趙 妮

(新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

1 氣候特征

新疆位于亞歐大陸中部，地處中國(guó)西北邊陲，由于“三山兩盆”的地形地貌特征，具有海拔高、氣溫低、蒸發(fā)量大的特點(diǎn)，且氣溫日較差大，晝夜溫差大，光照時(shí)間長(zhǎng)，氣候變化明顯，北疆變化幅度比南疆大。根據(jù)新疆多年的氣溫資料，新疆最高和最低氣溫的變率冬季最大，且北疆要大于南疆。新疆大部分水庫(kù)屬山區(qū)水庫(kù)，存在冬季施工問(wèn)題，氣溫的變化對(duì)水利工程施工有著較大的影響，尤其對(duì)混凝土冬季施工影響較大。

2 水利工程地質(zhì)條件及特點(diǎn)

新疆處于印度板塊和歐亞板塊碰撞的前沿地帶。新疆山區(qū)地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，有五大地震帶，由北向南分別是阿爾泰地震帶、北天山地震帶、南天山地震帶、西昆侖山地震帶和阿爾金山地震帶。地震頻度高、震級(jí)大、范圍廣。不同地貌單元其巖性、結(jié)構(gòu)變化很大，大壩在選址時(shí)要充分考慮地形、地貌條件。新疆大部分水利工程位于高寒高海拔地區(qū)，存在強(qiáng)震、深厚覆蓋層、高陡邊坡等問(wèn)題，由于地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，在工程設(shè)計(jì)、水庫(kù)壩型選擇中存在諸多制約性因素，不同的氣候、地形地質(zhì)條件，壩體所在區(qū)域的穩(wěn)定性對(duì)于大壩設(shè)計(jì)、水庫(kù)壩型選擇及安全運(yùn)行有很重要的影響。

3 水庫(kù)大壩各壩型的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性

新疆在高寒高海拔地區(qū)、高地震區(qū)、深厚覆蓋層等特殊環(huán)境下的筑壩技術(shù)通過(guò)不斷的研究和創(chuàng)新，尤其是以混凝土面板堆石壩和瀝青混凝土心墻壩為代表的當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚玫搅撕芎玫膽?yīng)用，通常在設(shè)計(jì)中根據(jù)壩址地形、地質(zhì)條件和壩址區(qū)附近是否有筑壩材料，其儲(chǔ)量、質(zhì)量和開(kāi)采條件、運(yùn)輸條件分析，采用適合的壩型。為充分利用當(dāng)?shù)夭牧希Y(jié)合壩址所在地形、地質(zhì)條件，選擇瀝青混凝土心墻堆石壩、混凝土面板堆石壩和黏土心墻壩的工程居多，近年來(lái)，當(dāng)?shù)夭牧蠅卧谛陆驳玫搅藦V泛的應(yīng)用和發(fā)展。

3.1 黏土心墻壩

黏土心墻壩具有較好的抗震性、自愈性，當(dāng)壩址地震烈度較高，地基的預(yù)估沉陷量偏大，壩址附近有充足的砂礫料和黏性土料時(shí)采用這種壩型較為適宜。黏土心墻壩壩坡比均質(zhì)壩要陡，用滲透系數(shù)較低的黏性心墻或斜心墻防滲，心墻占總的體積比重不大。此類壩型在新疆高震區(qū)廣泛應(yīng)用，其中1993年修建的克孜爾水庫(kù)黏土心墻壩是國(guó)內(nèi)第一座建造活斷層上的水利樞紐工程，壩高44m，抗震設(shè)防烈度為8.5°；2006年在地震設(shè)防烈度為9°的地區(qū)建成的壩高108m的恰甫其海水利樞紐等工程經(jīng)過(guò)多次地震檢驗(yàn)，壩體均未發(fā)生裂縫和錯(cuò)動(dòng)變形，運(yùn)行狀況良好，說(shuō)明了黏土心墻壩良好的抗震性。

