龔 程

(新疆博州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,新疆 博樂 841000)

1 前 言

恰拉水庫位于新疆天山南麓塔里木盆地東北邊緣、塔里木河下游“綠色走廊”上段恰拉區(qū)域、巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣境內(nèi)。根據(jù)國務(wù)院批準(zhǔn)的《塔河流域近期綜合治理規(guī)劃報(bào)告》,為恢復(fù)塔里木河下游綠色走廊,使大西海子以下塔里木河干流恢復(fù)徑流,確定廢棄大西海子水庫。恰拉水庫改擴(kuò)建工程的任務(wù)是在大西海子水庫退出農(nóng)業(yè)灌溉功能后,灌區(qū)用水完全由恰拉水庫調(diào)節(jié),提高下游灌區(qū)水庫利用率,保證向塔里木河下游生態(tài)輸水通道暢通,改善下游生態(tài)環(huán)境,保護(hù)及恢復(fù)塔里木河下游“綠色走廊”。

恰拉水庫為大(二)型平原灌注式水庫,于 1958年動(dòng)工興建,1967年基本建成,以后逐漸配套。水庫由進(jìn)水樞紐、土石壩和放水涵洞三部分組成。水庫設(shè)計(jì)水位 875.00m,相應(yīng)水面面積 46km2,庫容1.38億 m3,庫盤面積 54.8km2;死水位 869.75m,死庫容 0.08億 m3。水庫利用率 54%。

根據(jù)水庫水利調(diào)節(jié)計(jì)算,恰拉水庫改擴(kuò)建工程完成后,大壩壩頂寬 3m,上、下游護(hù)坡坡比均為 1∶2.5。水庫設(shè)計(jì)庫容 16140.96萬 m3,相應(yīng)水位875.00m,相應(yīng)水面面積 47.80km2;死水位870.20m,死庫容 0.095億 m3。興利庫容 1.519億m3,水庫利用率 76.2%。

2 壩體護(hù)坡設(shè)計(jì)問題的提出

2.1 氣象因素

恰拉水庫主要存蓄冬季閑水,運(yùn)行方式為 11月開始蓄水,至次年 3月初將水庫蓄滿。因此,壩體設(shè)計(jì)必須考慮大風(fēng)對(duì)壩坡的淘刷、冬季凍脹及冰對(duì)壩坡的破壞等因素。

水庫庫區(qū)氣候?qū)贅O端干旱的大陸性氣候,多年平均降水量 21.5mm,多年平均蒸發(fā)量 2680mm;多年平均氣溫 10.6℃,年極端最高氣溫達(dá) 42.2℃;年極端最低氣溫為 -30.9℃,最冷月平均氣溫為 -10.6℃;最大凍土深度為 0.8m。

庫區(qū)大風(fēng)天氣為春季 3～6月和秋季 10～11月,最大陣風(fēng)風(fēng)速 20m/s,水庫壩坡將因受風(fēng)浪淘刷破壞。水庫冰害狀況為:一般年份水庫 12月初開始結(jié)冰,冰層較薄,為 5～6cm。元月初封凍,2月底至3月初解凍,最大冰厚 40cm。根據(jù)觀察和分析,元月中旬至 2月底,冰對(duì)護(hù)坡產(chǎn)生冰拔破壞。2月中旬至 3月初氣溫漸高,冰膨脹推力對(duì)護(hù)坡產(chǎn)生冰推破壞,且破壞力最大。

2.2 水庫水位變化因素

水庫調(diào)度運(yùn)行方式?jīng)Q定水庫水位漲幅情況。由于恰拉水庫庫盤面積和水面面積均較大,壩體設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)明確大風(fēng)天氣時(shí)風(fēng)浪淘刷區(qū)域和冰對(duì)壩坡的作用區(qū)域。根據(jù)水庫改擴(kuò)建后水土平衡調(diào)節(jié)計(jì)算,1月中旬至 7月下旬,水庫均處于高水位期,庫水位變幅在 873.00～875.00m,日漲幅為 2～4cm,在此漲幅條件下,冰面極易粘接在護(hù)披面上,冰對(duì)護(hù)坡的破壞力較大。

綜上所述,根據(jù)氣象及水庫水位變化因素,護(hù)披受冰推、冰拔破壞較重區(qū)域?qū)?yīng)水位為 873.00～875.00m。該部分護(hù)坡應(yīng)具有抵抗冰推、冰拔破壞的能力,設(shè)計(jì)水位 875.00m以上超高部分需具有抵抗風(fēng)浪和削減風(fēng)浪爬高的能力。為此,從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)綜合考慮,壩體護(hù)坡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是:(1)防止凍脹破壞;(2)防止冰推破壞;(3)護(hù)坡浪淘破壞。

3 壩體護(hù)坡設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

恰拉水庫庫區(qū)大風(fēng)天氣較多,水面較大,必須進(jìn)行護(hù)坡。上游護(hù)坡常采用的形式有堆石、干砌石、漿砌石、混凝土板等。護(hù)坡設(shè)計(jì)時(shí)從經(jīng)濟(jì)實(shí)用考慮,對(duì)護(hù)坡面所起作用和受力區(qū)域進(jìn)行了分區(qū),對(duì) 3～6月份大風(fēng)季節(jié)時(shí)水位以上護(hù)坡選擇干砌石、預(yù)制混凝土加糙板、現(xiàn)澆混凝土板進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)的比較;對(duì)冬季冰作用區(qū)域選擇鋼筋混凝土板和漿砌石進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較;對(duì)冬季水下部分護(hù)坡選擇干砌石、預(yù)制混凝土板、現(xiàn)澆混凝上板進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。

