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      呼和浩特紅吉水庫工程壩基防滲墻設計研究
      發布時間:2017-05-19

      摘要

        1、工程簡介

        擬建的紅吉水庫工程主要任務是以城市供水為主,兼顧農業灌溉、生態建設及旅游等綜合利用。紅吉水庫總庫容為 2. 5 億 m3,為大( 2) 型水庫。

        根據呼和浩特市中心城區規劃,市區 2020 年和2030 年缺水量分別為 1 856 萬 m3和5 000 萬 m3,通過興建紅吉水庫與地下水聯合調度,多年平均可為呼和浩特市供水 2 000 萬 m3/ a; 多年平均為下游灌區提供灌溉用水 622. 2 萬 m3/ a。紅吉水庫建成后,其美麗的湖光山色必然會帶動地方旅游業的進一步發展。

        紅吉水庫為粘土心墻砂礫石壩,由于水庫地處 8度地震區,因此,對基礎的穩定性要求非常高。水庫下游又靠近自治區首府呼和浩特市,大壩的安全顯得尤為重要,而基礎的合理設計對于工程的安全又是重中之重。經過分析比較,針對壩基的地質情況,對本工程大壩的基礎進行了詳細的設計。

        2、壩基防滲設計

        2. 1、處理方案選擇

        2. 1. 1、壩基清理

        根據地勘報告的描述,主河床漫灘表層分布約0. 3 ~ 0. 5 m 厚洪水淤積的粉細砂層,局部較厚,階地部分表層含有大量的植物根系。這些土質均不能作為壩基,應清除,本次設計清基深度為0. 8 ~1. 2 m,壩基座落在清基后的砂礫石層上。

        2. 1. 2、壩基覆蓋層處理

        ( 1) 根據勘察資料,壩基覆蓋層主要為顆粒粗大的砂礫卵石,厚度為 7. 8 ~ 41. 9 m,滲透性大,且層間沒有連續穩定的隔水層。為了保證水庫的正常運行,本次設計對壩基全部覆蓋層采取防滲處理措施,以解決滲透穩定及滲漏損失問題。

        ( 2) 處理方案的比較與選擇。根據壩址區松散地層的分布及結構,結合目前國內深厚砂礫石基礎防滲處理技術的發展水平及類似工程的經驗,本階段選擇了 2 種處理方案: 混凝土防滲墻和帷幕灌漿比較,以確定經濟合理的防滲處理方法。混凝土防滲墻方案。混凝土防滲墻中心線在壩軸線上游側,相距 2. 5 m,墻底深入巖石 1. 0 m,墻厚為0. 8 m。帷幕灌漿方案。首先要進行砂礫石覆蓋層可灌性分析。

        可灌比判別: 根據覆蓋層的顆分資料,若灌漿材料選用普通硅酸鹽水泥則地層的可灌比為: M = 2. 1。由可灌比 M 可知,上述地層若選用普通硅酸鹽水泥作為灌漿材料,地層可灌性極差,不能達到有效灌漿的目的。而粘土的顆粒很細,其 d85 一般可達到 0. 02 mm,因此對同樣的砂礫層,如果采用粘土漿,其可灌比為:M = 8。

        由此可見,如采用純粘土漿,灌注比僅為 8,也不滿足規范的要求,而規范要求對砂礫層進行帷幕灌漿不能單純用粘土漿,需要用水泥粘土漿,這樣水泥粘土漿的可灌比就小于 8。因此,水泥粘土漿的可灌性也較差。應采用超細水泥灌漿或化學灌漿。根據小于 0. 1 mm 顆粒的含量判別: 壩基覆蓋層中小于 0. 1 mm 顆粒的含量為 15. 9%。根據《碾壓土石壩設計規范》SL274 - 2001,0. 1 mm 顆粒的含量小于 5% 的地層一般可灌入水泥粘土漿,本工程不能滿足此要求,因此,帷幕灌漿應采用超細水泥或化學灌漿。

        通過上述比較可知,由于帷幕灌漿所采用的漿材為超細水泥或化學材料,根據其他工程的經驗看,其工程造價要遠遠超過混凝土防滲墻方案,而且施工難度較大,防滲效果不易保證。根據《碾壓土石壩設計規范》SL274 - 2001,國內在砂礫石中作灌漿帷幕,1958年以來成功的只有密云、下馬嶺和岳城水庫,近年來基本上沒有用此法進行砂礫石壩基處理。另外,《碾壓土石壩設計規范》SL274 - 2001P25 第 6. 2. 6 條提出:

        砂礫石層深度在 80 m 以內,可采用混凝土防滲墻; 砂礫石層很深時,可采用帷幕灌漿。而混凝土防滲墻的技術比較成熟,目前國內類似工程采用混凝土防滲墻進行處理的比較多,而且效果均比較好,防滲效果比較容易保證,因此,為保證工程安全,本工程大壩基礎覆蓋層防滲處理采用防滲墻方案。

        2. 2、壩基防滲設計( 混凝土防滲墻設計)

        墻厚的確定,按墻體承受的水力梯度計算。J允與墻體材料關系特征,見表 1。

      表 1 J允與墻體材料關系
      表 1 J允與墻體材料關系 

        3、壩基防滲設計結論

        由于水庫地處 8 度地震區,保護對象特別重要,故推薦墻厚為 0. 8 m 的方案。根據已建工程經驗,此方案是安全可行的,可確保水庫建成后壩基的滲透穩定性及有效控制壩基滲流量。通過已建成大壩運行的實際情況來看,本工程大壩基礎處理設計是合理的,可達到預期的穩定性及防滲效果,在類似工程中值得借鑒。

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