下坂地水库沥青混凝土心墙砂砾石坝及基础处理设计.pdf

设计与施工 水利规划与设计 2 0 1 2年第 6期 下坂地水库沥青混凝土心墙砂砾石坝 及基础处理设计 杨 西林 张忠 东 黄 云 ( 陕西省水利电力勘测设计研究院 西安 7 1 0 0 0 1 ) 【 摘要】 本文论述了新疆下坂地水库复杂的地质条件，介绍了下坂地工程针对 1 5 0 m深厚覆盖层采取 的坝体结构、防渗及基础处理设计等措施 。实践证明是成功的，同时也对同类地区的大坝设计具有一定的 借鉴意义 。 【 关键词 】 大坝设计 沥青混凝土心墙 坝基处理 【 中图分类号】T V6 4 1 【 文献标识码 】 B 【 文章编号 】 1 6 7 2 2 4 6 9( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 5 0 0 4 【 D O I编码】 1 0 3 9 6 9 j i S s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 2 0 6 0 1 6 1 工 程概 况 下 坂地 水利枢 纽 工程 位于 新疆 塔里 木河 水 系叶尔羌河 的支流塔什库尔干河 中下游 ，地处喀 什地 区塔什库 尔干塔 吉克 自治县境 内，距喀什市 3 1 5 k m ，距塔什库尔干县 4 5 k m 。下坂地水利枢纽 工程 ，是 以生态补水和春旱供水为主 ，结合 发电 的综合性水利枢纽工程 。 下坂地水库总库容 8 6 7 亿 m 。 ，调节库容 6 9 3亿 m 。 。电站总装机 1 5 0 M W ， 保证 出力 3 5 9 M W，年发 电量 4 6 4亿 k W h 。下 坂地水库是塔什库尔干河梯级规划 中的龙头水 库 ，工程 建设 对促进 开 发塔什 库 尔干河 水能 资 源 、缓解喀什 、克州缺 电、提高供 电质量 、促进 当地经济发展具有十分重要 的作用 。 本工程属 大 ( 2 )型 I I 等工 程 ，枢纽建筑物 由大坝 、导流泄洪洞 、引水 发电洞及 地下厂房等 建筑 物组 成 。拦河坝 为 沥青 混凝土 心墙 砂砾石 坝 ，为 2级建筑物 ，地 震设计 烈度 为 8度 。大坝 设计洪水标准 为 1 0 0 年一遇 ，校 核洪水标准 为 5 0 0 0年一遇。水库 正常蓄水位 2 9 6 0 O m ，死水位 2 9 1 5 O m ，设计洪水位 2 9 6 3 2 m ，校核洪水位 2 9 6 4 6 m。 2 地质条件 下坂地水库在大地构造单元中位于西昆仑 褶 皱系 中部 ， 涉及帕米尔一喀喇 昆仑一 西昆仑抬 5 0 升区、塔里木断 陷和天 山抬升 区三个一级新 构造 单元 ，新构造变形强烈 ，地震活动水平较 高。库 坝 区地震 基本烈度为 8度 ，基 岩峰值加速度 为 2 5 0 7 g ，地表峰值加速度为 0 3 0 9 g ，场地特征 周期为 0 3 0 s 。水库诱发地震 烈度 不超过库 坝区 地震基本烈度 。 坝址 区河 谷呈 “ u ”型 ，坝轴 线处河床 宽约 3 l O m 。两岸边坡 陡峻 ，基岩裸露 ，岩性主要 为角 闪黑云二长片麻岩 。左岸 山峰高程 3 4 0 0 m ，边坡 坡度 4 5 5 4 。；右岸 山峰高程 4 3 0 0 m左右 ，边坡 坡度 7 0 8 0 。 右坝肩边坡岩体风化 卸荷程度 较 弱，左 坝肩边坡岩 体质 量较差 。坝基 覆盖层最大 厚度达 1 5 0 m ，成分 复杂 ，变化较 大 ， 自下而 上 可分为冰碛层、砂层 、软土层 、冲洪积层和崩坡 积层。 冰碛层 ( Q 。 )厚度 8 0 1 4 8 m ，结构极 不均 匀 ，主要 以漂石 、块石、砾石及砂 为主 。砂层 透 镜体 ( Q 。 托 )位于坝基左侧偏 上游冰碛层 中，顺 河 向长约 4 6 0 m ，宽约1 7 0 2 5 0 m ，埋 深1 8 3 5 4 m ，最大厚度 4 3 7 m ，天 然干密度 p： 1 5 0 1 6 0 g c m 。 ，渗透 性 比较均 一 ，属弱一 中等透水 性 ；冲洪积砂砾石层 ( Q 她 H )分布在河床 、漫 滩表层，厚度 3 O 2 9 m ，相变较大，由砂、粗 作者简介：杨西林 ( 1 9 6 3 年 ) ，男，高级工程师 设计与施工 水利规划与设计 2 0 1 2年第 6期 砾 组成 ，局部夹粉砂质壤 土薄层 ，含零星块 石 ， 属 松散地 层 ；软土层 分为 软黏土层 ( Q 4 儿 )和淤 泥 质黏 土层 ( Q 扎)是全 新世 早期和 中期湖 积产 物 ，它 由上下两层软 土及其 间夹 一层 冲积砾石层 组成 ，总厚度 4 0 5 0 m 。下层软黏土 呈暗灰色 ， 软塑、干态坚硬 ，属 中等软弱土 ；上层 淤泥质黏 土呈兰灰色 ，夹粗砂 及砂壤土 、流塑 ， 属极 软土 。 冲积 砂砾石层 ( Q )分布于 软黏土与淤 泥质黏 土之间 ，一般厚度 3 0 1 0 m ，以砾石 、砂 为主 ； 崩坡积层 ( Q 以 州 )分 布在左右两岸边 坡及坡脚 处，左岸颗粒 以块石 、碎石为主 ，松 散无 胶结 ， 呈散体状 ， 表层块石含 量较大 。 右岸颗粒 以碎 石、 角砾为主 ，松散无 胶结 。 3 大 坝设 计 3 1 坝体剖面设计 大 坝 坝 顶 高 程2 9 6 6 m， 大 坝 上 游 坡 比为 1 ： 2 3 5 ，在高程 2 9 4 2 m 、2 9 1 0 m处分设两 级马道 ， 马道 宽 2 m ；下游坡 比为 1 ： 2 1 5 ，在高程 2 9 4 0 m 、 2 9 1 0 m处分 设两级马道 ，马道宽 2 m 。在上下游坝 脚 设置镇压层 ，顶 部高程均为 2 9 1 0 m ，上游镇压 层 宽 4 0 m ，下游镇压层 宽 6 0 m 。沥青 混凝土心墙 顶 部厚度 0 6 m ，底 部厚度 1 2 m ，心墙 底部通过 混凝 土基座与坝基 混凝 土防渗墙连接 。心墙下游 设有施工 、观测兼排 水廊道 ，廊道 高度 5 m ，宽 度 3 5 m 。心墙上下游各 设置水平宽度 3 m的过渡 层，下游过渡层后设置水平宽度 3 m的竖向排水 体 与坝基水平排水体相连 。 3 2 坝料设计 3 2 1 过渡料 过渡料选用坝址上游河漫滩砂砾石料 ，粒径 小于 0 1 m m的颗粒含量为 3 ，5 m m以下颗粒含量 为 3 3 5 5 ，不均匀系数 C u = 7 6 7 ，属不 良级配砾， 均匀性较好 ，渗透系数 K = 5 4 1 0 c m s 。过渡料 设计指标：相对密度大于 0 7 5 ，最大粒径不超过 8 0 m m ， 小于 5 m m粒径含量不超过 3 5 ， 小于 0 0 7 5 m m 粒径含量不超过 5 ，渗透系数 1 1 0 一 c m s 。 3 2 2 坝壳料 坝 壳料选 用砂砾石料和石 方开挖利用料 。砂 砾石料场选用 料场和 X料场 ， 料场位 于坝 下游 2 5 k m ，粒径一般为 1 5 0 c m ，大者 1 0 n 2 0 m ， 粒径 8 0 m m的颗粒含 量 占 5 1 3 ， 粒径 2 8 0 m m含 量 占 3 7 2 2 ，粒径小于 0 1 m m颗粒含量 占 8 0 3 。抗剪强度 = 4 3 4 3 2 。，渗透系数平 均值为 9 8 1 0 c m s 。 XI V 料场位于坝 下游 0 3 k m 处，呈棱角状及次棱角状 ，含少量泥质，粒径一般 以 8 4 5 c m为主 ， 大者可达 1 4 m ， 粒径大于 8 0 m m 的颗粒 占 3 3 8 ，砾石含 量为 3 1 5 ，粒 径小于 0 1 m m颗粒含量 占 7 ， 抗剪强度 = 3 8 5 4 4 4 。， 渗透系数平均值为 8 1 0 c m s 。 石 方 开挖利 用 料包 括 导流 泄洪 洞 和 引水 发 电洞 的石方 开挖 料 ，洞 渣料 粒径 大 于 6 0 m m 的 颗粒 占 7 2 3 ，粒径 2 6 0 m m含量为 2 3 9 7 ， 抗 剪 强 度 = 3 9 9 4 2 2。 ，渗 透 系 数k l 1 0 c m s 。 