1∶2,鋪蓋區(qū)總填筑量 5.2 萬(wàn) m3。
3)墊層區(qū)
設(shè)于面板下游,水平寬度4 m。墊層料粒徑要求dmax≤80 mm,小于5 mm 的含量為35%~55%,小于0.075 mm 的含量宜為4%~8%。采用C4-2 砂礫石料場(chǎng)篩分獲得,墊層區(qū)填筑總量0.91 萬(wàn) m3。
4)特殊墊層小區(qū)
位于周邊縫下部,為5 m 寬、3 m 高的梯形小區(qū),其作用是反濾周邊縫滲漏水流中的上游鋪蓋區(qū)土料,阻塞滲漏通道。特殊墊層小區(qū)粒徑要求dmax≤40 mm,由C4-2 料場(chǎng)篩分獲得,特殊墊層小區(qū)總填筑量0.5 萬(wàn)m3。
5)主堆石區(qū)
位于墊層下游,是面板的主要支撐結(jié)構(gòu)。粒徑要求小于0.075 mm 的含量小于8%,采用C4-2 砂礫石料場(chǎng)料,主堆石區(qū)填筑總量為147.2 萬(wàn)m3,填筑標(biāo)準(zhǔn)要求相對(duì)密度Dr≥0.85。
由于主堆石區(qū)的壩殼砂礫石料采用C4-2 料場(chǎng)的砂礫石料,擊實(shí)后其滲透系數(shù)試驗(yàn)值為1.7×10-2cm/s~2.0×10-1cm/s,平均值為5.7×10-2cm/s,具有透水性強(qiáng)的特點(diǎn),可不設(shè)排水。經(jīng)計(jì)算壩殼料與壩基料之間滿足排水反濾要求,因此壩殼料與壩基之間不再另設(shè)排水反濾料。C4-2 砂礫石填筑料場(chǎng)有用層儲(chǔ)量為420.8 萬(wàn)m3,儲(chǔ)量滿足初設(shè)需求,各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足壩殼砂礫料要求,可采用C4-2 砂礫石填筑料場(chǎng)砂礫石全料作為壩體上游壩殼料填筑材料。
6)次堆石區(qū)
位于壩體下游側(cè),根據(jù)地震工況的壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果以及滲流計(jì)算成果,確定利用料頂部高程1865.0 m,遠(yuǎn)離壩頂上部抗震薄弱區(qū),下部高程1853.0 m,高于下游浸潤(rùn)線,上游坡度1∶0.75,下游坡度1∶1.5,主要來(lái)源為河床部位,確定利用料填筑標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)密度Dr≥0.85。
7)排水棱體
廠房位于大壩下游坡腳約100 m 處,廠房左右岸尾水擋墻與左岸溢洪道和右岸護(hù)坡相連形成封閉整體伸入原河道,廠房尾水及河道回水不會(huì)沖刷下游坡腳,大壩下游坡腳與廠房平臺(tái)之間填筑開挖利用料,填筑高程與廠房平臺(tái)一致,因此壩腳不再設(shè)置排水棱體等措施保護(hù)坡腳。
8)壩料層間關(guān)系復(fù)核
根據(jù)以上壩體各分區(qū)的反濾排水復(fù)核,各壩料之間即滿足保土性準(zhǔn)則,又滿足自由排水,壩殼砂礫料、墊層料、墊層小區(qū)料、上游鋪蓋及覆蓋層砂礫石之間滿足層間關(guān)系要求。
1)混凝土面板
混凝土面板厚度按規(guī)范公式確定:t=0.3+0.0035H,頂部厚度為0.3 m,面板底部厚度為0.5 m。面板砼采用C30F300W8,混凝土面板內(nèi)設(shè)單層雙向鋼筋網(wǎng),其豎向配筋率為0.5%,水平向配筋率為0.4%,防止混凝土被擠壓破碎而剝落。面板寬度:河床部位受壓區(qū)寬為12 m(24 塊),岸坡部位受拉區(qū)面板寬 6 m(左岸 9 塊,右岸 6 塊)。
2)趾板
趾板采用C30F300W8,趾板寬度:高程1859 m 以下寬度為8 m;高程1859 m 以上寬度為6 m,趾板厚度為0.6 m?;鶐r上趾板內(nèi)部設(shè)單層雙向鋼筋,含鋼率為0.3%。趾板底部設(shè)置錨筋為HRB400 鋼筋直徑28 mm,將趾板錨固在基巖上。
