哈尔嘎廷郭勒沥青混凝土心墙坝坝坡稳定控制

袁 磊

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

哈尔嘎廷郭勒沥青混凝土心墙坝坝坡稳定控制

袁 磊

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

简介哈尔嘎廷郭勒水电站沥青混凝土心墙坝结构设计，依据《碾压式土石坝设计规范》规定，采用《土质边坡稳定分析程序》，从线性和非线性指标两方面对大坝坝坡稳定控制过程进行详细分析和计算，对坝体结构设计进行佐证，并有针对性地提出了安全加固措施。

沥青混凝土心墙坝；坝体结构；稳定分析；线性；非线性

1 概述

哈尔嘎廷郭勒水电站是新疆开都河中游河段水电规划的第二座梯级水电站，水库总库容1.64亿m3，电站总装机容量190 MW，坝址区地震基本烈度为Ⅷ度。枢纽由沥青混凝土心墙坝、右岸溢洪洞、深孔泄洪洞、发电系统及坝后电站组成。

2 沥青混凝土心墙坝

2.1 坝体结构

沥青混凝土心墙坝，坝长327.00 m，最大坝高96.00 m，坝顶高程2 176.00 m，坝顶宽度为10.0 m，坝顶上游侧设置L形防浪墙，墙顶高程2 177.00 m，墙高1.2 m，墙顶高出坝顶1.0 m。

坝体上游坝坡为1∶2.0，并设两级马道，马道宽2.0 m。一级马道高程2 146.50 m，为上游混凝土护坡底高程，混凝土护坡厚0.2 m；二级马道为上游围堰顶高程2 118.00 m，上游围堰与坝体结合，最大断面上游平均坡度1∶2.042。下游坝坡1:1.5，并设10 m宽、纵坡为8%的“之”字形上坝公路，最大断面下游平均坡度1∶2.026。下游设0.8 m厚的堆石护坡。坝坡脚设弃渣堆置区，高程与坝后电站厂区平台同高。

2.2 坝体分区及坝料填筑标准

坝体填筑分为沥青混凝土心墙区、爆破料区、过渡料Ⅰ区、过渡料Ⅱ区、砂砾料区。

（1）碾压式沥青混凝土心墙:为垂直式，墙体轴线与坝轴线重合。心墙顶高程2175.80m，顶宽0.5m，最大断面底宽1.2 m，在底部做放大脚与混凝土基座相连；

（2）爆破料区:为坝体主要支承结构。Dmax=800 mm，小于5 mm含量30%，小于0.075 mm含量5%，要求级配连续，便于压实。填筑标准为孔隙率n 20%，渗透系数不小于10-2cm/s；

（3）过渡料Ⅰ区：位于心墙两侧，顶高程2175.80 m，水平宽度3 m，采用砂砾石料场筛分，Dmax 80 mm，小于5 mm含量25%～40%，小于0.075 mm含量5%。填筑相对紧密度Dr0.85，渗透系数控制在10-3～10-4cm/s；

（4）过渡料Ⅱ区：位于过渡料Ⅰ区两侧，水平宽度5 m，采用砂砾石料场筛分，Dmax=200 mm，小于5 mm含量15%～30%，小于0.075 mm含量5%。填筑相对紧密度Dr0.85；

（5）砂砾料区：包括上游围堰砂砾料区及坝体基础砂砾料区。采用砂砾石料场全料，填筑相对紧密度Dr0.85。

2.3 坝基处理

左右岸心墙混凝土基座基础：开挖至弱风化层上部基岩上。左右岸沥青混凝土心墙与基岩通过岸坡段心墙混凝土基座连接。

河床部位心墙混凝土基座基础：为砂砾石地层，厚7～49.6 m，将砂砾石清除表面0.5 m作为基础，砂砾石地基采用混凝土防渗墙防渗。为保证防渗墙地表施工不受地下水干扰，混凝土防渗墙顶高程略高于河床，顶高程2 085.0 m，厚1.0 m，最大深度53.0 m。沥青混凝土心墙与混凝土防渗墙通过河床段心墙混凝土基座连接。

3 坝坡稳定控制分析

3.1 计算方法

为保证土石坝在自重、孔隙压力、外荷载的作用下，具有足够的稳定性，不致发生通过坝体或坝基的整体或局部剪切破坏[1]。依据《碾压式土石坝设计规范》，本工程坝坡稳定采用线性指标计算确定。由于坝壳料为粗粒料，故采用非线性指标验算稳定，求证。

