新疆塔什庫(kù)爾干河下坂地水利樞紐工程三維變形分析

下坂地水庫(kù)工程位于新疆塔里木河上萬(wàn)爾茨河的主要支流塔什庫(kù)爾干河的下游，是該河梯度開(kāi)發(fā)的主水庫(kù)。樞紐工程地處喀什地區(qū)塔什庫(kù)爾干塔吉克自治縣班迪爾鄉(xiāng)境內(nèi),距喀什市315km,距塔什庫(kù)爾干塔吉克自治縣45km,距葉爾蕪河干流控制斷面渠首190km。該樞紐建筑物由攔河壩、導(dǎo)流泄洪洞、引水發(fā)電系統(tǒng)和電站廠房4部分組成導(dǎo)流泄洪洞布置在大壩右岸,采用表孔側(cè)槽溢洪洞和底孔導(dǎo)流泄洪洞兩洞合一的布置形式,總長(zhǎng)1428m;引水發(fā)電洞布置在大壩左岸,全長(zhǎng)4.6km,洞徑5.2m;電站廠房為地下廠房,電站裝機(jī)150MW。下坂地水利樞紐工程屬Ⅱ等大型工程。工程所在地海拔高程接近3000m,多年平均氣溫3.4℃,極端最低氣溫–39.1℃,壩址區(qū)地震基本烈度為8度,工程建設(shè)條件相對(duì)比較惡劣。樞紐大壩壩基覆蓋層最深達(dá)147.95m,且壩基覆蓋層夾有砂層透鏡體、大孤石及孤石相互架空等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。工程深厚覆蓋層處理和施工質(zhì)量控制是工程建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題之一,給設(shè)計(jì)及施工帶來(lái)很大挑戰(zhàn)1壩基廊道滲流場(chǎng)(1)滲水情況:當(dāng)水庫(kù)水位在2915m高程以下時(shí),廊道頂表現(xiàn)為滴水;當(dāng)水庫(kù)水位高于2936m時(shí),廊道側(cè)壁出現(xiàn)集中滲水。(2)壩基廊道右端,壩軸線樁號(hào)約為0+370m處,壩基廊道的底板下有一豎井,蓄水運(yùn)行以來(lái),豎井內(nèi)水位基本保持在2893m高程。(3)壩基廊道頂拱上游側(cè)設(shè)有?80排水孔,排水孔間距2m,滲水只發(fā)生在樁號(hào)0+384m處(壩基廊道與交通洞在右岸坡接合處)。河床部位廊道上游面干燥無(wú)水。2走廊洪水通道分析2.1岸坡截面的非均勻沉降壩址區(qū)河谷深切,岸坡陡峭。瀝青混凝土心墻岸坡接觸面(建基面)左岸坡比1∶0.92,右岸坡比1∶0.35。岸坡陡峭的條件下,在岸坡建基面附近易出現(xiàn)非均勻沉降,造成剪切變形帶。岸坡陡,剪切帶相對(duì)較窄,導(dǎo)致廊道襯砌在右岸建基面變形集中,即在巖體與壩體交界處變形;左岸廊道襯砌存在3~4個(gè)變形縫,單個(gè)變形縫變形量相對(duì)較小。2.2土壤壓縮特征右岸瀝青混凝土心墻基座變形觀測(cè)設(shè)有5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示變形類型為壓剪變形,最大剪切位移2.37mm。分析認(rèn)為:瀝青混凝土為塑性材料,一般情況下其變形量不足以引起剪切破壞。從漏水現(xiàn)象判斷,當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到2941.75m高程時(shí),心墻上下游側(cè)的測(cè)壓管顯示水位差約40m。從當(dāng)時(shí)觀察情況看,廊道集中漏水點(diǎn)約5L/s以內(nèi),未發(fā)現(xiàn)壩下顆粒流失。從滲漏水壓力上判斷,水庫(kù)水位2930m附近,距廊道底板高差約30m,廊道出水點(diǎn)壓力約2~3m水頭。以上分析認(rèn)為,目前心墻仍處于正常運(yùn)行狀態(tài)。