张聚峰
(新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所,新疆 乌鲁木齐 830000)
新疆莫莫克水利枢纽工程,位于提孜那甫河中游山区河道上,正常蓄水位为1 894.0 m,水库总库容9 265 万m3,电站总装机容量26 MW,属Ⅲ等中型工程。工程主要建筑物由挡水坝、溢洪道、泄洪冲沙洞、发电引水系统及电站厂房等组成。该枢纽是提孜那甫河上的控制性工程,起着龙头水库的重要作用,主要承担防洪、灌溉兼顾发电的工程任务。
坝址区出露的地层主要为第四系下更新统西域组(Q1x)及第四系松散堆积物(Q2~Q4)。坝址区基岩主要为巨厚层西域砾岩,以泥质胶结为主,局部泥钙质胶结,属极软岩,属弱~微透水层。坝址岩体构造不发育。除坝址右岸分布崩塌体BT1外,坝址区无大的边坡稳定问题。坝址区河床覆盖层厚度12~16 m,为单一成因的砂卵砾石,无连续砂层分布,无地震液化问题,结构密实砂卵砾石属中~强透水层。
坝址区河谷呈“U”型,河谷底宽270 m,河床段覆盖层最大深度约15 m。下伏基岩为第三系西域砾岩,基岩强风化层厚3~5 m,弱风化层厚8~10 m。左岸出露地层岩性主要为第四系冲洪积低液限粉土、砂卵砾石和第三系西域砾岩。基岩强风化层厚3~5 m,弱风化层厚8~10 m。右岸岸坡高陡,坡高大于100 m,岸坡1 900 m 以下基岩裸露,岩性为第三系西域砾岩。
拟建坝址上下两坝线相距85 m,调节库容相同,枢纽承担的工程任务相同。交通条件、气候条件、施工条件基本相同,两坝线正常蓄水位相同,补偿费用基本相当。因此对上、下坝线从地形地质条件、枢纽布置、施工条件、及投资进行比较。
在地形地质条件上,下坝线河谷谷底宽度较上坝线河谷谷底狭窄,但正常蓄水位对应的上坝线河谷宽度较下坝线狭窄,两坝线处河床覆盖层均为15 m 左右;两坝线岩体完整性及坚硬程度基本相同;基岩透水率q<3 Lu,上坝线较下坝线界限埋深浅;两坝线方案均存在右岸坝肩边坡高陡、处理工程量大,且施工困难的特点;两方案其它建筑物的布置基本一致,下坝线表孔溢洪道进口引渠,穿越阶地长度较长,处理难度相对较大。两坝线均具备建坝的工程地质条件,上坝线工程地质条件略优于下坝线。
从工程布置上看,上坝线沥青混凝土心墙坝坝长370 m,最大坝高75.0 m,左岸布置表孔溢洪道,泄洪冲沙洞及发电洞布置在右岸;下坝线沥青混凝土心墙坝坝长437.7 m,最大坝高70.0 m,左岸布置表孔溢洪道,泄洪冲沙洞及发电洞布置在右岸。上下坝线相距较近,下坝线相对较低,但坝线较长,表孔溢洪道布置于左坝肩,泄洪冲沙洞与发电引水系统布置于河道右岸,各建筑物进水口均不太顺直。
从施工条件分析,上下坝线仅相距85 m,其施工条件基本一样。施工生产、生活区、场内交通主要布置在左岸。右岸建筑物高边坡开挖高程相同,施工道路布置条件一样。
两坝线投资估算结果表明,上坝线工程投资151 825.35 万元,比下坝线工程投资153 357.83 万元,节省0.147 亿元。
综上所述,从地形地质条件、枢纽布置、施工条件、及投资估算等几方面比较,推荐采用上坝线。
枢纽布置型式。河谷较窄,建筑物布置不顺直。在主河床布置混凝土面板坝,在左岸布置表孔溢洪道,底孔、发电引水系统布置在右岸,采用地面厂房。
施工条件及工期。气温、降水和大风等气象条件,对面板坝施工影响较小;面板坝料场开采条件简单,但坝料种类多,分布范围较大。围堰与坝体分开,设计工期4 年。
建筑材料。混凝土骨料及砂砾料等建材资源丰富。从混凝土面板坝对当地气候的适应能力看,因面板位于坝体表面,虽然面板的裂缝影响混凝土的耐久性,但当地多年平均气温为11.1℃,较适宜修建混凝土面板坝。
抗震安全性。主堆石体在防渗面板的保护下处于干燥状态,能抵抗强震而产生的小变形,坝体稳定性好,面板开裂后易修复。
工程投资153 357.83 万元。
