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        不同地質(zhì)條件下壩址和壩型方案比選分析

        2020-01-01 02:34:44肖國鋒
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2019年6期

        肖國鋒

        (喀什宏途工程監(jiān)理有限公司,新疆 喀什 844000)

        選擇壩址時,首先評價各壩址的建壩條件,其中壩址的地質(zhì)條件是決定性的因素,直接影響壩址的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 因此,在壩址選擇階段[1],通過全面地質(zhì)勘察分析、比選,合理選定壩址、壩型,確保工程高效優(yōu)質(zhì)的施工建設(shè)[2-3]。 本文以新疆某水庫為研究對象,通過對地質(zhì)條件的分析,對壩址和壩型的選擇提出意見和建議。

        1 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

        1.1 地形地貌

        1.1.1 上庫段

        從庫尾至G13沖溝附近,長2.8km。 該庫段分YT河段和XMLK河段。

        (1)YT河段河谷呈“V”字型,河道相對狹窄,現(xiàn)代河床寬10~30m,兩岸基巖大部分裸露,岸坡陡峻,兩岸坡度55°~75°,局部近直立,河流下切,作用強(qiáng)烈,下切深度200~300m。

        (2)XMLK河段為YT河的支流,河流整體走向近東西向,河谷呈“V”字型,現(xiàn)代河床寬30~60m,兩岸基巖大部分裸露,多發(fā)育沖溝,沖溝走向與河流正交。

        1.1.2 下庫段

        (1)從G13沖溝至庫首,長2.0km,該段河谷走向由北西向(315°)轉(zhuǎn)近東西向,呈“V”字型,兩岸基巖局部裸露。 左岸較陡,自然坡度55°~70°,局部近直立;右岸較緩,坡度25°~30°。 河流下切深度150~200m。

        (2)兩岸斷續(xù)發(fā)育3級基座階地,I~Ⅲ級階地為殘留階地,且被采金擾動破壞。 該河段為斜向河谷,交角大多小于30°。 河谷兩岸沖溝發(fā)育,較大規(guī)模的沖溝有8條,其中左岸5條,右岸3條。

        1.2 地層巖性

        庫區(qū)內(nèi)出露有薊縣系、泥盆系和第四系地層,現(xiàn)分述如下。

        (1)薊縣系(Jx)。分布在YT河與XMLK河(以下簡稱兩河)匯合口以南1.5km的庫尾。 巖性以灰綠色、灰紫色千枚巖、變質(zhì)砂巖和凝灰角礫巖為主,巖層產(chǎn)狀80°~90°SE∠70°~80°。

        (2)泥盆系(D)。 僅出露泥盆系上統(tǒng)(D)地層,分布在除庫尾以外的庫段,是構(gòu)成庫壩區(qū)的主要地層,巖性為變質(zhì)混合巖、變質(zhì)砂巖變質(zhì)混合巖,灰白色、灰綠色,變晶結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造,產(chǎn)狀不明顯;變質(zhì)砂巖,紫紅色,變余砂質(zhì)結(jié)構(gòu),層理構(gòu)造,產(chǎn)狀:70°~80°SE∠70°~80°。

        (3)第四系。庫區(qū)出露第四系上更新統(tǒng)~全新統(tǒng)風(fēng)積、沖積及崩坡積等各種成因的地層,分布較為廣泛。

        1.3 地質(zhì)構(gòu)造

        庫內(nèi)巖層呈單一向南傾斜的單斜構(gòu)造,走向近東西,與區(qū)域構(gòu)造線方向一致,傾向南東或南西,傾角60°~80°。 庫區(qū)內(nèi)地層以泥盆系上統(tǒng)變質(zhì)混合巖、變質(zhì)砂巖為主,屬中硬巖,地層內(nèi)節(jié)理、裂隙及斷層發(fā)育。根據(jù)地質(zhì)測繪結(jié)果,水庫區(qū)主要發(fā)育近東西向斷層,規(guī)模較大的斷層有:f和F斷層,均為非活動性斷層,規(guī)模等級Ⅱ級。

        2 壩型地質(zhì)選擇

        2.1 壩線選擇

        本次勘察在確定的上壩址選擇了上、 下兩條壩線。 下壩線位于出山口上游直線距離6km處,上壩線位于下壩線上游0.3km處,均屬中山峽谷縱向河谷地形。 受壩址地形條件限制,壩線布置調(diào)整余地較小。本次對兩壩線進(jìn)行比較評價如下:

        (1)上壩線處兩岸不對稱,左岸基巖裸露,岸坡陡立,岸坡坡度70°~80°,坡高大于300m,屬超高陡峻邊坡,右岸發(fā)育有Ⅰ~Ⅲ級階地,岸坡較緩,基巖零星出露,覆蓋層厚度較大,兩岸均不利于樞紐布置。 下壩線兩岸不對稱,兩岸基巖大部分裸露,左岸岸坡較順直,利于樞紐布置,右岸較緩,覆蓋層厚度較小,有利于樞紐布置。從樞紐布置上比較,下壩線優(yōu)于上壩線。

        (2)上壩線壩基巖體左岸為變質(zhì)砂巖,右岸為變質(zhì)混合巖。 下壩線兩岸均為變質(zhì)混合巖。 上、下壩線壩基巖體均屬中硬巖,但變質(zhì)砂巖強(qiáng)度相對較低。兩壩線處風(fēng)化層厚及防滲處理深度大致相同。 從壩基巖體條件上比較,下壩線優(yōu)于上壩線。

        (3)上壩線左壩肩規(guī)模較大,斷裂f23近東西向從左岸穿壩肩通過,受f23影響左岸巖體破碎,完整性差,邊坡和防滲處理工程量大;右岸相對隔水層埋深較大,防滲處理深度和長度均較大。下壩線處無規(guī)模較大的斷裂通過。從邊坡和防滲處理工程量上比較,下壩線優(yōu)于上壩線。

        (4)上壩線左岸壩肩上方局部存在傾倒體,傾倒體方量2萬m3,左岸超高陡峻邊坡處理及壩肩上方傾倒體處理因難;右岸覆蓋層厚度大,清廢量較大,下壩線基巖大部分裸露,兩岸發(fā)育有不同程度的卸荷體,需進(jìn)行相應(yīng)的工程處理。 從施工難易程度上比較,下壩線優(yōu)于上壩線。

        (5)上、下兩壩線長度相近,下壩線基巖棵露,地形方面有利于其他水工建筑物的布置。 上壩線右岸坡較緩,其他水工建筑物的布置長度較長。從水工建筑物長短上比較,下壩線優(yōu)于上壩線。

        通過比較,下壩線的工程地質(zhì)條件優(yōu)于上壩線,建議選擇下壩線作為大壩壩線。

        2.2 壩型選擇

        本階段選擇混凝土面板壩、心墻壩兩種壩型,現(xiàn)從地震條件、抗震性能、地形條件樞紐布置(4)、壩基條件、防滲條件、邊坡開挖處理、天然建筑材料等方面比較如表1。

        表1 壩型條件對比

        通過表1可知,

        (1)址區(qū)相同地震基本烈度下,心墻壩抗震性能與面板壩相近。

        (2)兩岸地形不對稱,不利于面板壩(趾板線選線)布置,心墻壩影響較小。 兩岸高陡邊坡崩塌、掉塊對面板壩壩體安全影響較大,對心墻壩壩體安全影響相對較小。 從地形及壩體安全相比,心墻壩優(yōu)于面板壩。

        (3)基巖性均為泥盆系變質(zhì)混合巖,兩壩型壩基工程地質(zhì)條件相近。

        (4)面板壩沿趾板開挖寬度、深度較大,從壩基開挖工程量相比,心墻壩較優(yōu)。

        (5)面板壩趾板防滲線長,從防滲處理面積相比,心墻壩較優(yōu)。

        (6)面板壩趾板線長,從開挖邊坡工程量、防護(hù)、錨固及自然邊坡防護(hù)、 錨固處理面積相比,心墻壩較優(yōu)。

        (7)面板壩中的混凝土面板、防滲帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等需使用高抗硫酸水泥,從水泥使用方量和防腐工程量上相比,心墻壩較優(yōu)[5]。

        (8)心墻壩和面板壩選用的填筑料、混凝土骨料料場相同,儲量、質(zhì)量滿足技術(shù)要求,運(yùn)距相同。 面板壩對填筑料的單一性要求高,填筑碾壓質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)較高:心墻壩填筑料可分區(qū)設(shè)計使用,壩料使用種類相對較多(開挖回填料),填筑碾壓質(zhì)量易于控制,從填筑碾壓質(zhì)量控制和壩料使用要求上相比,心墻壩較優(yōu)。

        3 結(jié)語

        通過對瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩的壩型和地質(zhì)條件比較,面板壩趾板基礎(chǔ)開挖及邊坡處理工程量巨大,心墻壩優(yōu)勢明顯;從工程量、樞紐布置、壩型適應(yīng)性和施工難易程度等方面綜合評價比較,心墻壩較優(yōu),本工程選擇心墻壩作為大壩壩型。

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