坝坡稳定采用中国水利水电科学研究院的《土质边坡稳定分析程序》（STAB2008）[2]计算，计算方法采用简化毕肖普法，地震情况采用拟静力法。

3.2 坝坡稳定控制

本工程任务为发电及承担上游电站反调节作用，在上游电站未建成前，适当增加水库消落深度以改善下游梯级电站枯水期引水条件。

3.2.1 运行特点

（1）正常运行工况下，库水位变动区为2 172.00～2 149.50 m，水位正常降落，降速缓慢，可形成稳定渗流；

（2）水库库容大，泄水建筑物分层布置，没有快速放空、水位骤降情况；

（3）坝料渗透系数大于10-3cm/s，透水性较大，可自由排水。库水位正常降落时，上游坝体内浸润线随库水位降落，孔隙水压力基本消散，降后水位以上坝料为潮湿状态；

（4）校核洪水位持续的时间短，不形成稳定渗流。

3.2.2 抗震标准

根据挡水建筑物级别，确定坝址区地震基本烈度为Ⅷ度。大坝按基准期50年超越概率10%的地震动参数0.20 g进行设计，按基准期50年内超越概率5%的地震动参数0.25 g进行复核。

3.2.3 计算工况

根据工程运行特点，确定坝坡稳定计算工况，控制土石坝的稳定（见表1）。

表1 坝坡稳定计算工况表

3.2.4 计算参数

计算参数根据地质报告及相近工程类比选取（见表2）。

表2 沥青心墙坝坝坡稳定分析计算参数表[3-5]

3.2.5 线性指标计算结果

坝坡稳定线性指标计算结果详见表3、图1～3。

坝体上游侧，在非常运用条件Ⅱ的正常蓄水位2 172.0 m和水位正常降落（2 172 m到2 164.5 m）工况下，滑弧最小安全系数略小于允许值，该滑弧为贴坡滑弧，滑弧深度仅为0.1～0.5 m。该范围内坝体设有0.2 m厚的混凝土护坡板，消除了坝体贴坡滑弧的可能性。故该工况下的贴坡滑弧不能代表整体坝坡的抗滑稳定。

经计算坝坡抗滑稳定最小安全系数均大于允许值。上、下游坝坡是稳定的。

3.2.6 非线性指标计算结果

坝坡稳定非线性指标计算结果详见详表4和图4。

经计算坝坡抗滑稳定最小安全系数均大于允许值。上、下游坝坡是稳定的。

表3 坝坡抗滑稳定计算最小安全系数（线性）

表4 坝坡抗滑稳定计算最小安全系数（非线性）

图1 正常运用条件

图2 非常运用条件Ⅰ

图3 非常运用条件Ⅱ

图4 各工况上、下游坝坡稳定

4 结语

4.1 坝坡稳定计算结论

采用线性参数，不能反映粗粒料内摩擦角随法向应力的增加而减小的特性，不计（咬合力）C值，又低估了粗粒料的抗剪切能力，使得贴坡滑弧起控制作用。地震工况的计算安全系数偏低，并存在上游坝坡中上部浅层滑弧安全系数小于1.15的情况。

采用非线性参数，在各种计算工况下，坝体上下游坝坡最小安全系数均满足规范标准，控制性滑弧基本为深层滑弧。

4.2 安全措施

根据线性参数计算成果，最不利部位是地震工况下的上游坝坡中上部表层，对该的上下游坝坡采取抗震加固措施是必要的。

根据非线性参数计算成果，在正常运用工况下，下游坝坡控制性滑弧自坡脚以下河床覆盖层滑出，在下游坝坡脚设置弃渣堆置区，对坝坡稳定是有利的。

[1]DL/T5395-2007碾压式土石坝设计规范[S].

[2] 陈祖煜.土质边坡稳定分析－原理 方法 程序[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[3] 陈立宏，陈祖煜.堆石非线性强度特性对高土石坝稳定性的影响[J].岩土力学.2007，28（9）：1807-1810.

[4] 朱晓源.考虑非饱和土体的土石坝渗流与坝坡稳定分析研究[D].杭州：浙江大学.2006.

[5] 刘珊珊.高振海.STAB边坡稳定计算软件在蕉东闸桥工程中的应用[J].广东水利水电.2006（6）：72-73，76.

（责任编辑：周 群）

Dam slope stability control of Ha-er-ga-ting-guo-le asphalt concrete core wall dam

YUAN Lei

（Xinjiang Water Conservancy and Hydropower Investigation and Design Institute,Urumqi 830000,China）

A brief introduction was made on the structural design of asphalt concrete core wall dam of Ha-er-gating-guo-le Hydropower Project.In accordance with the Design code for rolled earth-rock fill dam,a detailed cal⁃culation was conducted by earth bank slope stability analysis program to analyze the dam slope stability control with linear and nonlinear indexes,and check the structural design,based on which corresponding reinforcement mea⁃sures were put forward.

Asphalt concrete core wall dam;structure of dam body;stability analysis;linear;nonlinear

TV641.41

B

1003-1510（2016）01-0031-04

2015-12-22

袁 磊（1984-），男，新疆乌鲁木齐人，新疆水利水电勘测设计研究院工程师，学士，主要从事水利水电工程设计工作。