在主河床布置沥青混凝土心墙坝,其他建筑物布置与混凝土面板坝布置相同。建筑材料,混凝土骨料及砂砾料等建材资源丰富。碱性骨料采用外购、运距较远。
施工条件及工期。气温、降水和大风等气象条件对心墙坝施工影响因素较小;心墙坝料场开采条件简单,但坝料种类多,分布范围较大。施工围堰与坝体结合,设计工期4 年。
沥青混凝土心墙坝对当地气候适应能力。心墙位于坝体内部,受气温影响较小,沥青混凝土心墙适宜变形,对产生的裂缝有较强的自愈能力,沥青混凝土的耐久性较好。
抗震安全性。沥青混凝土抗剪强度高,抗疲劳损伤的能力强,具有较好的塑性与柔性。由于正常蓄水位对应的下坝线河谷宽度比上坝线略宽,表孔溢洪道布置于左坝肩、泄洪冲沙洞与发电引水系统布置于河道右岸,各建筑物进水口均不太顺直。
工程投资151 825.35 万元。
地形、地质条件对两种坝型没有制约性因素,具备修建沥青心墙坝和面板坝的地形地质条件,工程区附近填筑坝壳所用的砂砾石料的储量、质量均满足两种坝型要求,两种坝型工程地质条件差别不大。
根据选定的坝线区的地形地质条件,碾压式沥青混凝土心墙坝和混凝土面板砂砾石坝,两种坝型方案采用相同的坝轴线,枢纽布置方案基本相同,在主河床布置拦河坝,在左岸布置表孔溢洪道、泄洪冲沙洞,发电引水系统布置在右岸,采用地面式厂房。
两方案不同之处在于碾压式沥青混凝土心墙坝方案,上游围堰与坝体结合;混凝土面板砂砾石坝方案,上游围堰与坝体未结合,泄洪冲沙洞进口引渠与上游围堰存在交叉,需修建挡墙围挡上游围堰。因此,混凝土面板砂砾石坝会比碾压式沥青混凝土心墙坝施工繁琐一些。
枢纽区有丰富的筑坝材料,4 个砂砾石料场(合计储量1 127 万m3)所选砂砾料储量较丰富,开采条件好,质量可满足坝壳料技术要求。在新藏公路93 km东侧,有叶城天山水泥有限公司矿场,可购买成品灰岩料,成品碱性骨料的岩性主要为厚层石灰岩,储量大,运距约120 km,交通条件便利。经两方案坝体结构设计,确定各方案的坝体填筑量和混凝土工程量,见表1。
表1 不同坝型主要工程量汇总表
从建筑材料和坝料的制备上,枢纽区的建筑材料均能满足不同坝型的需求,不存在制约条件。
两种坝型在施工上均不存在无法克服的技术困难,可以按进度要求进行建设。面板坝和心墙坝施工在有效施工期内气候影响因素都比较小。但是由于面板坝趾板斜穿右岸陡边坡,右岸坝肩石方开挖;混凝土浇筑和基础处理较困难。而心墙坝围堰与坝体结合可节省导流工程量。并且在道路布置上,面板坝方案需布置3 座跨趾板施工临时钢桥,大大增加了施工的难度和复杂程度。因此,就施工而言,碾压式沥青混凝土心墙坝要优于混凝土面板堆石坝。
沥青混凝土是一种粘弹塑性材料,弹模较低,变形模量和动剪切模量大,抗疲劳性能强,变形能力强,可随坝体一起变形而不产生裂缝,即使在强震时沥青混凝土心墙产生了裂缝,后期也可自行愈合,防渗体是安全可靠的。构成坝体的坝壳料透水性较大,坝体稳定性较好。
混凝土面板砂砾石坝同样具有良好的抗震性能,主堆石体在混凝土防渗面板的保护下处于干燥状态,能抵抗强震而产生的小变形,坝体稳定性好。就抗震性能而言,两坝型方案均具备良好的抗震稳定性。
从工程量来说,沥青心墙坝坝坡较缓,大坝主体填筑量大于面板坝,不同坝型主要工程量汇总见表2。
表2 不同坝型主要工程量汇总表
工程总投资。面板坝方案为15.33 亿元,沥青心墙坝方案为15.18 亿元,沥青心墙坝方案较面板坝方案低0.15 亿元左右。不同坝型投资对比具体见表3。
结合以上分析,从投资估算看,下坝线混凝土面板坝比上坝线沥青混凝土心墙坝高0.15 亿元。两坝型在地形地质条件适应性、建筑材料及坝料制备、抗震性能、工程量四个方面差别不大。从两坝型的坝轴线布置及枢纽布置、施工条件、工程量这三个方面看,碾压式沥青混凝土心墙坝要优于混凝土面板堆石坝。综合上述分析,碾压式沥青混凝土心墙坝方案具有技术可靠,施工较简单,工程投资略优的特点,经综合分析,选定上坝线碾压式沥青混凝土心墙坝为推荐坝型。
表4 不同坝型投资对比表 单位:万元