李榮飛

(新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830002)

0 引言

哈密地區(qū)地處新疆自治區(qū)東部，與蒙古國(guó)接壤，氣候干旱少雨，目前該地區(qū)已經(jīng)成為新疆著名的煤炭、煤化工生產(chǎn)基地。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，區(qū)域內(nèi)水資源分布不均問(wèn)題日益凸顯，加快相關(guān)水利工程建設(shè)已經(jīng)成為促進(jìn)當(dāng)?shù)亍翱沙掷m(xù)發(fā)展”的重要基礎(chǔ)之一。

1 工程概況

“引額供水”工程位于新疆自治區(qū)北部，主要目的是從額爾齊斯河引水至克拉瑪依、烏魯木齊市經(jīng)濟(jì)區(qū)，其中二期輸水工程等別為Ⅰ等，規(guī)模為大(1)型工程，KMS水庫(kù)是該工程的重要組成部分。水庫(kù)位于新疆哈密地區(qū)巴里坤縣境內(nèi)，為注入式平原水庫(kù)，水庫(kù)四面筑壩而成，總庫(kù)容2 860萬(wàn)m3，正常蓄水位685.00 m。水庫(kù)由入庫(kù)建筑物、擋水大壩、供水兼退水建筑物、庫(kù)區(qū)外側(cè)防洪堤等組成，工程于2017年10月15日開(kāi)工建設(shè)，計(jì)劃2021年12月30日完工。以下主要對(duì)KMS水庫(kù)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

2 主要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 入庫(kù)建筑物設(shè)計(jì)

項(xiàng)目入庫(kù)建筑物由水庫(kù)上游分水口、供水方向檢修閘、入庫(kù)分水閘、箱涵、矩形槽、消力池、引水渠道、溢流池等組成，具體設(shè)計(jì)如下：①上游分水口為“Y”形，流向分別為水庫(kù)入庫(kù)分水閘和供水方向檢修閘，兩側(cè)分水角度均為45°。分水口軸線長(zhǎng)度12 m，為開(kāi)敞式混凝土結(jié)構(gòu)，分水口內(nèi)斷面尺寸為4.00 m×4.50 m(寬×高)，底板高程685.30 m。②在供水方向、入庫(kù)方向端部分別設(shè)計(jì)單孔檢修閘、單孔節(jié)制分水閘，孔口尺寸均為4.00 m×4.00 m(寬×高)，分別設(shè)計(jì)檢修門(mén)槽(平板閘門(mén))一道。兩類閘門(mén)底板高程均為685.30 m，閘頂平臺(tái)高程689.80 m。③入庫(kù)分水閘后接20.00 m漸變段暗涵與入庫(kù)暗涵相接，漸變段暗涵凈寬由4.00 m漸變?yōu)?.50 m，凈高由4.00 m漸變?yōu)?.50 m，縱坡設(shè)計(jì)為1∶500。入庫(kù)暗涵段總長(zhǎng)272 m，縱坡為1∶80，凈寬2.50 m，凈高2.50 m。

2.2 水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)

