阿勒泰市烏拉斯特水庫(kù)瀝青混凝土心墻堆石壩

·

(新疆阿勒泰地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院， 新疆 阿勒泰 836500)

阿勒泰市烏拉斯特水庫(kù)瀝青混凝土心墻堆石壩

娜孜拉·吐斯布那比

(新疆阿勒泰地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院， 新疆 阿勒泰 836500)

阿勒泰市處于高寒地區(qū)，冬季漫長(zhǎng)，施工工期比較短，新建一座水庫(kù)一般需要3年時(shí)間完工；而瀝青混凝土心墻壩可在較低溫度下施工，施工期較長(zhǎng)，對(duì)壩基壩體變形適應(yīng)性強(qiáng)，心墻自愈能力好。本文以烏拉斯特水庫(kù)為例，介紹了其混凝土心墻堆石壩的壩體分區(qū)、防滲體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、瀝青混凝土與基礎(chǔ)和岸坡的連接、瀝青混凝土心墻配合比設(shè)計(jì)和壩肩及壩肩防滲處理，供同類(lèi)工程參考。

水庫(kù)； 瀝青混凝土心墻； 防滲結(jié)構(gòu)

1 工程概況

烏拉斯特水庫(kù)位于阿勒泰市拉斯特鄉(xiāng)境內(nèi)，處在克蘭河一級(jí)支流烏拉斯溝上。阿勒泰市分別為“216”、“217”國(guó)道的起點(diǎn)，至烏魯木齊市距離分別為666km和750km，交通便利。烏拉斯特水庫(kù)總庫(kù)容1518萬(wàn)m3，興利庫(kù)容1235萬(wàn)m3。工程主要由大壩、導(dǎo)流兼泄洪洞、溢洪道和放水涵洞等建筑物組成。該工程等別為Ⅲ等中型工程，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為4級(jí)。

工程建設(shè)任務(wù)：修建烏拉斯特水庫(kù)攔蓄春洪，調(diào)節(jié)年內(nèi)水量余缺，可解決灌區(qū)夏季缺水問(wèn)題，保證克蘭河上游灌區(qū)1.96萬(wàn)hm2的灌溉用水，并可將烏拉斯溝下游河道兩岸的防洪能力提高到30年一遇。

2 水文及工程地質(zhì)

壩址以上流域面積140km2，壩址處多年平均年徑流量4096萬(wàn)m3。水庫(kù)主要建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為50年一遇，洪峰流量201m3/s。校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇，洪峰流量290m3/s。土圍堰設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，枯水期洪峰流量40m3/s；汛期洪峰流量157m3/s。壩體度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)取20年一遇，洪峰流量176m3/s。水庫(kù)多年平均入庫(kù)總沙量為3.19×104t,多年平均含沙量0.41kg/m3。

庫(kù)壩區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為144.5gal，場(chǎng)區(qū)的基本裂度為Ⅶ度。庫(kù)區(qū)位于阿勒泰市拉斯特鄉(xiāng)境內(nèi)，烏拉斯溝與夏恰溝兩河匯合三角洲以上，庫(kù)區(qū)呈不規(guī)則“Y”字形，庫(kù)盆被綿延起伏的中低山所環(huán)抱，地形切割較強(qiáng)烈，起伏變化大。庫(kù)盆在烏拉斯溝現(xiàn)代河谷內(nèi)，河谷為窄深式“V”形，河谷寬60～200m不等，兩岸不對(duì)稱(chēng)發(fā)育，有三級(jí)階地。左壩肩巖體雄厚，壩肩穩(wěn)定，存在少量的卸荷體，建議施工中清除。坡腳處覆蓋5～8m的碎石土，該段透水率小于10Lu的巖體厚度為40～70m，考慮谷坡陡峭、順河裂隙發(fā)育，繞壩滲漏范圍較大。河谷段覆蓋層分兩段，右岸段漂卵礫石大約6m，左岸I級(jí)階地厚13m左右，表層為7.5m的細(xì)粒土質(zhì)砂和漂卵礫石混土層，7.5m以下的漂卵礫石粗大、含泥量少，密實(shí)，可作為壩殼料地基。該段基巖透水率小于10Lu的巖體厚度為25～65m，小于5Lu的巖體厚度為40～77m。右岸Ⅲ級(jí)階地覆蓋層6m厚，下部漂卵礫石混土層作為壩殼料地基滿足要求，透水率小于10Lu的巖體厚度25m左右，小于5Lu的巖體厚度40m左右。右壩肩為丘陵地貌，壩肩穩(wěn)定，不存在卸荷體，壩肩透水率小于10Lu的巖體厚度為15～25m，小于5Lu的巖體厚度為40m左右，壩肩略顯單薄。

