某水庫壩肩及壩基處理方案

祝春姬

(新疆天山源水管理經營有限公司,烏魯木齊 830049)

1 水庫基本情況

該水庫位于新疆烏魯木齊縣內,壩址處距烏魯木齊市68km,它是一項以防洪為主的水利樞紐工程。

烏魯木齊市是新疆維吾爾自治區首府,是全疆政治、經濟、文化中心,是我國西北地區重要的中心城市。該水庫承擔著烏魯木齊市的防洪任務,且在非汛期還兼顧下游灌區的灌溉供水。該水庫的修建,可以將烏魯木齊市防洪標準由30年一遇提高至200年一遇,徹底解放下游水庫的防洪壓力,并可抵御1000年一遇設計洪水和10000年一遇校核洪水。該水庫是流域防洪體系的骨干工程,是徹底解決烏魯木齊城市洪水危害的關鍵工程。水庫對確保烏魯木齊城市防洪安全起著重要不可替代的作用,同時也對當地社會穩定發展提供了強有力的保障。

水庫樞紐主要由粘土心墻壩、溢洪道、泄洪兼導流洞和放水灌溉洞等建筑物組成。工程等別為Ⅰ等,工程規模為大⑴型,主要建筑物級別為1級、次要建筑物為3級、臨時建筑物為4級。

2 壩址處區域地質情況

2.1 左壩肩

左壩肩基巖巖性為石炭系下統齊爾古斯套群(C 1qr)的凝灰巖、凝灰質泥巖,巖層產狀:305°～310°SW ∠40°,巖層走向與壩軸線夾角 35°～40°,岸坡自然坡角45°～50°。左壩肩強風化層厚度5～8m,節理裂隙較發育,巖體破碎。弱風化層厚為30m左右。相對不透水層 (q≤5Lu)基巖面以下埋深25～70m。

2.2 河床壩基

河床為第四系沖積砂卵礫石層,該層滲透系數K=2.66～3.24×10-2cm/s,為強透水層。據物探和鉆孔資料,河床砂礫石層厚度20～23m,3.5～7.7m左右夾厚2～3m厚粉土質砂 (SM),礫石含量約10%,級配不均勻,中等密實,垂直河床方向寬約120m。

覆蓋層下伏基巖為凝灰巖和泥質凝灰巖,基巖強風化層厚為5～12m,強風化層節理裂隙發育,巖體破碎,弱風化層厚為29～40m。壩基相對不透水層 (q＜5Lu)基巖面以下埋深28～60m。

壩基鉆孔巖芯較為破碎,柱狀巖芯少見,多呈碎末狀,取心困難,巖芯表面微裂隙發育,鉆進過程中在機械擾動作用下沿微裂隙斷開后,又在鉆具中磨圓形成粗砂狀巖粉,但巖芯裂面新鮮,其性脆易碎,巖芯RQD極低,地層透水率較低,微風化巖體縱波速度在3000m/s以上 ,整體性較好,滿足壩基要求。

2.3 右壩肩

右岸發育Ⅰ～Ⅲ級階地,自然邊坡坡度30°～40°,屬陡坡,自然邊坡穩定,Ⅲ級階地面均較平坦,階面寬100～150m,表層為風積黃土、洪積粉土、碎石土,下部為沖積砂卵礫石,相對密度0.77～0.78,飽和直剪:摩擦角φ=36～38°。坡腳處堆積碎石土,厚3～5m左右。基巖強風化層厚度5～8m,節理裂隙發育,巖體破碎;弱風化層厚度為30m左右。相對不透水層 (q＜5Lu)基巖面以下埋深20～60m。

3 處理方案

3.1 大開挖方案

壩殼基礎:在河床部位,開挖至粉土質砂層底部;左岸基巖裸露,清除表面松散體;右岸上、下游壩殼部位清除表層積黃土、洪積粉土、碎石土等。兩岸開挖邊坡1︰0.5～1︰1.25。

心墻基礎:心墻基礎需坐落在強風化層下限,心墻兩側上下游巖石開挖1︰0.5,砂礫石覆蓋層開挖邊坡1︰1.5。

反濾料及過渡料基礎:同心墻基礎。

在心墻底部澆筑50cm厚的混凝土蓋板,并對心墻基礎進行鋪蓋式固結灌漿,灌漿深度5～8m,孔、排距均為3m。

帷幕灌漿深度按進入基巖透水率q≤5Lu作為控制標準。帷幕灌漿為兩排,河床段帷幕深度為40～56m,左岸為48～56m,右岸為30～50m。帷幕孔的孔、排距為2m。

兩壩肩設灌漿平洞,按q≤5Lu的控制標準,左右岸平洞長度分別為30m、65m,設單排帷幕灌漿孔,孔距2m,孔深分別為30～50m、30m。

斷層處理:對于建基面出露的節理裂隙、斷層,均作斷層影響帶挖除,用混凝土塞回填處理,并加強固結灌漿。

3.2 振沖樁方案

僅壩殼基礎處理方法不同,其它均同大開挖的處理方法。

壩殼基礎:在河床部位,只清除覆蓋層表面,清除深度1～2m。

在河床部位壩殼基礎范圍內,布置梅花型振沖碎石樁,間、排距3.0m,深度6.0m,使地基具有增密、排水減壓等優點。

3.3 方案比選

(1)大開挖方案:安全、徹底,不留隱患,在以前的工程中大開挖方案積累了大量設計與施工的經驗。該方案雖開挖工程量大,但隨著大型土石方機械的使用,可加快施工速度,且該方案總造價較低,經濟上占據優勢。該方案主要缺點是土石方動遷量大,產生棄方較多。

(2)振沖碎石樁方案:使地基具有增密、排水減壓、開挖量小等優點。但存在隱患,不能保證基礎的滲透穩定;施工質量控制及質量檢驗要求高,振沖機械不易穿過上部砂礫石層。在設計與施工的技術和經驗方面均存在制約瓶頸。

(3)經濟比較 (以2008年第三季度作為材料價格水平年)。

大開挖方案:壩體造價23308(萬元)。

振沖碎石樁方案:壩體造價23556(萬元)。

通過上述比較,最終選擇安全、可靠、經濟的大開挖方案。

4 結 語

對水庫壩肩松散體、壩基覆蓋層挖除后再實施灌漿是水利水電工程廣泛采用的一種地基處理措施,其目的是加固地基,使之起到防滲與巖體穩定的作用。通過該水庫壩肩及壩基的處理,取得一些經驗。

(1)灌漿施工時不斷加強場地岸坡巡邏,以便及時發現問題 (如跑漿等),及時反饋并給予恰當處理。

(2)做好灌漿施工記錄,加強資料的及時整理與分析工作,以確保不斷改進施工工藝。