KMS水庫(kù)大壩形式為土工膜斜墻壩，全長(zhǎng)6 081.60 m，最大壩高18 m，頂寬8～10 m，設(shè)有2.20 m高“L”型鋼筋混凝土防浪墻，主要結(jié)構(gòu)包括：防滲斜墻、碎石墊層、壩殼、煙囪式排水體，具體設(shè)計(jì)如下：①大壩上游壩坡設(shè)計(jì)1∶2.50，結(jié)構(gòu)為0.25 m混凝土護(hù)坡；下游壩坡1∶2，結(jié)構(gòu)為0.07 m混凝土網(wǎng)格梁內(nèi)嵌預(yù)制混凝土塊護(hù)坡。②防滲體為土工膜(二布一膜)斜墻，采用高密度聚乙烯土工膜，膜厚0.80 mm，土工布采用長(zhǎng)纖針刺非織造布，布重200 g/m2。土工膜下方為5 cm厚M10砂漿墊層，再往下是法向垂直厚度為1.50 m碎石墊層，采用等厚度鋪設(shè)，壩體主要結(jié)構(gòu)剖面見(jiàn)下圖1示。③壩殼位于壩體碎石墊層下游，采用附近料場(chǎng)所產(chǎn)的含土角礫料填筑而成，具體粒徑范圍參數(shù)見(jiàn)下表1所示，壩殼料填筑標(biāo)準(zhǔn)采用壓實(shí)度控制，設(shè)計(jì)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)為P≥0.98。經(jīng)測(cè)定含土角礫料滲透系數(shù)為1.2×10-4～7.9×10-3cm/s，壩殼料滲透系數(shù)偏小。④為使?jié)B透水流順利排出壩體，在壩體內(nèi)部設(shè)置煙囪式排水體，豎向排水體水平寬度2 m，厚度1 m。水平向排水體按條帶鋪設(shè)，帶寬5 m，間距8 m，接入壩趾排水暗管。排水料選用爆破料制備，最大粒徑150 mm，5 mm以下的含量<15%，0.10 mm以下的含量<5%，滲透系數(shù)k≥10-2cm/s。⑤反濾料設(shè)計(jì)在排水體上、下位置，水平寬度1 m連續(xù)布置，上下厚度均為0.50 m，相對(duì)密度Dr≥0.80。反濾料1用于排水體與壩殼料及含土角礫地基接觸部位，采用C6料場(chǎng)全料進(jìn)行水洗除泥處理；反濾料2用于排水體與粘性土地基接觸部位，采用C6料場(chǎng)5 mm以下砂礫料水洗除泥處理。

圖1 庫(kù)木蘇水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)示意圖

表1 含土角礫料粒徑分布范圍表

2.3 庫(kù)盤(pán)工程設(shè)計(jì)

2.3.1 庫(kù)盤(pán)防滲設(shè)計(jì)

KMS水庫(kù)庫(kù)盤(pán)覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)～上更新統(tǒng)洪積含土角礫和低液限粘土，夾中-粉細(xì)砂和粉土層，全庫(kù)盤(pán)在30 m深度內(nèi)未形成連續(xù)、穩(wěn)定的天然防滲層，因此工程設(shè)計(jì)全庫(kù)盤(pán)防滲:①設(shè)計(jì)為庫(kù)盤(pán)開(kāi)挖后674 m高程以下深水區(qū)防滲材料采用膜厚0.80 mm復(fù)合土工膜(一布一膜+一布，布重200 g/m2+300 g/m2)，674 m高程以上淺水區(qū)防滲材料采用膜厚0.60 mm復(fù)合土工膜(布重200 g/m2+200 g/m2)。②土工膜之上鋪設(shè)0.50 m厚的粘土、粉土保護(hù)層，保護(hù)層上部再鋪設(shè)0.50 m蓋重料，為水庫(kù)開(kāi)挖料即可，但要求土工膜保護(hù)層及蓋重區(qū)均應(yīng)不含清基料、有機(jī)質(zhì)、高含鹽土料。

2.3.2 庫(kù)盤(pán)其他設(shè)施設(shè)計(jì)

庫(kù)盤(pán)其他設(shè)施包括地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)孔、排水排氣管等，具體設(shè)計(jì)如下：①工程共設(shè)計(jì)6個(gè)地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)孔，結(jié)合水文資料，庫(kù)區(qū)粘性土基地下水位變幅一般在30 cm以內(nèi)。經(jīng)觀測(cè)：庫(kù)區(qū)地下水位最大處在西南角，埋深8.75 m。水庫(kù)地下水埋深最淺處在東壩段，埋深2.30～4.20 m。②工程在土工膜下設(shè)置縱橫交織的中砂盲溝，尺寸300 mm×400 mm，間距30～50 m，內(nèi)埋直徑100 mm軟式透水支管。支管滲水匯入直徑200 mm干管，干管匯入供水兼退水建筑物。排氣管沿大壩上游坡面將氣體排到壩頂以上。

