新疆北疆地區(qū)瀝青心墻壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和穩(wěn)定分析

柴向俐

(淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

庫(kù)魯斯臺(tái)水庫(kù)工程任務(wù)是以灌溉為主，兼顧?quán)l(xiāng)村供水。在初步推薦上壩址的基礎(chǔ)上，壩址區(qū)河床寬闊，河床部位基礎(chǔ)為深厚Q4砂礫石，不具備修建混凝土重力壩和混凝土拱壩的地形地質(zhì)條件，根據(jù)壩型比選分析，確定瀝青混凝土心墻壩為推薦壩型，工程由大壩、溢洪道、導(dǎo)流兼放水洞三部分組成。水庫(kù)總庫(kù)容為843.16萬(wàn)m3，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》和《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，確定本工程等別為Ⅳ等小(1)型工程。

1 瀝青混凝土心墻壩設(shè)計(jì)

1.1 壩體結(jié)構(gòu)

1.1.1 壩頂寬度

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合本工程壩體高度、壩頂結(jié)構(gòu)、防汛管理、交通要求和施工場(chǎng)地要求等綜合因素，初步擬定壩頂寬度為8 m，壩頂高程為1 214 m。

1.1.2 防浪墻

壩頂上游側(cè)設(shè)置“L”型鋼筋混凝土防浪墻，既起擋土作用，又起擋水作用，同時(shí)可以節(jié)省壩體填筑工程量。墻底高程1 212 m，高出正常蓄水位1.22 m，墻頂高程1 215 m，墻高3.00 m，壩頂以上墻高1.00 m。防浪墻基礎(chǔ)與心墻連接，防浪墻延伸到兩岸分別于左右岸道路和溢洪道邊墻相連接，形成完整的防滲體系。

1.1.3 上、下游壩坡坡比擬定

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合筑壩材料性質(zhì)并類比國(guó)內(nèi)外已建工程，經(jīng)過(guò)初步壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算，上、下游主壩體采用堆塊石料填筑，確定上游坡比為1∶2，下游坡比為1∶1.80，設(shè)置1級(jí)馬道，綜合坡比為1∶1.95。

1.2 壩體分區(qū)

壩體填筑分區(qū)從上游至下游分為：A1上游堆砂礫石料區(qū)、B1上游過(guò)渡料區(qū)、C瀝青混凝土心墻、B2下游過(guò)渡料區(qū)、A2下游堆砂礫石料區(qū)。

1.2.1 上、下游堆砂礫石料區(qū)

采用DL1堆砂礫石料場(chǎng)填筑，最大粒徑<600 mm，<5 mm的顆粒含量≤35%，<7.50×10-2mm的顆粒含量不超過(guò)5%，碾壓層厚為0.80 m。碾壓指標(biāo):Dr≥0.85。

1.2.2 上、下游過(guò)渡料區(qū)

位于瀝青混凝土心墻上、下游側(cè)，起到一定的支持和保護(hù)瀝青混凝土心墻的作用，心墻與上、下游壩殼之間各設(shè)置一層過(guò)渡層，上、下游過(guò)渡層水平寬均為3 m，過(guò)渡層填筑至心墻頂部，底部填筑在建基面上。過(guò)渡料要求:最大粒徑<80 mm，<5 mm粒徑含量為25%～40%，<7.50×10-2mm粒徑含量<5%，碾壓層厚0.40 m，設(shè)計(jì)相對(duì)密度Dr≥0.80。過(guò)渡料采用DL1料場(chǎng)砂礫料篩分加工而成。

1.2.3 瀝青混凝土心墻防滲體

由于該工程位于強(qiáng)震區(qū)，瀝青混凝土心墻防滲體采用正心墻，心墻防滲體軸線位于壩軸線上游1 m，根據(jù)規(guī)范要求并參考有關(guān)工程類比，確定心墻厚度0.60 m，底部與混凝土基座接觸處厚度由0.60 m漸變?yōu)?.80 m，心墻頂高程1 213 m。心墻頂部與壩頂防浪墻緊密結(jié)合。