3 樞紐布置

水庫(kù)工程由瀝青混凝土心墻壩、導(dǎo)流兼泄洪洞、溢洪道和灌溉放水涵洞組成。

壩軸線位于克蘭河匯合口以上2.8km處，壩軸線基本與河道正交。最大壩高69.8m，壩頂長(zhǎng)度475.0m。溢洪道布置于右岸緊靠壩肩處，為側(cè)槽式的溢洪道，采用WES實(shí)用堰，由進(jìn)口側(cè)槽段、調(diào)整段、泄槽段和消能段等組成。導(dǎo)流兼泄洪洞在工程施工期承擔(dān)導(dǎo)流、度汛任務(wù)，運(yùn)行期承擔(dān)泄洪、放空任務(wù)。導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)10年一遇，導(dǎo)流兼泄洪洞布置于河床的右岸，進(jìn)口控制孔口尺寸為3m×2.5m，進(jìn)口底板高程978.5m。導(dǎo)流兼泄洪洞由進(jìn)口段、閘井段、有壓隧洞段、閘井控制段、無(wú)壓隧洞段、出口消能防沖段等部分組成。灌溉放水涵洞主要包括進(jìn)口段、洞身段、閘井段、消能段和泄水渠段。

4 大壩設(shè)計(jì)

4.1 壩體輪廓設(shè)計(jì)

擋水壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩，最大壩高69.8m，壩頂寬度8.0m，壩長(zhǎng)475.0m。上游壩坡1∶1.8，下游壩坡1∶1.8。上游壩坡采用素混凝土護(hù)坡，護(hù)坡厚20cm，混凝土指標(biāo)C25F200W6，混凝土面板護(hù)坡至圍堰頂996.50m，頂部設(shè)C20F200混凝土護(hù)坡阻滑墻，現(xiàn)澆板尺寸為3.0m×3.0m，縫內(nèi)填充高壓閉孔板。現(xiàn)澆板上設(shè)直徑100mm的排水孔，排水孔間排距均為1.50m，孔數(shù)由底部每塊板4個(gè)孔變?yōu)樯喜空Ｐ钏幻繅K板2個(gè)孔。下游設(shè)置干砌石護(hù)坡，厚40cm，并在下游壩坡設(shè)“之”字形上壩道路，道路寬4.0m。為便于管理，大壩上游壩坡設(shè)置1.5m寬C25F200混凝土臺(tái)階。壩頂采用混凝土路面，面層厚度0.15m，坡度為2%，在壩頂上游側(cè)設(shè)置“L”形鋼筋混凝土防浪墻，防浪墻頂高程1031.2m，墻高2.5m，底寬2.1m，墻厚0.4m。

4.2 壩體分區(qū)

壩體填筑分區(qū)從上游至下游依次為：上游堆石料區(qū)、上游過(guò)渡料區(qū)、防滲區(qū)(瀝青混凝土心墻)、下游過(guò)渡料區(qū)、下游主堆石料區(qū)、下游次堆石區(qū)。

4.2.1 上、下游堆石料區(qū)及下游次堆石區(qū)

采用爆破堆石料填筑，填筑時(shí)采用統(tǒng)一堆石填筑，每層填筑厚度80cm。堆石料要求級(jí)配良好，其中，粒徑小于0.1mm的含量要小于5%，最大粒徑不大于60cm，含泥量小于3%，經(jīng)碾壓后壩體堆石的設(shè)計(jì)孔隙率要小于22%。下游次堆石體填筑料部分為溢洪道和導(dǎo)流洞開(kāi)挖料，回填在壩體內(nèi)部，其填料標(biāo)準(zhǔn)與主堆石標(biāo)準(zhǔn)一致。

4.2.2 上、下游過(guò)渡料區(qū)

位于瀝青混凝土心墻上、下游過(guò)渡層水平寬度均為2.0m，等寬布置，過(guò)渡層填筑至心墻頂部，與瀝青混凝土同步攤鋪和碾壓，底部填筑在建基面上。過(guò)渡料要求:砂礫石級(jí)配良好，致密堅(jiān)硬，具有較強(qiáng)的抗風(fēng)化性和抗風(fēng)化能力，最大粒徑小于80mm，中值粒徑d50=9～12mm，小于5mm粒徑含量為25%～40%，含泥量小于5%，壓實(shí)后滲透系數(shù)不小于1×10-2cm/s，孔隙率不大于20%，相對(duì)密度Dr≥0.85。

4.2.3 防滲料區(qū)

防滲料主要分布在大壩心墻部位，瀝青混凝土心墻軸線與壩軸線平行，為便于心墻與防浪墻連接，心墻軸線位于壩軸線上游3.0m。瀝青混凝土心墻的厚度從混凝土灌漿蓋板以上至1000m高程以下，為0.7m，1000～1028.4m高程范圍內(nèi)心墻厚度為0.6m，心墻底部與混凝土基座接觸處心墻放大腳厚度由0.7m漸變?yōu)?.0m，漸變高度為2.0m。心墻頂與防浪墻底連接，心墻頂高程為1028.4m。瀝青混凝土心墻頂部嵌入防浪墻底20cm，與壩頂防浪墻緊密結(jié)合。

