某水库坝肩及坝基处理方案

祝春姬

(新疆天山源水管理经营有限公司,乌鲁木齐 830049)

1 水库基本情况

该水库位于新疆乌鲁木齐县内,坝址处距乌鲁木齐市68km,它是一项以防洪为主的水利枢纽工程。

乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区首府,是全疆政治、经济、文化中心,是我国西北地区重要的中心城市。该水库承担着乌鲁木齐市的防洪任务,且在非汛期还兼顾下游灌区的灌溉供水。该水库的修建,可以将乌鲁木齐市防洪标准由30年一遇提高至200年一遇,彻底解放下游水库的防洪压力,并可抵御1000年一遇设计洪水和10000年一遇校核洪水。该水库是流域防洪体系的骨干工程,是彻底解决乌鲁木齐城市洪水危害的关键工程。水库对确保乌鲁木齐城市防洪安全起着重要不可替代的作用,同时也对当地社会稳定发展提供了强有力的保障。

水库枢纽主要由粘土心墙坝、溢洪道、泄洪兼导流洞和放水灌溉洞等建筑物组成。工程等别为Ⅰ等,工程规模为大⑴型,主要建筑物级别为1级、次要建筑物为3级、临时建筑物为4级。

2 坝址处区域地质情况

2.1 左坝肩

左坝肩基岩岩性为石炭系下统齐尔古斯套群(C 1qr)的凝灰岩、凝灰质泥岩,岩层产状:305°～310°SW ∠40°,岩层走向与坝轴线夹角 35°～40°,岸坡自然坡角45°～50°。左坝肩强风化层厚度5～8m,节理裂隙较发育,岩体破碎。弱风化层厚为30m左右。相对不透水层 (q≤5Lu)基岩面以下埋深25～70m。

2.2 河床坝基

河床为第四系冲积砂卵砾石层,该层渗透系数K=2.66～3.24×10-2cm/s,为强透水层。据物探和钻孔资料,河床砂砾石层厚度20～23m,3.5～7.7m左右夹厚2～3m厚粉土质砂 (SM),砾石含量约10%,级配不均匀,中等密实,垂直河床方向宽约120m。

覆盖层下伏基岩为凝灰岩和泥质凝灰岩,基岩强风化层厚为5～12m,强风化层节理裂隙发育,岩体破碎,弱风化层厚为29～40m。坝基相对不透水层 (q＜5Lu)基岩面以下埋深28～60m。

坝基钻孔岩芯较为破碎,柱状岩芯少见,多呈碎末状,取心困难,岩芯表面微裂隙发育,钻进过程中在机械扰动作用下沿微裂隙断开后,又在钻具中磨圆形成粗砂状岩粉,但岩芯裂面新鲜,其性脆易碎,岩芯RQD极低,地层透水率较低,微风化岩体纵波速度在3000m/s以上 ,整体性较好,满足坝基要求。

2.3 右坝肩

右岸发育Ⅰ～Ⅲ级阶地,自然边坡坡度30°～40°,属陡坡,自然边坡稳定,Ⅲ级阶地面均较平坦,阶面宽100～150m,表层为风积黄土、洪积粉土、碎石土,下部为冲积砂卵砾石,相对密度0.77～0.78,饱和直剪:摩擦角φ=36～38°。坡脚处堆积碎石土,厚3～5m左右。基岩强风化层厚度5～8m,节理裂隙发育,岩体破碎;弱风化层厚度为30m左右。相对不透水层 (q＜5Lu)基岩面以下埋深20～60m。

3 处理方案

3.1 大开挖方案

坝壳基础:在河床部位,开挖至粉土质砂层底部;左岸基岩裸露,清除表面松散体;右岸上、下游坝壳部位清除表层积黄土、洪积粉土、碎石土等。两岸开挖边坡1︰0.5～1︰1.25。

心墙基础:心墙基础需坐落在强风化层下限,心墙两侧上下游岩石开挖1︰0.5,砂砾石覆盖层开挖边坡1︰1.5。

反滤料及过渡料基础:同心墙基础。

在心墙底部浇筑50cm厚的混凝土盖板,并对心墙基础进行铺盖式固结灌浆,灌浆深度5～8m,孔、排距均为3m。

帷幕灌浆深度按进入基岩透水率q≤5Lu作为控制标准。帷幕灌浆为两排,河床段帷幕深度为40～56m,左岸为48～56m,右岸为30～50m。帷幕孔的孔、排距为2m。

两坝肩设灌浆平洞,按q≤5Lu的控制标准,左右岸平洞长度分别为30m、65m,设单排帷幕灌浆孔,孔距2m,孔深分别为30～50m、30m。

断层处理:对于建基面出露的节理裂隙、断层,均作断层影响带挖除,用混凝土塞回填处理,并加强固结灌浆。

3.2 振冲桩方案

仅坝壳基础处理方法不同,其它均同大开挖的处理方法。

坝壳基础:在河床部位,只清除覆盖层表面,清除深度1～2m。

在河床部位坝壳基础范围内,布置梅花型振冲碎石桩,间、排距3.0m,深度6.0m,使地基具有增密、排水减压等优点。

3.3 方案比选

(1)大开挖方案:安全、彻底,不留隐患,在以前的工程中大开挖方案积累了大量设计与施工的经验。该方案虽开挖工程量大,但随着大型土石方机械的使用,可加快施工速度,且该方案总造价较低,经济上占据优势。该方案主要缺点是土石方动迁量大,产生弃方较多。

(2)振冲碎石桩方案:使地基具有增密、排水减压、开挖量小等优点。但存在隐患,不能保证基础的渗透稳定;施工质量控制及质量检验要求高,振冲机械不易穿过上部砂砾石层。在设计与施工的技术和经验方面均存在制约瓶颈。

(3)经济比较 (以2008年第三季度作为材料价格水平年)。

大开挖方案:坝体造价23308(万元)。

振冲碎石桩方案:坝体造价23556(万元)。

通过上述比较,最终选择安全、可靠、经济的大开挖方案。

4 结 语

对水库坝肩松散体、坝基覆盖层挖除后再实施灌浆是水利水电工程广泛采用的一种地基处理措施,其目的是加固地基,使之起到防渗与岩体稳定的作用。通过该水库坝肩及坝基的处理,取得一些经验。

(1)灌浆施工时不断加强场地岸坡巡逻,以便及时发现问题 (如跑浆等),及时反馈并给予恰当处理。

(2)做好灌浆施工记录,加强资料的及时整理与分析工作,以确保不断改进施工工艺。