新疆黏土防滲土料按區(qū)域劃分，天山南北兩側(cè)以風(fēng)積黃土為主，塔里木盆地南緣一帶，基本以粉土為主，黏粒含量普遍較低。準(zhǔn)噶爾盆地北緣部分第三系地層發(fā)育地區(qū)，廣泛分布有黏粒含量較高的黏土，有的地區(qū)土料中蒙脫石含量較高，具有一定的分散性，防滲土料存在易開(kāi)裂、易沖蝕，抗震性能差，施工質(zhì)量難以控制等問(wèn)題，這些不良工程特性給大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程施工帶來(lái)一定的麻煩，在大壩設(shè)計(jì)、施工中應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施。

由于新疆北疆地區(qū)山區(qū)降雨量較多，有的工程土料天然含水量與最優(yōu)含水量差別較大，黏土心墻料施工需進(jìn)行土料制備，施工較麻煩，黏土心墻料碾壓時(shí)受氣候條件的影響較大。由于黏土心墻壩具有較好的抗震性、自愈性，在新疆地區(qū)應(yīng)用比較廣泛。

3.2 混凝土面板壩

混凝土面板壩的特點(diǎn)是壩坡的穩(wěn)定性好，壩坡坡腳大致與松散拋填堆石的自然休止角相當(dāng)，低于碾壓堆石的內(nèi)摩擦角。防滲面板設(shè)于堆石體的上游面，承受水壓力的性能好，壩體透水性好，幾乎不受滲透力的影響。施工導(dǎo)流與度汛方便。施工時(shí)受氣候條件的影響較小?；炷撩姘迳暗[石壩在運(yùn)行期面板防滲體在外側(cè)，面板及止水系統(tǒng)維修方便。但嚴(yán)寒地區(qū)面板受凍融影響，產(chǎn)生混凝土面板裂縫的工程也不少，嚴(yán)寒地區(qū)面板壩應(yīng)加強(qiáng)防凍措施。

新疆地區(qū)面板壩主要是利用天然砂礫石料或爆破堆石料填筑壩體，近30年來(lái)，面板壩在新疆地區(qū)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)完成的烏魯瓦提水利樞紐工程，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)在建的第二高的百米級(jí)混凝土面板壩，它率先利用天然砂礫石料進(jìn)行壩殼填筑，最大壩高133m，其河床覆蓋層深厚，河床中有一深槽，為減少壩基開(kāi)挖和壩體回填，對(duì)壩基覆蓋層的開(kāi)挖方式進(jìn)行了改良，僅挖除趾板、墊層區(qū)和過(guò)渡層區(qū)的覆蓋層，目前，該水庫(kù)運(yùn)行良好，已成為和田地區(qū)標(biāo)志性工程。

面板壩壩體具有良好的抗震性能，地震變形小，不因地震而產(chǎn)生孔隙水壓力；地震雖可能導(dǎo)致面板裂縫而引起壩體滲漏增加，但不致潰壩。由于變形小，在新疆高震區(qū)、深厚覆蓋層地質(zhì)條件下得到了良好的應(yīng)用。在建的大石峽水利樞紐，最大壩高251m，壩址區(qū)地震基本烈度為8°，大壩抗震設(shè)防烈度達(dá)9°；在建的玉龍喀什水利樞紐，最大壩高229.5m，工程區(qū)地震基本烈度為8°，大壩抗震設(shè)防烈度達(dá)9°，在國(guó)內(nèi)同類壩型屬首例；修建于深厚覆蓋層深度約100m，且壩址選擇在相對(duì)穩(wěn)定的鐵克里克斷塊上的阿爾塔什水利樞紐，最大壩高162.8m，壩址區(qū)地震基本烈度為8°，大壩抗震設(shè)防烈度達(dá)9°。由此可看出混凝土面板在高地震區(qū)、深厚覆蓋層地區(qū)得到了良好的應(yīng)用。