4.3 防滲體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.3.1 心墻型式的選擇及瀝青混凝土心墻結(jié)構(gòu)布置

烏拉斯特水庫(kù)位于高寒區(qū)，考慮到工期及季節(jié)的影響和壩高等因素，并參考目前已施工的瀝青心墻壩，此次設(shè)計(jì)瀝青混凝土心墻選擇碾壓式。瀝青混凝土心墻受氣候影響小，對(duì)壩基壩體變形適應(yīng)性強(qiáng)，抗震性能好。大壩瀝青混凝土心墻采用垂直布置，將墻體軸線偏向上游側(cè)，以便與壩體防浪墻連接，瀝青混凝土心墻防滲體軸線距壩軸線的距離為3.0m。

4.3.2 瀝青混凝土心墻的技術(shù)指標(biāo)

該工程瀝青混凝土技術(shù)要求為：瀝青混凝土容重大于2.37t/m3，孔隙率小于3%，滲透系數(shù)小于1×10-7cm/s，水穩(wěn)定系數(shù)不小于0.85，分離度小于1.05。

4.3.3 瀝青混凝土心墻厚度設(shè)計(jì)

該工程瀝青混凝土心墻壩壩頂高程1028.40m，厚度從混凝土灌漿蓋板以上2～1000m高程以下為0.7m，1000～1028.4m高程內(nèi)心墻厚度為0.6m，心墻底部與混凝土基座接觸處心墻放大腳厚度由0.7m漸變?yōu)?.0m，漸變高度為2.0m。

4.3.4 瀝青混凝土心墻周邊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于瀝青混凝土的黏彈塑性，在長(zhǎng)期水壓力作用下，心墻比基巖和混凝土構(gòu)件更容易變形，因此，應(yīng)注意使柔性的瀝青混凝土壓在剛性構(gòu)件上，并盡可能增大接觸面積。水庫(kù)蓄水后水壓力引起水平應(yīng)力，會(huì)使瀝青混凝土心墻產(chǎn)生一定的水平位移。結(jié)合該工程地形地質(zhì)條件，將岸坡削成不陡于1∶0.5的坡度，并澆注1.5m厚的混凝土底板與心墻擴(kuò)大的端部連接。混凝土板與河床基巖連接，其下設(shè)帷幕灌漿及固結(jié)灌漿。

4.3.5 接縫面膠結(jié)材料

4.4 瀝青混凝土心墻與基礎(chǔ)和岸坡的連接

4.4.1 瀝青混凝土心墻與基礎(chǔ)和岸坡的連接

4.4.2 瀝青混凝土心墻和建筑物連接設(shè)計(jì)

瀝青混凝土心墻和建筑物的連接主要是與導(dǎo)流洞和放水涵洞等建筑物連接，兩種建筑物邊墻兩側(cè)的石方開(kāi)挖部分直接用拋石混凝土回填，然后再澆筑灌漿蓋板，此處的灌漿蓋板與壩軸線方向的上、下處灌漿蓋板連接，灌漿時(shí)建筑物兩側(cè)的拋石混凝土也要進(jìn)行灌漿加固，防止該處滲流，確保工程安全運(yùn)行。

4.5 瀝青混凝土心墻配合比設(shè)計(jì)

瀝青混凝土配合比應(yīng)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)試驗(yàn)進(jìn)行選擇。所選配合比的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)對(duì)瀝青混凝土提出的要求，并有良好的施工性能，且經(jīng)濟(jì)上合理。瀝青混凝土室內(nèi)試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)販囟取胃摺螝ち闲阅堋⑹┕ず托钏俣取⑹┕づ淞暇鹊葪l件進(jìn)行。

瀝青混凝土心墻材料要求如下：

a.瀝青。石油瀝青技術(shù)要求，70號(hào)指標(biāo)要求：針入度(25℃，100g，5s)60～80(1/10mm)，延度(10℃)不小于25cm，軟化點(diǎn)(環(huán)球法)不小于46℃，溶解度(三氯乙烯)99.5%，閃點(diǎn)(開(kāi)口法)不小于260℃，含蠟量不大于2.2%。