3水庫(kù)基礎(chǔ)和走廊保護(hù)處理方法3.1邊坡下接砂石本工程壩基防滲處理釆用全斷面垂直防滲方案,沿大壩軸線防滲系統(tǒng)設(shè)計(jì)依次為:左岸2961m高程平洞內(nèi)基巖灌漿段(壩0–140.00~壩0+000.00),左岸坡基巖帷幕灌漿段(壩0+000.00~壩0+056.00),河床防滲墻下接砂礫石帷幕灌漿段(壩0+056.00~壩0+378.00),右岸坡基巖灌漿段(壩0+378.00~壩0+406.00)和右岸2966高程平洞內(nèi)基巖灌漿段(壩0+406.00~壩0+536.00)。3.2及左、近自然平洞及東南角灌漿段左岸基巖灌漿包括平洞內(nèi)基巖灌漿段(壩0–140.00~壩0+000.00)及左岸坡基巖帷幕灌漿段(壩0+000.00~壩0+056.00),分別在左岸2900m髙程灌漿平洞,左岸2961m高程平洞及左岸坡進(jìn)行。上下平洞灌漿釆用搭接帷幕封閉,設(shè)3排帷幕,排距1m,灌漿孔距2m。3.3岸坡段混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度河床深覆蓋層防滲起止樁號(hào)為壩0+056.00~壩0+378.00,采用防滲墻下接砂礫石帷幕灌漿防滲。防滲墻底高程2812m,左岸墻頂髙程為2902m,右岸墻頂髙程為2888m,墻厚lm,岸坡段防滲墻混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30,R180不小于35MPa,抗?jié)B等級(jí)為W10;深槽段墻體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20,R180不小于25MPa,抗?jié)B等級(jí)為W10,防滲墻向兩岸嵌入基巖lm,頂部通過(guò)心墻基座與瀝青混凝土心墻相接。防滲墻下部為4排砂礫石帷幕灌漿,灌漿材料采用水泥粘土漿,水泥粘土比不小于0.6∶1,砂礫石帷幕灌漿的控制標(biāo)準(zhǔn)為k不大于103.4基巖灌漿灌漿右岸岸坡較陡,坡面開(kāi)挖坡比為1∶0.35。結(jié)合瀝青混凝土心墻基礎(chǔ)開(kāi)挖斷面形狀,在開(kāi)挖坡面設(shè)置C25鋼筋混凝土倒梯形蓋板,蓋板厚(倒梯形斷面高度)lm,蓋板作為瀝青混凝土心墻基礎(chǔ),同時(shí)又作為岸坡基巖灌漿的蓋重板,蓋板下基巖布設(shè)垂直坡面的?25錨桿,單根長(zhǎng)4.5m,與蓋板鋼筋相連接。岸坡段基巖灌漿帷幕軸線與大壩瀝青混凝土心墻軸線重合,岸坡段基巖灌漿起止樁號(hào)為壩0+378.00~0+406.00,采用單排帷幕灌漿,帷幕兩側(cè)各設(shè)一排固結(jié)灌漿孔,垂直伸入基巖面內(nèi),水平孔距2.0m,孔深15m。帷幕灌漿孔灌漿孔為垂直孔,孔距2m,孔深49~110m,基巖帷幕灌漿后透水率不大于5Lu。3.5廊道底板設(shè)置在壩基部位防滲墻的下游側(cè)設(shè)置灌漿、檢測(cè)廊道。廊道凈尺寸為3.5m×5m的圓拱直墻形斷面,廊道壁厚1m,底板厚1.2m,瀝青馬蹄脂涂層厚2cm,混凝土防滲墻厚1.0cm,厚10mm高密低發(fā)泡聚乙烯泡沫板,排水孔間距2m(圖1)。為適應(yīng)壩基固結(jié)沉降變形,廊道底板設(shè)置為拋物線形,左岸廊道底板高程2899.47m,右岸廊道底板高程2896.16m,廊道分段在河谷中部為10m,在兩岸部位分段長(zhǎng)度5m。廊道分段之間設(shè)2cm寬變形縫,縫間夾651橡膠止水帶,填塞高密度聚乙烯泡沫板4走廊破裂的原因分析4.1滲流及滲流效果分析(1)垂直鉆孔帷幕灌漿對(duì)斷層和陡傾角裂隙封堵不嚴(yán);(2)右岸防滲帷幕底邊界深度不夠,存在繞滲缺口;(3)右岸陡坡與混凝土蓋板之間可能存在裂縫。