砂砾石坝 壳料设计指标 ： 相对密度大于 0 8 ， 孔隙率 力 2 3 7 孔隙率 ( ) 3 机 口取样2 0 ( 击 实成型 ) 渗透系数 ( c m s ) 5 0 0 0 N 马歇尔流值 ( 1 l O O c m) 5 0 水稳 定系数 0 8 5 小梁弯 曲 ( ) 1 0 内摩擦 角 ( ) 2 O 3 4 凝聚力 C ( M P a ) 0 2 4坝 基处 理 注 ：表中的后三个 指标 作为测试指标参 考值。 4 1 基础 防渗设计 坝基 1 5 0余米深 厚覆盖层 的防渗处理 ， 采用 上部混凝土 防渗 墙下接砂砾 石层帷幕灌浆方 案 。 设计对不 同墙 深、墙厚 、墙 体材 料、帷幕厚度 、 灌浆材料进行了专题研究，并进行了现场试验。 综合 防渗墙 的应力应变 、渗流控制 、施 工工效和 工程投 资等 因素 ，确定 防渗墙墙 厚 1 m ，墙底 高 程 2 8 1 2 m ，岸坡 段防渗墙嵌入基 岩 1 O m ，防渗墙 最大深度 8 5 m ，下部 设 4排帷幕灌浆 ，与防渗墙 的搭接长度 l O m 。 帷 幕灌浆 的顶部 高程 为 2 8 2 2 m ， 底 部 深 入 不 透 水基 岩 深 度5 l O m ，最 低 高 程 2 7 4 1 m 。墙体材料 为 C 2 5混凝土 ，抗压 强度 R 9 0 2 5 M P a ，抗渗 等级 w 8 。帷幕灌浆材 料为水泥黏 土浆，设计要求帷幕渗透系数 1 1 0 4 c m s 。 左岸防渗体与岸坡结合槽底宽取 5 m ，帷幕 灌浆 为 3排孔 ，排距 l m ，孔距 2 m ，两边 l m处各 布置 1排固结灌浆孔，孔距 2 m ，与帷幕灌浆孔 结合 布置为梅花形 ；右岸 防渗体 与岸 坡结合槽底 宽取 4 m ，帷幕灌浆为 1 排孔 ，两边 1 5 m处各布 置 1排 固结灌浆孔 ，孔距 2 m 。 左岸分别在 2 9 6 1 m和 2 9 0 0 m高程设置两层灌 浆洞 。2 9 6 1 m高程灌浆洞结合地质探洞布置，向山 体 延伸1 3 2 m ，2 9 0 0 m 高程灌 浆洞 向山体 内延 伸 1 1 1 m ，帷幕灌浆深度 7 5 1 5 0 m 。右岸在坝顶设置 一 层灌浆洞 ，高程 2 9 6 6 m ，灌浆洞结合右岸上游交 通洞布置 ，向山体延伸 1 3 0 m ， 灌浆深度 3 0 - - 1 l O m 。 4 2坝 基 开 挖 对 坝基下伏 的软黏 土、淤 泥质黏土 、崩坡积 物及左岸 漫滩冲积砂砾石层 全部进行开挖清 除， 河床开挖 高程 2 8 8 8 m ，左 岸上游 由于软 黏土层 埋 藏较深，局部开挖至 2 8 7 5 m高程。 4 3基础力 口 固 河 床 段冲 积 砂砾 石 层埋 藏较 深 ，开挖 难 度 大 ，设计 开挖至地下水位后 ，采用振 冲碎石桩 加 固的处理措施 。桩距 3 m等边三角形布 置 ，选用 1 2 5 k W振 冲器 ，振冲最大深度 2 4 m ，要求加 固后 的砂砾 石层相对密度达 到 0 7以上 。 5 结 语 下坂地水 库大坝 工程具有高海拔 、深厚覆盖 层、高地震 烈度 、高 陡边坡 、自然环 境恶劣等特 点。 通过大量的试验研究和计算分析，采用合理 的设计方案 ，解决 了许多技术难题 。 ( 1 )针对 高 陡边 坡和深 厚覆盖层 等地形地 质条件 ，选定沥青混凝 土心墙坝 ，防渗体 能够适 应基础及坝体 的沉 降， 计算 分析表 明心墙 的应力 状态较好 。 ( 2 )坝 基深 厚覆盖层 的防渗处 理采用上 部 混凝土 防渗墙 下接砂砾石层帷幕 灌浆方案 ，防渗 墙最大深度 8 5 m ，砂砾石层帷幕灌浆最大深度 1 5 1 m ，在 国 内居领先水平 。 ( 3 )对 坝基 下伏砂层 的液 化特 性进行 了多 项试验研 究，为增加大坝整体稳定 ，在上 下游坝 脚设置镇压层 。 ( 4 )砂 砾石坝 壳料平均粒 径大 ，细料含 量 少 ，级配不连续 ，力学性 能介 于砂 砾石与堆石之 间。 设 计对砂砾石坝壳料碾 压指标采用相对密度 与孔 隙率双重 控制 。 5 3