b.粗骨料。工程瀝青混凝土墻所需的堿性骨料料場(chǎng)位于阿葦灘鎮(zhèn)北部山區(qū)，距工程區(qū)25km。技術(shù)要求為：?粗骨料粒徑范圍最大粒徑為19mm，最小粒徑大于2.5mm，形狀呈方形，針片狀粒料含量小于20%，遜徑含量小于10%；?質(zhì)地堅(jiān)硬、新鮮，不因加熱引起性質(zhì)變化，表觀密度大于2.6g/cm3，吸水率不大于2%；?含泥量不大于0.3%；?堅(jiān)固性好，用硫酸鈉法干濕循環(huán)5次，重量損失小于12%；?黏附性能好，與瀝青的黏附力應(yīng)達(dá)4級(jí)以上；?級(jí)配良好。

c.細(xì)骨料。瀝青混凝土細(xì)骨料與混凝土骨料統(tǒng)一考慮。細(xì)骨料要求:?質(zhì)地堅(jiān)硬、新鮮，不因加熱引起性質(zhì)變化，吸水率不大于2%；?粒徑范圍小于2.5mm并大于0.075mm；?干凈，不含有機(jī)質(zhì)和其他雜質(zhì)，含泥量不大于3%;?堅(jiān)固性好，用硫酸鈉干濕循環(huán)5次，重量損失小于15%;?水穩(wěn)定等級(jí)不低于6級(jí)。級(jí)配良好，粒徑組成應(yīng)符合試驗(yàn)提出的級(jí)配曲線的要求。

d.填充料。填充料的粒徑選用小于0.074mm的極細(xì)礦粉，對(duì)填料的要求為粒徑0.074mm的篩孔通過(guò)率大于85%，不含泥土、有機(jī)物等雜質(zhì)，親水系數(shù)不大于1，含水率小于0.5%，表觀密度大于2.5g/cm3。對(duì)擬采用的填料要求:?顆粒組成應(yīng)符合規(guī)定；?親水性系數(shù)不大于1.0；?含水率不小于0.5%；?不含泥土、有機(jī)物等雜質(zhì)、結(jié)塊和團(tuán)粒，碳酸鈣含量大于95%。

e.初選瀝青混凝土配合比。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)及該工程所在地的氣溫及原材料實(shí)際情況，初擬瀝青混凝土配合比如下：骨料最大粒徑16mm，瀝青6.5%～8.5%，填料14%～24%，級(jí)配指數(shù)0.40，礦粉濃度2.0。

4.6 壩基及壩肩防滲處理

a.基礎(chǔ)開(kāi)挖。壩體填筑前，先清除壩址處主河床表層腐殖質(zhì)土和下部含泥的漂卵礫石，采用大開(kāi)挖形式，開(kāi)挖至基巖面，使整個(gè)心墻基座落在弱風(fēng)化基巖表層。

b.固結(jié)灌漿。清基完成后，沿瀝青心墻軸線方向開(kāi)挖基巖槽，然后澆筑C25混凝土灌漿蓋板基座，厚1.0m，以封閉基巖裂隙，并可作為基礎(chǔ)固結(jié)灌漿和帷幕灌漿的蓋板。固結(jié)灌漿設(shè)2排，孔深6.0m，排距2.0m，孔距2.0m。

c.壩基壩肩帷幕灌漿：壩基灌漿孔采用1排，孔距2.0m，河床及兩岸壩肩段灌漿深度指標(biāo)采用小于5Lu控制。壩肩采用1排，孔距2.0m，壩肩兩岸帷幕灌漿在與壩相鄰處標(biāo)準(zhǔn)為伸入kq<5Lu的相對(duì)不透水層。

5 結(jié) 語(yǔ)

阿勒泰市處于高寒地區(qū)，冬季漫長(zhǎng)，而瀝青混凝土心墻壩可在較低溫度下施工，施工期較長(zhǎng)，對(duì)壩基壩體變形適應(yīng)性強(qiáng)，抗震性能好，心墻自愈能力好。運(yùn)行期瀝青混凝土心墻防滲體受?chē)?yán)寒氣候影響較小，安全性較高，施工簡(jiǎn)便，且早期可蓄水。

Asphalt Concrete Core Wall Rock-fill Dam of Altay Urasty Reservoir

Nazila·Tusibunabi

(Xinjiang Altay Hydro and Power Design Institute, Altay 836500, China)

Altay is located in alpine region, which is characterized by long winter and relatively short construction period, therefore constructing a new reservoir generally takes three years. Asphalt Concrete Core Wall Dam can be constructed under lower temperature with longer construction period, strong adaptability to deformation on dam foundation and dam body, and strong self-healing ability on core wall. In the paper, Urasty Reservoir is adopted as an example for introducing dam division of concrete core wall rock-fill dam, impermeable material structure design, connection among asphalt concrete, foundation and bank slope, asphalt concrete core wall mix proportion design, and anti-seepage treatment between dam abutments, which is provided as reference for similar projects.

reservoir; asphalt concrete core wall; impermeable structure

TV62

B

1005-4774(2014)08-0022-04