右岸瀝青心墻混凝土蓋板與陡立岸坡采用剛性連接,防滲墻體向下游和垂直沉降二者作用下產(chǎn)生的合成位移(張拉),導(dǎo)致蓋板與基巖岸坡“脫離張開(kāi)”產(chǎn)生滲水通道,因?yàn)檫@種作用下蓋板與基巖岸坡接觸部位滲徑最短,比較容易產(chǎn)生縫間滲流;(4)繞壩滲漏影響分析與地質(zhì)建議:右岸岸坡繞壩滲漏問(wèn)題實(shí)際情況是不可避免的,但此位置的滲漏量目前沒(méi)有進(jìn)行可靠監(jiān)測(cè),資料不全,且下板地工程目前尚未經(jīng)受2960m正常高水位的實(shí)踐檢驗(yàn)。地質(zhì)部門(mén)建議,現(xiàn)階段應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)預(yù)測(cè),要特別關(guān)注繞壩滲流作用下右岸下游邊坡的穩(wěn)定性,監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)越豐富越好。當(dāng)滲漏量不能接受或可能產(chǎn)生滲透破壞時(shí),應(yīng)考慮工程處理措施,即對(duì)以上可疑滲漏區(qū)段實(shí)施封堵;(5)大壩瀝青混凝土心墻防滲效果良好,且瀝青混凝土塑性良好(6)右岸心墻下游廊道內(nèi)施工豎井水位基本穩(wěn)定,而且水位較低,約2893m,因此分析基礎(chǔ)混凝土防滲墻防滲效果基本可靠;(7)瀝青混凝土心墻與岸坡部位因?yàn)r青混凝土心墻采用放大斷面進(jìn)行處理,從監(jiān)測(cè)結(jié)果看主要以擠壓變形為主,且沿混凝土蓋板面的剪切變形較小,說(shuō)明心墻與基礎(chǔ)混凝土結(jié)合緊密,不應(yīng)產(chǎn)生滲水通道。4.2廊道開(kāi)裂及滲流溝存在變形(1)本工程右岸壩基砂層較厚,砂層較松散,其相對(duì)密度為0.73,而左岸壩基砂礫石層相對(duì)密度均在0.75以上,加之大壩右岸建基面高程較左岸低。雖然對(duì)右岸壩基砂層進(jìn)行了擠密處理,但大壩右岸基礎(chǔ)沉降量仍比左岸大;(2)本段廊道0+384端嵌入基巖,而0+375.5端位于壩基填筑料上。隨著大壩填筑完成及水庫(kù)蓄水位上升,在壩體沉降過(guò)程中,廊道0+375.5端受到豎向及上游方向荷載加劇,該部位受到彎剪作用加大。從廊道開(kāi)裂情況監(jiān)測(cè)資料看,樁號(hào)0+378壩下10處壩基累計(jì)沉降量為38mm,向下游的撓度約為20mm。廊道豎向錯(cuò)臺(tái)高15cm,廊道相對(duì)于交通洞向下游位移1.32cm,說(shuō)明隨著壩體沉降過(guò)程延續(xù),上部及上游荷載越來(lái)越多地集中在廊道上;(3)該段廊道處于基巖灌漿洞與壩基覆蓋層分界點(diǎn),應(yīng)縮短廊道分段長(zhǎng)度,增加變形縫,以適應(yīng)該部位不均勻變形,設(shè)計(jì)該段廊道分段長(zhǎng)5m;(4)廊道0+384處變形縫設(shè)計(jì)寬2cm,到目前為止,監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,變形縫寬5cm,豎向相對(duì)錯(cuò)位15cm,由于變形縫變形過(guò)大導(dǎo)致止水拉裂。通過(guò)以上分析可知,下坂地水利樞紐壩體廊道滲水主要是由地質(zhì)條件原因和廊道開(kāi)裂引起的。0+384處為廊道與岸邊交通洞結(jié)合部位,該部位為基巖與壩基