1)趾板基礎(chǔ)開挖
趾板地基開挖面力求平順,避免陡坎和反坡。趾板上方的巖質(zhì)岸坡應(yīng)按穩(wěn)定邊坡或經(jīng)加固處理后的穩(wěn)定邊坡開挖以確保運(yùn)行期安全。左、右岸岸坡和河床段壩段趾板基礎(chǔ)均置于弱風(fēng)化層巖石基礎(chǔ)上。趾板巖石開挖邊坡為1∶0.3~1∶0.5,覆蓋層開挖邊坡為1∶1.5。岸坡的風(fēng)化巖塊、坡積物、殘積物和邊坡不穩(wěn)定體應(yīng)按要求開挖清理,并應(yīng)在填筑前完成,禁止邊填筑邊開挖。清除出的廢料,應(yīng)全部運(yùn)出壩基范圍以外。
2)壩殼基礎(chǔ)處理
壩殼基礎(chǔ)處理應(yīng)作到改善地基表面的平整度,確保堆石與岸坡接觸面變形均勻,減小陡邊坡對(duì)壩體變形的不利影響,從而減小陡岸壩體堆石變形梯度。岸坡段清除壩體基礎(chǔ)巖石裸露處的松散塌滑體和兩岸碎石土層,左右岸堆石體地基在趾板內(nèi)坡至壩軸線范圍內(nèi)的岸坡開挖成不陡于1∶0.5 的坡度。河床段砂卵礫石結(jié)構(gòu)密實(shí),無(wú)地震液化問(wèn)題,承載力可滿足大壩要求,可作為土石壩壩基利用。河床砂礫石清除表層2 m 覆蓋層。
3)基礎(chǔ)灌漿
固結(jié)灌漿的目的是提高表層基巖的整體性,在趾板底部設(shè)置固結(jié)灌漿,孔距、排距3 m。根據(jù)趾板下的基巖情況,確定固結(jié)灌漿的灌漿深度為5 m。考慮下伏基巖為西域組礫巖,礫巖以泥質(zhì)膠結(jié)為主,局部泥鈣質(zhì)膠結(jié),屬軟巖,節(jié)理裂隙不發(fā)育,連通率較低,且成層狀,故帷幕灌漿孔距設(shè)為2.0 m,單排,確定大壩河床基礎(chǔ)及左右岸帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)為3 Lu 以下5 m。在f7斷層段范圍內(nèi)加強(qiáng)帷幕灌漿,基礎(chǔ)帷幕灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)按相應(yīng)壩段1 倍壩高深度控制。
4)斷層處理
根據(jù)本階段地質(zhì)勘察成果,左岸順河發(fā)育f7 斷層,該斷層沿壩址左岸坡腳與壩軸線呈80°斜交,斷層350°NE∠80°~85°,帶寬1.0 m~1.5 m,以碎裂巖和糜棱巖為主,膠結(jié)較好,見斜擦痕,具壓扭性,斷層總長(zhǎng)約300 m,無(wú)活動(dòng)性,考慮到本工程f7 斷層破碎帶傾角較陡,長(zhǎng)度約為300 m,且?guī)拑H為1.0 m~1.5 m,組成物質(zhì)以軟巖構(gòu)造巖為主,對(duì)基礎(chǔ)強(qiáng)度、壓縮變形和滲流有一定影響,根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 319-2018)規(guī)定,確定采用混凝土塞加固,混凝土塞的深度1.5 m,擴(kuò)挖混凝土塞寬度取為2.0 m,在壩基范圍內(nèi)對(duì)f7 斷層進(jìn)行斷層塞處理,并向上下游適當(dāng)延伸。在趾板下部斷層范圍內(nèi)加強(qiáng)帷幕灌漿,基礎(chǔ)帷幕灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)按相應(yīng)壩段1 倍壩高深度控制。
結(jié)合莫莫克水利樞紐工程概況,從總體布置、壩體分區(qū)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、壩基處理等方面對(duì)混凝土面板壩進(jìn)行設(shè)計(jì),樞紐工程效果圖見圖4。
圖4 樞紐工程效果圖