新疆呼圖壁紅山下水庫大壩設計探析

張 曄

（新疆昌吉方匯水電設計有限公司，新疆 昌吉 831100）

紅山下水庫工程位于新疆昌吉州呼圖壁縣境內、烏伊公路以南9.5 km的軍塘湖河上，水庫總庫容996萬m3，最大壩高45 m，根據《水利水電工程等級劃分及防洪標準》（SL252-2001）規范規定屬于小（1）型水庫，工程等級為Ⅳ等。主要建筑物有攔河大壩、放水涵洞，導流泄洪沖沙涵洞、溢洪道等建筑物組成。大壩、放水涵洞、溢洪道、導流泄洪沖沙涵洞為4級建筑物。次要建筑物為5級，臨時建筑物圍堰為5級。工程區震基本烈度為Ⅷ度，主要建筑物地震設計烈度為Ⅷ度。

1 壩線選擇

紅山下水庫工程壩址區河谷形態屬“U”型谷，河床海拔高程647～660 m，谷底寬約 350～450 m，頂寬 500～650 m，河谷兩岸不對稱。壩址區兩岸出露巖體由第三系中新統土墩子組（N2 td）泥巖和壩址一帶沒有發現具有一定規模的斷層、褶皺構造，僅在右岸沖溝內發現礫巖中夾的泥質砂巖、泥巖裂隙較發育并有層間錯動的痕跡；最終選擇的壩線位于上游沖溝和下游出山口之間，壩址區可供選擇壩軸線的上、下游范圍較小，壩肩向上游和下游移動都不合適，壩線主河床寬度為157 m，壩軸線較短，庫區面積可達1.78 km2，總庫容可達900萬m3以上，引、泄水建筑物軸線較短，兩壩肩基巖裸露，有利于泄、引水建筑物的布置，初步設計階段對瀝青心墻壩壩軸線、建筑物軸線進行了實地測量放線，軸線較短，設計壩軸線位置合適；因此，壩軸線采用下壩線。

2 壩型選擇

根據壩線的地形地質條件，工程天然建筑材料儲量豐富，樞紐區周圍分布著豐富的土料和砂礫料，且開采方便，質量基本滿足規范要求。同時，壩址一帶河谷谷底寬約350～450 m，壩址區巖性為第四系下更新統西域組（Q1Xfgl）礫巖，偶夾泥巖或泥質砂巖，呈半膠結狀態，主要為泥沙質膠結，少量為鈣質膠結，均屬軟巖，從河床寬度和壩址地層巖性分析，均不適合修建剛性的混凝土壩。應選擇當地材料壩進行工程設計。

根據紅山下水庫壩址區工程地址、地形及天然建筑材料和勘察試驗資料，對擋水壩型選擇了瀝青砼心墻壩、粘土心墻壩、混凝土面板壩三個方案，初步擬定了三種壩型的控制高程、主要尺寸、基礎處理措施和設計工程量與投資規模，為分析論證比選提供了不少基礎參數。因壩址區地處8度地震區，粘土心墻壩抗震性能最差，施工時間最長，從防滲體的特性、壩料生產和壩體結構、壩體適應軟巖基礎和整體抗震性能等方面來看，瀝青心墻壩的抗滲性能和抗震性能均較面板壩好，防滲體施工質量可靠，適應變形能力強，而且壩體結構、壩料加工生產簡單，施工方便，工期相對較快，投資與面板壩相差不大。因此，設計最終將瀝青砼心墻砂礫石壩作為推薦壩型。

3 溢洪道、導流泄洪、放水涵洞設計

3.1 左岸開敞式溢洪道設計

溢洪道為正槽，布置在左岸樁號0-460巖體上，由引槽段、進口段、控制段、泄槽段、出口消能段組成，全長155.0 m。設計洪水位時溢洪道最大泄流量100.00 m3/s，校核洪水位時溢洪道最大泄流量174.20 m3/s。

引槽段進口底板高程669.00 m，長127.0 m，寬度50.00～15.50 m。采用梯形砼板渠道形式。控制段采用駝峰堰有閘控制。控制段長度18.0 m，寬度18.5 m，堰頂高程669.00 m，側墻為直墻，均采用C25F200W6鋼筋砼襯砌。閘門采用弧形閘門，共兩扇，單扇閘門凈寬7.00 m。泄槽段采用臺階形式，全長81 m，寬15.5 m，底坡i＝0.33，由大小相等的臺階組成。消力池全長36 m，寬15.5 m，邊墻采用懸臂式擋土墻。消力池后接270 m長導流泄洪渠，導流渠寬15.5 m，邊墻采用懸臂式擋土墻。導流渠末端設8.5 m深鋼筋砼防沖斜齒墻。防沖齒墻后部布置了40 m長疏浚段，表層設置2.0 m厚鋼筋石籠防護，鋼筋石籠下部為砂礫石層。

