新疆塔什庫(kù)爾干縣下坂地水利樞紐工程地質(zhì)特征及邊坡穩(wěn)定分析

新疆塔什庫(kù)爾干縣下坂地水利樞紐工程地質(zhì)特征及邊坡穩(wěn)定分析

1下坂地交通樞紐工程下坂地水庫(kù)工程位于新疆塔里木河水系葉爾羌河支流塔什庫(kù)爾干河的下游，位于哈薩克斯坦塔什庫(kù)爾干塔吉克自治區(qū)，距喀什市315公里，距塔什庫(kù)爾干縣45公里。下坂地水利樞紐工程,是以生態(tài)補(bǔ)水和春旱供水為主,結(jié)合發(fā)電的綜合性水利樞紐工程。下坂地水庫(kù)總庫(kù)容8.67億m本工程屬大(2)型Ⅱ等工程,樞紐建筑物由大壩、導(dǎo)流泄洪洞、引水發(fā)電洞及地下廠房等建筑物組成。攔河壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩,為2級(jí)建筑物,地震設(shè)計(jì)烈度為8度。大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5000年一遇。水庫(kù)正常蓄水位2960.0m,死水位2915.0m,設(shè)計(jì)洪水位2963.2m,校核洪水位2964.6m。2工程地質(zhì)和地質(zhì)特征下坂地水庫(kù)在大地構(gòu)造單元中位于西昆侖褶皺系中部,涉及帕米爾—喀喇昆侖—西昆侖抬升區(qū)、塔里木斷陷和天山抬升區(qū)三個(gè)一級(jí)新構(gòu)造單元,新構(gòu)造變形強(qiáng)烈,地震活動(dòng)水平較高。庫(kù)壩區(qū)地震基本烈度為8度,基巖峰值加速度為250.7g,地表峰值加速度為0.309g,場(chǎng)地特征周期為0.30s。水庫(kù)誘發(fā)地震烈度不超過(guò)庫(kù)壩區(qū)地震基本烈度。壩址區(qū)河谷呈“U”型,壩軸線處河床寬約310m。兩岸邊坡陡峻,基巖裸露,巖性主要為角閃黑云二長(zhǎng)片麻巖。左岸山峰高程3400m,邊坡坡度45～54°;右岸山峰高程4300m左右,邊坡坡度70～80°。右壩肩邊坡巖體風(fēng)化卸荷程度較弱,左壩肩邊坡巖體質(zhì)量較差。壩基覆蓋層最大厚度達(dá)150m,成分復(fù)雜,變化較大,自下而上可分為冰磧層、砂層、軟土層、沖洪積層和崩坡積層。冰磧層(Q3水庫(kù)設(shè)計(jì)3.1瀝青混凝土心墻大壩壩頂高程2966m,大壩上游坡比為1:2.35,在高程2942m、2910m處分設(shè)兩級(jí)馬道,馬道寬2m;下游坡比為1:2.15,在高程2940m、2910m處分設(shè)兩級(jí)馬道,馬道寬2m。在上下游壩腳設(shè)置鎮(zhèn)壓層,頂部高程均為2910m,上游鎮(zhèn)壓層寬40m,下游鎮(zhèn)壓層寬60m。瀝青混凝土心墻頂部厚度0.6m,底部厚度1.2m,心墻底部通過(guò)混凝土基座與壩基混凝土防滲墻連接。心墻下游設(shè)有施工、觀測(cè)兼排水廊道,廊道高度5m,寬度3.5m。心墻上下游各設(shè)置水平寬度3m的過(guò)渡層,下游過(guò)渡層后設(shè)置水平寬度3m的豎向排水體與壩基水平排水體相連。3.2水庫(kù)設(shè)計(jì)3.2.1不均勻系數(shù)分布過(guò)渡料選用壩址上游河漫灘砂礫石料,粒徑小于0.1mm的顆粒含量為3%,5mm以下顆粒含量為33.55%,不均勻系數(shù)Cu=76.7,屬不良級(jí)配礫,均勻性較好,滲透系數(shù)K=5.4×103.2.2顆粒含量分布?jí)螝ち线x用砂礫石料和石方開(kāi)挖利用料。