新疆塔什庫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工程位于新疆塔里木河水系葉爾羌河支流塔什庫爾干河的下游，位于哈薩克斯坦塔什庫爾干塔吉克自治區(qū)，距喀什市315公里，距塔什庫爾干縣45公里。下坂地水利樞紐工程,是以生態(tài)補水和春旱供水為主,結(jié)合發(fā)電的綜合性水利樞紐工程。下坂地水庫總庫容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級建筑物,地震設(shè)計烈度為8度。大壩設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5000年一遇。水庫正常蓄水位2960.0m,死水位2915.0m,設(shè)計洪水位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)三個一級新構(gòu)造單元,新構(gòu)造變形強烈,地震活動水平較高。庫壩區(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,場地特征周期為0.30s。水庫誘發(fā)地震烈度不超過庫壩區(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水庫設(shè)計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的過渡層,下游過渡層后設(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水庫設(shè)計3.2.1不均勻系數(shù)分布過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,屬不良級配礫,均勻性較好,滲透系數(shù)K=5.4×103.2.2顆粒含量分布壩殼料選用砂礫石料和石方開挖利用料。砂礫石料場選用Ⅺ料場和ⅩⅣ料場,Ⅺ料場位于壩下游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%?？辜魪姸圈?43～43.2°,滲透系數(shù)平均值為9.8×10石方開挖利用料包括導(dǎo)流泄洪洞和引水發(fā)電洞的石方開挖料,洞渣料粒徑大于60mm的顆粒占72.3%,粒徑2～60mm含量為23.97%,抗剪強度φ=39.9～42.2°,滲透系數(shù)k>1×10砂礫石壩殼料設(shè)計指標(biāo):相對密度大于0.8,孔隙率n<22%,最大粒徑不超過800mm,小于5mm粒徑含量不超過30%,小于0.075mm粒徑含量不超過5%,滲透系數(shù)K>1×10石方開挖利用料設(shè)計指標(biāo):孔隙率n為20%～28%,最大粒徑不超過800mm,小于5mm粒徑含量不超過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渡層后設(shè)置的水平寬度3m的豎向排水體由過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)及岸坡連接見圖1,瀝青混凝土心墻與防浪墻連接見圖2。3.3.2試驗結(jié)果和配合比試驗(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,對大理巖進行了瀝青和骨料的黏附力試驗、硫酸鈉5次循環(huán)重量損失試驗、吸水率試驗、壓碎率試驗、抗熱性試驗。試驗結(jié)果表明:黏附力大于4級,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,骨料無開裂分解。(3)細骨料。需用的細骨料有人工砂、河砂和填料礦粉。大理巖人工砂和河砂質(zhì)地堅硬,在加熱過程中未出現(xiàn)開裂、分解等現(xiàn)象,級配良好。礦粉采用喀什水泥廠生產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉。(4)配合比。通過對26種不同配合比進行試驗對比,最終選用的瀝青混凝土配合比見表1。(5)瀝青混凝土設(shè)計指標(biāo)見表2。.4水庫處理4.1墻體及防滲墻體設(shè)計壩基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)計對不同墻深、墻厚、墻體材料、帷幕厚度、灌漿材料進行了專題研究,并進行了現(xiàn)場試驗。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,抗壓強度R90≥25MPa,抗?jié)B等級W8。帷幕灌漿材料為水泥黏土漿,設(shè)計要求帷幕滲透系數(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分層開挖,開挖至上分層砂石層對壩基下伏的軟黏土、淤泥質(zhì)黏土、崩坡積物及左岸漫灘沖積砂礫石層全部進行開挖清除,河床開挖高程2888m,左岸上游由于軟黏土層埋藏較深,局部開挖至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,開挖難度大,設(shè)計開挖至地下水位后,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密度達到0.7以上。5瀝青混凝土心墻壩材料下坂地水庫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。通過大量的試驗研究和計算分析,采用合理的設(shè)計方案,解決了許多技術(shù)難題。(1)針對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