心墻基座采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，布置在心墻底部，軸線與心墻軸線相同，與心墻共同作用，形成壩基以上的防滲體，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，抗?jié)B等級(jí)為W8，抗凍等級(jí)為F250。

1.3 建筑材料

瀝青混凝土骨料采用大東溝石灰石料場(chǎng)開(kāi)采加工制備料，運(yùn)距60 km以內(nèi)。瀝青混凝土中瀝青采用克拉瑪依水工瀝青。壩體砂礫石填筑主要利用DL1砂礫石料場(chǎng)料源；過(guò)渡料也由DL1砂礫石料場(chǎng)開(kāi)采加工。排水棱體堆卵石料由DL1砂礫石料場(chǎng)選取。

1.4 基礎(chǔ)處理

大壩基礎(chǔ)處理包括：基礎(chǔ)開(kāi)挖，基礎(chǔ)缺陷處理和防滲處理等。

1.4.1 基礎(chǔ)開(kāi)挖

心墻基礎(chǔ)深挖至河床下部砂卵礫石覆蓋層底部泥巖頂部2 m強(qiáng)風(fēng)化層，心墻基座采用鋼筋混凝土，在瀝青混凝土心墻防滲體基座中部進(jìn)行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。瀝青混凝土心墻兩岸鋼筋混凝土基座處于邊坡弱風(fēng)化巖石頂面。

1.4.2 基礎(chǔ)缺陷處理

對(duì)于心墻基礎(chǔ)范圍內(nèi)的斷層破碎帶、層間擠壓帶等局部地質(zhì)缺陷，表部采用混凝土塞置換處理，深部采用加密固結(jié)灌漿和帷幕灌漿處理?；炷寥麑挾葹槠扑閹У淖畲髮挾?，深度為寬度的1.00～1.50倍。

1.4.3 基礎(chǔ)防滲處理

2 壩體滲流分析

2.1 滲流分析計(jì)算方法

壩體和壩基的滲漏計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院的滲流分析軟件6.0版計(jì)算程序，主要對(duì)壩體滲流情況進(jìn)行了計(jì)算。

2.2 斷面選擇及基本參數(shù)

根據(jù)壩體工程地質(zhì)條件及實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)險(xiǎn)情較為嚴(yán)重的現(xiàn)象，計(jì)算斷面選取壩體最大斷面。設(shè)計(jì)對(duì)水庫(kù)正常運(yùn)用情況和非常運(yùn)用情況的滲流場(chǎng)均進(jìn)行分析計(jì)算。滲流計(jì)算所采用的各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。

表1 穩(wěn)定滲流期計(jì)算參數(shù)表

2.3 滲流分析結(jié)果

設(shè)計(jì)洪水位時(shí)下游砂礫石填筑區(qū)溢出點(diǎn)高程為1 166.40 m，溢出點(diǎn)比降為0.06，小于砂礫石允許出逸比降，在有瀝青心墻保護(hù)的情況下，不會(huì)發(fā)生滲透破壞。因此壩體不會(huì)發(fā)生滲透破壞，見(jiàn)表2。

表2 穩(wěn)定滲流期計(jì)算結(jié)果表

3 壩體穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)地質(zhì)勘察及土工試驗(yàn)資料成果綜合分析，壩體及壩基土層的物理力學(xué)指標(biāo)詳見(jiàn)工程地質(zhì)勘察報(bào)告。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 穩(wěn)定計(jì)算土料物理力學(xué)指標(biāo)表

經(jīng)計(jì)算各種工況下，壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值均大于規(guī)范允許值，滿足規(guī)范要求。大壩上、下游壩坡是穩(wěn)定的，詳見(jiàn)表4。

表4 壩體穩(wěn)定計(jì)算成果表

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)庫(kù)魯斯臺(tái)水庫(kù)瀝青心墻壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析，并從滲流和穩(wěn)定兩個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算分析，滲流方面瀝青心墻具有良好的防滲性能，確保壩體不會(huì)發(fā)生滲透破壞。穩(wěn)定方面壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值大于允許值，上下游壩坡穩(wěn)定。投產(chǎn)后能夠有效發(fā)揮灌溉和供水任務(wù)，保障人民用水安全。