砂礫石料場(chǎng)選用Ⅺ料場(chǎng)和ⅩⅣ料場(chǎng),Ⅺ料場(chǎng)位于壩下游2.5km,粒徑一般為1～50cm,大者1.0～2.0m,粒徑>80mm的顆粒含量占51.3%,粒徑2～80mm含量占37.22%,粒徑小于0.1mm顆粒含量占8.03%。抗剪強(qiáng)度φ=43～43.2°,滲透系數(shù)平均值為9.8×10石方開(kāi)挖利用料包括導(dǎo)流泄洪洞和引水發(fā)電洞的石方開(kāi)挖料,洞渣料粒徑大于60mm的顆粒占72.3%,粒徑2～60mm含量為23.97%,抗剪強(qiáng)度φ=39.9～42.2°,滲透系數(shù)k>1×10砂礫石壩殼料設(shè)計(jì)指標(biāo):相對(duì)密度大于0.8,孔隙率n<22%,最大粒徑不超過(guò)800mm,小于5mm粒徑含量不超過(guò)30%,小于0.075mm粒徑含量不超過(guò)5%,滲透系數(shù)K>1×10石方開(kāi)挖利用料設(shè)計(jì)指標(biāo):孔隙率n為20%～28%,最大粒徑不超過(guò)800mm,小于5mm粒徑含量不超過(guò)30%,滲透系數(shù)K>1×103.2.3篩余料與材料的摻合比例下游過(guò)渡層后設(shè)置的水平寬度3m的豎向排水體由過(guò)渡料與混凝土骨料的篩余料摻配而成,摻配粒徑為5mm以上的礫石,最大粒徑150mm,過(guò)渡料與摻合料的比例為3:1,摻配后的排水體的滲透系數(shù)要求K>1×103.2.4崩坡積物的摩擦角鎮(zhèn)壓層采用岸坡開(kāi)挖的崩坡積物填筑,崩坡積物以塊碎石為主,屬低壓縮性土,內(nèi)摩擦角φ=38.8～42.1°,滲透系數(shù)值k=0.74×103.3青竹混凝土墻的滲透設(shè)計(jì)3.3.1心墻與混凝土連接壩體防滲結(jié)構(gòu)為碾壓式瀝青混凝土心墻,頂部高程2965m,厚度0.6m,底部高程2888m,底部與混凝土基座連接處為擴(kuò)大段,心墻厚度由1.2m漸變?yōu)?m。心墻與壩肩岸坡混凝土基座連接,連接部位心墻進(jìn)行放大,接觸面心墻厚度2.8～2.9m。心墻與混凝土接觸面設(shè)2cm厚瀝青瑪?shù)僦蛢傻乐顾~片。心墻與防浪墻之間設(shè)混凝土連接板,心墻混凝土連接板縫間埋設(shè)止水銅片,混凝土連接板與防浪墻縫間埋設(shè)橡膠止水。瀝青混凝土心墻與基礎(chǔ)及岸坡連接見(jiàn)圖1,瀝青混凝土心墻與防浪墻連接見(jiàn)圖2。3.3.2試驗(yàn)結(jié)果和配合比試驗(yàn)(1)瀝青。瀝青混凝土心墻選用克拉瑪依煉油廠生產(chǎn)的克拉瑪依70(2)粗骨料。壩址區(qū)大理巖是典型的堿性材料,對(duì)大理巖進(jìn)行了瀝青和骨料的黏附力試驗(yàn)、硫酸鈉5次循環(huán)重量損失試驗(yàn)、吸水率試驗(yàn)、壓碎率試驗(yàn)、抗熱性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:黏附力大于4級(jí),重量損失2.764%,吸水率0.397%,壓碎率14.86%,在250～300℃溫度下,加熱3小時(shí),骨料無(wú)開(kāi)裂分解。(3)細(xì)骨料。需用的細(xì)骨料有人工砂、河砂和填料礦粉。大理巖人工砂和河砂質(zhì)地堅(jiān)硬,在加熱過(guò)程中未出現(xiàn)開(kāi)裂、分解等現(xiàn)象,級(jí)配良好。