2.4 供水兼退水建筑物設(shè)計(jì)

KMS水庫(kù)供水兼退水建筑物位于東壩段，由閘前進(jìn)水口、供水兼退水閘、閘后壩下雙孔拱形埋涵、供水壓力鋼管、流量計(jì)閥井、埋涵退水孔口后的矩形明槽、消力池、退水明渠等部分組成:①供水兼退水閘為岸塔式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘井由事故檢修門(mén)井段和工作門(mén)井段組成，事故檢修門(mén)為潛孔式平板門(mén)，兩孔兩扇，尺寸均為3.50 m×4.00 m(寬×高)。退水孔口工作門(mén)為潛孔式弧門(mén)，尺寸3.50 m×3.00 m(寬×高)。②埋涵供水孔口內(nèi)布置壓力供水鋼管，管首部與閘井供水孔口內(nèi)的外包混凝土鋼管段(長(zhǎng)10.29 m)相連接，鋼管總長(zhǎng)143.30 m，采用Q235C有壓涂塑鋼管，管徑2 600 mm，壁厚16 mm。該段管線上布置兩處DN2600波紋伸縮節(jié)，管軸縱坡同埋涵底坡均為1/100，鋼管通過(guò)支撐環(huán)和支墩與埋涵底板相連接。支撐環(huán)采用Q235C鋼材，沿水流方向間距7 m，座落于底部支墩，支墩采用C25鋼筋混凝土澆筑。埋涵外部鋼管長(zhǎng)43.02 m，分為鎮(zhèn)墩內(nèi)和直埋兩段，管線末端設(shè)一處計(jì)量閥井，閥井內(nèi)設(shè)置一個(gè)八聲道超聲波流量計(jì)，并在流量計(jì)上游主管上設(shè)一處DN700進(jìn)人孔。③供水兼退水閘井及壩下埋涵基礎(chǔ)處理采用正方形砂井預(yù)壓方案，砂井間距2 m，井徑0.30 m，砂井深度25 m。砂井完成后對(duì)閘井和埋涵基礎(chǔ)開(kāi)挖換填，開(kāi)挖深度6.30 m，開(kāi)挖邊坡壩軸線方向1∶10，上下游方向1∶4，開(kāi)挖完成后依次鋪設(shè)0.30 m厚反濾層、3.50 m厚碎石墊層，碎石墊層內(nèi)布設(shè)鋼塑復(fù)合加筋土工格柵。④退水埋涵后接20 m矩形明槽，明槽斷面尺寸3.50 m×3.00 m(寬×高)，底坡1/100。明槽后接44 m消力池，消力池后為15 m長(zhǎng)現(xiàn)澆混凝土漸變段，漸變段后接1 000 m現(xiàn)澆混凝土襯砌渠道，渠底寬6 m，渠深3 m，邊坡1∶2.50，縱坡1∶500，之后接20 m漸變段，再接30 m格賓網(wǎng)石墊渠道作為防沖刷措施。其余為開(kāi)挖土渠段，渠道底寬15 m，邊坡1∶3，長(zhǎng)度為2 031 m，退水至庫(kù)區(qū)東側(cè)洼地。

3 結(jié)語(yǔ)

KMS水庫(kù)大壩作為“引額供水”二期的重要組成部分，具有規(guī)模大、包含建筑物多、技術(shù)水平要求高等突出特點(diǎn)，由于項(xiàng)目距離大城市較遠(yuǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了“因地制宜”，盡量讓建筑材料供應(yīng)問(wèn)題能夠就近解決，大大降低了運(yùn)輸成本。工程各部分參數(shù)也充分結(jié)合了其他工程經(jīng)驗(yàn)，這樣會(huì)顯著降低設(shè)計(jì)和施工難度，不過(guò)在實(shí)際操作過(guò)程中還是遇到了諸如地下水位較高、極端氣候等問(wèn)題，這也反映了前期準(zhǔn)備不足。