對(duì)于堆石護(hù)坡這種抗冰推破壞較好的柔性結(jié)構(gòu),因運(yùn)輸量和工程量較大、造價(jià)較高而首先被排除,其它形式經(jīng)比較后,超高部分選擇干砌塊石和預(yù)制混凝土加糙板護(hù)坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行削減風(fēng)浪;抗冰推區(qū)域(873.00～875.00m),因受冰推、冰拔的拉力作用,必須保持壩坡的整體性,從壩坡整體抵抗冰推、日后維護(hù)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)等方面綜合考慮,選擇鋼筋混凝土板護(hù)坡結(jié)構(gòu)。為保持壩坡穩(wěn)定,增大冰推抵抗力,減少板厚,采用在板底設(shè)置齒墻,齒墻深 1m。護(hù)披混凝土板厚 20cm。冬季水下部分護(hù)坡為抵抗風(fēng)浪,選擇現(xiàn)澆混凝土板結(jié)構(gòu)。

護(hù)坡結(jié)構(gòu)尺寸須滿足自身穩(wěn)定性、堅(jiān)固性的要求。與此同時(shí),對(duì)護(hù)坡防凍脹進(jìn)行了風(fēng)積砂換填法和苯板保溫法比較后,選擇苯板保溫作為護(hù)坡防凍脹措施,通過計(jì)算,苯板厚 6cm。

4 壩體護(hù)坡工程設(shè)計(jì)

綜上所述,壩體護(hù)坡根據(jù)壩體現(xiàn)狀分壩段進(jìn)行設(shè)計(jì),壩體共分為 A壩、B壩、C壩與 D壩 4段,其中:A壩段(老壩加高加固)長(zhǎng) 13.612km,B壩段(新筑壩)長(zhǎng) 7.25km,C壩段(砂梁加高培厚)長(zhǎng)2.75km,D壩段(老壩加高加固和部分截淺灘新筑壩)長(zhǎng) 3.655km;A壩段與 C壩段護(hù)坡型式相同。

4.1 A壩段護(hù)坡工程設(shè)計(jì)

由于 A壩段是利用老壩加高壩段,填筑標(biāo)準(zhǔn)低,采用在迎水坡側(cè)填筑加高壩體,因壩不高,護(hù)坡區(qū)域分為兩段,即超高削減風(fēng)浪區(qū)域和抗冰推區(qū)域。對(duì)于抗冰推區(qū)域,采用鋼筋混凝土槽型板;對(duì)于超高削減風(fēng)浪區(qū)域,采用預(yù)制混凝土加糙板與干砌石進(jìn)行綜合比較(見表1)。

表1 A壩段超高部分護(hù)坡工程量與工程投資對(duì)比

通過投資比較,最終選擇干砌石作為 A壩段超高部分護(hù)坡。

4.2 B壩段護(hù)坡工程設(shè)計(jì)

由于 B壩段是新筑壩段且壩體相對(duì)較高,故將護(hù)坡區(qū)域分為三段,即超高削減風(fēng)浪區(qū)域、抗冰推冰拔區(qū)域、水下防淘刷區(qū)域。對(duì)護(hù)坡下部即水下防淘刷區(qū)域,選擇現(xiàn)澆混凝土板與預(yù)制混凝土板進(jìn)行比較;對(duì)護(hù)坡中部即抗冰推冰拔區(qū)域,采用鋼筋混凝土槽型板;對(duì)護(hù)坡上部即超高削減風(fēng)浪區(qū)域,采用預(yù)制混凝土加糙板與干砌石進(jìn)行比較(詳見表2、3)。

表2 B壩段超高部分護(hù)坡工程量與工程投資對(duì)比

投資比較采用單位米工程量計(jì)算比較。由于該段為主壩區(qū),考慮美觀因素并且由于兩種護(hù)坡型式造價(jià)相差不大,故最終確定超高部分采用預(yù)制混凝土加糙板護(hù)坡。

通過投資比較,最終選擇現(xiàn)澆混凝土板作為B壩段下部護(hù)坡,干砌石作為 B壩段超高部分護(hù)坡。

4.3 D壩段護(hù)坡工程設(shè)計(jì)

D壩段為老壩加高加固和部分截淺灘新筑壩段,選擇表4形式進(jìn)行護(hù)坡比較。

表4表明,兩種護(hù)坡型式造價(jià)相差不大?？紤]到在抵抗風(fēng)浪淘刷和冰推破壞方面,采用上部干砌石、下部鋼筋混凝土護(hù)坡較好,故最終被采用。

表3 B壩段下部護(hù)坡工程量與工程投資對(duì)比(單位米工程量)

表4 D壩段護(hù)坡工程量與工程投資對(duì)比

5 結(jié)束語

在恰拉水庫改擴(kuò)建工程壩體護(hù)坡設(shè)計(jì)過程中,綜合考慮了實(shí)際的氣候、水庫運(yùn)行方式等因素,將壩體護(hù)坡設(shè)計(jì)根據(jù)外界作用條件的不同而采取分區(qū)設(shè)計(jì),達(dá)到了技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的有效結(jié)合,打破了傳統(tǒng)的壩體護(hù)坡結(jié)構(gòu)單一的模式。

[1]新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)二師勘測(cè)設(shè)計(jì)院.恰拉水庫改擴(kuò)建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2002.