礦粉采用喀什水泥廠生產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉。(4)配合比。通過(guò)對(duì)26種不同配合比進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比,最終選用的瀝青混凝土配合比見(jiàn)表1。(5)瀝青混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。.4水庫(kù)處理4.1墻體及防滲墻體設(shè)計(jì)壩基150余米深厚覆蓋層的防滲處理,采用上部混凝土防滲墻下接砂礫石層帷幕灌漿方案。設(shè)計(jì)對(duì)不同墻深、墻厚、墻體材料、帷幕厚度、灌漿材料進(jìn)行了專題研究,并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。綜合防滲墻的應(yīng)力應(yīng)變、滲流控制、施工工效和工程投資等因素,確定防滲墻墻厚1m,墻底高程2812m,岸坡段防滲墻嵌入基巖1.0m,防滲墻最大深度85m,下部設(shè)4排帷幕灌漿,與防滲墻的搭接長(zhǎng)度10m。帷幕灌漿的頂部高程為2822m,底部深入不透水基巖深度5～10m,最低高程2741m。墻體材料為C25混凝土,抗壓強(qiáng)度R90≥25MPa,抗?jié)B等級(jí)W8。帷幕灌漿材料為水泥黏土漿,設(shè)計(jì)要求帷幕滲透系數(shù)k<1×10-4cm/s。左岸防滲體與岸坡結(jié)合槽底寬取5m,帷幕灌漿為3排孔,排距1m,孔距2m,兩邊1m處各布置1排固結(jié)灌漿孔,孔距2m,與帷幕灌漿孔結(jié)合布置為梅花形;右岸防滲體與岸坡結(jié)合槽底寬取4m,帷幕灌漿為1排孔,兩邊1.5m處各布置1排固結(jié)灌漿孔,孔距2m。左岸分別在2961m和2900m高程設(shè)置兩層灌漿洞。2961m高程灌漿洞結(jié)合地質(zhì)探洞布置,向山體延伸132m,2900m高程灌漿洞向山體內(nèi)延伸111m,帷幕灌漿深度75～150m。右岸在壩頂設(shè)置一層灌漿洞,高程2966m,灌漿洞結(jié)合右岸上游交通洞布置,向山體延伸130m,灌漿深度30～110m。4.2分層開(kāi)挖,開(kāi)挖至上分層砂石層對(duì)壩基下伏的軟黏土、淤泥質(zhì)黏土、崩坡積物及左岸漫灘沖積砂礫石層全部進(jìn)行開(kāi)挖清除,河床開(kāi)挖高程2888m,左岸上游由于軟黏土層埋藏較深,局部開(kāi)挖至2875m高程。4.3加固振沖礫石樁河床段沖積砂礫石層埋藏較深,開(kāi)挖難度大,設(shè)計(jì)開(kāi)挖至地下水位后,采用振沖碎石樁加固的處理措施。樁距3m等邊三角形布置,選用125kW振沖器,振沖最大深度24m,要求加固后的砂礫石層相對(duì)密度達(dá)到0.7以上。5瀝青混凝土心墻壩材料下坂地水庫(kù)大壩工程具有高海拔、深厚覆蓋層、高地震烈度、高陡邊坡、自然環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。通過(guò)大量的試驗(yàn)研究和計(jì)算分析,采用合理的設(shè)計(jì)方案,解決了許多技術(shù)難題。(1)針對(duì)高陡邊坡和深厚覆蓋層等地形地質(zhì)條件,選定瀝青混凝土心墻壩,防滲體能夠適應(yīng)基礎(chǔ)及壩體的沉降,計(jì)算分析表明心墻的應(yīng)力狀態(tài)較好。(2)壩基深厚覆蓋層的防滲處理采用上部混凝土防滲墻