3.3 瀝青混凝土心墻壩

近年來(lái)瀝青混凝土心墻壩在新疆塔城、阿勒泰地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，該壩型受外界氣候及光照影響較小，幾乎不受酷暑及嚴(yán)寒冰凍的影響，瀝青混凝土的攤鋪、壓實(shí)較面板簡(jiǎn)單，與河床及兩岸混凝土底座易于連接，基礎(chǔ)處理及帷幕灌漿工作量較面板壩節(jié)省，施工期短，對(duì)壩體變形適應(yīng)能力強(qiáng)，且可以與圍堰結(jié)合。其抗震性能較優(yōu)。由于其受氣候變化影響較小，因此在新疆寒冷地區(qū)應(yīng)用比較廣泛。但其壩體工程量一般大于面板壩，施工有干擾，影響填筑速度。瀝青混凝土心墻壩由于心墻防滲體位于壩體內(nèi)部，心墻破壞時(shí)，不易發(fā)現(xiàn)且維修困難，檢查漏水及修理補(bǔ)強(qiáng)比較麻煩。

鑒于瀝青混凝土心墻壩對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)能力較強(qiáng)，在高震區(qū)、深厚覆蓋層及基巖條件較差的情況下應(yīng)用較多，2010年建成壩高78m的下坂地水庫(kù)處于高震、高海拔區(qū)，壩區(qū)抗震設(shè)防烈度為8°。壩基覆蓋層最大厚150m，工程區(qū)風(fēng)速大，晝夜溫差達(dá)20℃，為特殊環(huán)境下的瀝青混凝土施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

4 新疆水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)需考慮的若干因素

4.1 建筑物防冰凍措施

水工建筑物凍脹破壞的原因非常復(fù)雜，主要與土體的類型、水和溫度有關(guān)，還涉及設(shè)計(jì)、材料的應(yīng)用、施工和管理等各個(gè)方面，因此，要進(jìn)行有效的綜合措施，防患于未然。應(yīng)根據(jù)工程地點(diǎn)的氣象、冰情、工程地質(zhì)和凍土基本資料，并結(jié)合建筑物規(guī)模建筑材料以及同類建筑物抗冰凍經(jīng)驗(yàn)。

4.2 近壩庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定及處理

由于近壩庫(kù)岸邊坡距大壩等主要水工建筑物較近，它的失穩(wěn)會(huì)對(duì)相鄰的主要水工建筑物造成嚴(yán)重的影響，因此近壩庫(kù)岸邊坡一直是工程建設(shè)關(guān)注的重點(diǎn)和研究的熱點(diǎn)，對(duì)危及大壩、輸泄水建筑物及附屬設(shè)施安全的新老滑坡體或潛在滑坡體，應(yīng)根據(jù)表面位移、深層位移、裂縫開(kāi)合度等觀測(cè)資料，依空間和時(shí)程進(jìn)行整理，并與原因量(水庫(kù)水位、降水量及氣溫等)進(jìn)行相關(guān)分析，判斷其穩(wěn)定性。有條件時(shí)，應(yīng)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行安全監(jiān)控。

4.3 深厚覆蓋層防滲技術(shù)的研究

隨著防滲墻壩基技術(shù)的不斷成熟，新疆深厚覆蓋層處理工程不斷增加，深厚覆蓋層的滲流控制主要采取上游水平鋪蓋防滲和垂直防滲兩種方法，或者是將兩者結(jié)合。其中壩基垂直防滲處理措施主要有混凝土防滲墻、帷幕灌漿、防滲墻與帷幕灌漿相結(jié)合等方式。但對(duì)巨厚覆蓋層的處理及相關(guān)技術(shù)還需不斷研究。

4.4 大壩冬季施工技術(shù)