3.2 導流泄洪沖沙涵洞

導流泄洪沖沙涵洞布置在壩體樁號0+000處，全長203 m，由進口段、有壓洞身段、閘井段、無壓洞身段、陡坡段、消力池段組成，最大泄流量113 m3/s。

進口底板高程648.0 m，進口段采用八字墻形式，長10 m。有壓洞身段長40.0 m，縱坡i=0.02，洞身為一孔城門洞型，凈寬3.0 m，高3.6 m。閘室段底板高程647.20 m，頂高程651.80 m，閘井底板長18.0 m，寬9 m，設一道平板檢修閘門，一道弧形工作閘門，閘門孔口尺寸3.0 m×3.0 m。無壓洞身段長63 m，縱坡i=0.02，洞身為一孔城門洞型，凈寬3.0 m，高3.6 m。底板及邊墻兩側0.5 m高度以下采用C45F200W6鋼筋混凝土，以上采用C25F200W6鋼筋混凝土結構。陡坡段長40 m，縱坡1/10，底寬由3 m擴散為16.0 m，底板厚1.0 m。消力池采用底流消能，長32 m，底寬16.0 m，斷面型式為矩形鋼筋砼整體結構，采用C25F200W6鋼筋砼襯砌，底板厚1.0 m。海漫段長40 m，縱坡1‰，斷面為矩形鋼筋砼整體結構。海漫末端設6.5 m深C25F200W6鋼筋砼防沖齒墻。導流泄洪沖沙涵洞基礎礫巖為泥沙質膠結，膠結程度低，基礎開挖后因風化強度降低，故對基礎下礫巖進行固結灌漿處理。固結灌漿排距2.0 m，孔距2.0 m，灌漿控制深度為12 m。

3.3 放水涵洞

放水涵洞布置在壩體右岸樁號0+100下部，全長152 m，由進口段、有壓洞身段、閘井段、無壓洞身段、出口泄槽、消力池組成，設計引水流量3.8 m3/s，加大流量5.0 m3/s。

進口底板高程653.0 m，進口段為八字墻形式，長度8 m。有壓洞身段長43 m，縱坡i=0.02，斷面形式為城門洞型，凈寬1.2 m，高1.8 m，洞身每7 m設置結構縫一道。閘室段底板高程652.14 m，縱坡i=0，閘井底板長9 m，寬3.8 m，設一道平板檢修閘門，一道平板工作閘門，閘門孔口尺寸1.2 m×1.8 m。無壓洞身段長53 m，縱坡i=0.02，斷面形式為城門洞型，凈寬1.2 m，高1.8 m，底板及以上0.5 m邊墻高度部分采用C45F200W6高性能砼，以上采用C25F200W6鋼筋混凝土結構，洞身每7.5 m設置結構縫一道。泄槽段縱坡i=0.246，底寬由1.2 m擴散為5.0 m，出口泄槽為矩形鋼筋砼整體結構，采用C25F200W6鋼筋砼襯砌。消力池底板高程646.40 m，采用底流消能，消力池長20 m，底寬5.0 m，底板厚0.6 m，斷面型式為矩形鋼筋砼整體結構，采用C25F200W6鋼筋砼襯砌。

4 結論及建議

4.1 溢洪道

①溢洪道布置在壩頂，基礎的穩定性主要取決于壩體碾壓密實程度，建議壩體填筑料相對密實度不小于0.85，建筑物基礎承載力建議值250 kPa。②建議作好防滲設計，保證壩坡不被淘刷。③由于弱膠結礫巖抗沖刷能力較低，建議溢洪道末端作好防沖措施，保證壩后土不被淘刷帶走，威脅壩體穩定。④建議臨時開挖邊坡卵礫石層水上1∶1.0~1.25，水下不小于1∶2.0，強風化礫巖層1∶0.75~1∶1.0，弱風化礫巖層1∶0.5~1 ∶0.75。

4.2 導流沖砂涵洞

①導流沖砂涵洞進口、洞身和閘室基礎位于卵礫石層，建議清除卵礫石層，將基礎座在礫巖弱風化層上。②陡坡段基礎部分位于卵礫石層，部分位于礫巖層，基礎位于兩種巖土，在浸水和上部荷載下會有較大不均勻沉降，建議清除卵礫石，陡坡基礎全部置于礫巖弱風化層。③疏浚段基礎可坐于卵礫石層，施工前須對基礎壓實處理。④建議承載力強風化基巖300 kPa，弱風化基巖400 kPa，河床卵礫石層250 kPa。⑤基槽開挖存在高邊坡問題，須按規范要求進行支護，建議卵礫石開挖邊坡值水上1∶1.0～1∶1.5，水下不應小于1∶2.0；礫巖強風化層1∶0.75~1∶1.0，弱風化層1∶0.5~1∶0.75。⑥導流沖砂涵洞基底與礫巖層接觸面可能會發生接觸沖刷，建議基底設置深齒墻。⑦礫巖為軟巖，抗風化、抗沖刷能力差，建議導流沖砂涵洞出口作好防沖設計。⑧由于礫巖為泥沙質膠結，膠結程度低，基礎開挖后因風化作用強度降低，建議對基礎下礫巖進行固結灌漿處理。

4.3 高邊坡開挖

①存在開挖高邊坡問題，應按邊坡支護規程等采取加固措施，可采取退臺放坡開挖，建議粉土邊坡值1∶1.5~1∶2.0，卵礫石1∶1.0~1∶1.5，強風化礫巖1∶0.75~1∶1.0，也可采取其他支護措施。②粉土具有強腐蝕性，砂礫石具有中等腐蝕性，礫巖具有中等腐蝕性，需考慮腐蝕性問題。

[1]牛運光.病險水庫大壩除險加固實例連載之十四 陜西省桃曲坡水庫灰巖庫區漏水及治理措施 [J].大壩與安全.2015(05):51-13.

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