新疆水利工程施工具有典型的季節(jié)性，工程施工應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貧夂驅(qū)κ┕さ挠绊懀袝r(shí)候也要根據(jù)情況進(jìn)行冬季施工，但高寒地區(qū)冬季混凝土施工風(fēng)險(xiǎn)大。工程所在地氣溫低，晝夜溫差大，若沒(méi)有完善的冬季施工方法，混凝土極易受到凍害，會(huì)產(chǎn)生降低混凝土強(qiáng)度、出現(xiàn)混凝土裂縫、降低耐久性等質(zhì)量問(wèn)題，影響工程質(zhì)量和工期。因此制定完善的、適合項(xiàng)目冬季施工的措施需要不斷的探索和研究，以此縮短工程建設(shè)周期，確保項(xiàng)目保質(zhì)保量完成建設(shè)。

4.5 高邊坡處理措施

邊坡穩(wěn)定問(wèn)題是水利水電工程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。影響著工程的建設(shè)投資和安全運(yùn)行。高邊坡的地質(zhì)構(gòu)造往往比較復(fù)雜，影響滑坡的因素也很多，在針對(duì)不同工程時(shí)進(jìn)行高邊坡加固治理時(shí)，應(yīng)從引起高邊坡滑坡的原因入手，結(jié)合高邊坡的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，并預(yù)測(cè)高邊坡可能的破壞形式，然后結(jié)合工程特點(diǎn)，提出相應(yīng)的加固方案，最后綜合考慮施工方法和經(jīng)濟(jì)條件，選擇便于實(shí)施的加固治理方案。

4.6 防腐措施

根據(jù)新疆不少工程地下水試驗(yàn)資料，硫酸根含量較高，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具中～強(qiáng)腐蝕性。針對(duì)此類情況，經(jīng)驗(yàn)做法是采用抗硫酸鹽水泥，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)采取防腐措施。通?；炷粱镜姆栏胧┲饕刑砑拥V物質(zhì)粉末、改善施工工藝、采用纖維混凝土、對(duì)混凝土進(jìn)行表面處理等方法，以保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)新疆氣候變化大，冬季嚴(yán)寒，極端天氣對(duì)工程設(shè)計(jì)、壩型選擇產(chǎn)生影響。瀝青混凝土心墻處于壩體內(nèi)部，氣候條件對(duì)瀝青混凝土心墻壩的影響較小，而對(duì)混凝土面板壩影響較大。在新疆嚴(yán)寒地區(qū)，瀝青混凝土心墻壩可冬季施工，縮短總工期，按時(shí)發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，適于在嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)用。

(2)黏土心墻壩壩型可較好地解決大壩抗震和變形控制，在大壩地質(zhì)條件復(fù)雜、抗震設(shè)防高烈度區(qū)，選擇黏土心墻壩壩型較為安全。具有一定分散性的防滲土料在做好土料的反濾保護(hù)設(shè)計(jì)的情況下，作為防滲體是完全可行的。

(3)新疆率先采用天然砂礫石作為混凝土面板壩填筑材料，現(xiàn)已建成多座百米級(jí)高壩，混凝土面板堆石壩在嚴(yán)寒地區(qū)、深厚覆蓋層、高地震區(qū)均得到了較好的應(yīng)用，但在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、筑壩材料選擇、面板防裂抗裂、施工程序、壩體變形控制等方面仍需要不斷的創(chuàng)新和探索。

(4)針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)、復(fù)雜地形等特點(diǎn)，如何控制好瀝青混凝土心墻壩的應(yīng)力應(yīng)變、蓄水后的滲漏、高陡岸邊坡穩(wěn)定及瀝青混凝土的質(zhì)量和施工工藝等問(wèn)題，還需不斷的探索和研究。

(5)新疆水利工程施工具有典型的季節(jié)性，工程施工及工期安排應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貧夂驅(qū)κ┕さ挠绊?，要結(jié)合工程條件加強(qiáng)防冰凍措施研究。

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