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新疆皮山县阿克肖水库

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获奖年度2023

专业分类工程勘察

获奖等级二等奖

设计单位新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司

设计人员袁道陇、吴楠、杨学亮、李泽发、侯立柱、王倩、张仲靓、马军、姬永尚、王琛涛、陈晓、王晓卫、向荣朝、司治、李青山、马龙、马琪、穆志江、李建文、亚力坤

项目简介

阿克肖水库工程位于新疆和田地区皮山县阿克肖河的山区河段上,是阿克肖河上唯一的控制性水库,主要任务是承担下游皮山县的灌溉和防洪任务。皮山县当时是国家重点贫困县之一,修建阿克肖水库后,在满足流域及皮山县粮食安全基础上,增加收入利于脱贫,并通过种植防风林,可减少南疆严重的风沙损失,改善流域恶劣的生态环境。阿克肖河发源于中昆仑山,最终流入无垠的塔克拉玛干大沙漠。阿克肖水库总投资约7.2亿,水库正常蓄水位2452.0m,相应库容3993.1万m3,为Ⅲ等中型工程,由挡水坝、导流兼冲沙泄洪洞、溢洪道等组成,坝型为沥青混凝土心墙坝,沥青混凝土心墙最大坝高57.5m,其中古河槽段为深87m的混凝土防渗墙。

  一、项目特点

工程区50年超越概率10%地震动峰值加速度为0.20g,对应地震基本烈度为Ⅷ度,坝址下游1.2km有第四纪活动断裂,坝址区区域构造稳定性较差,属高烈度地区。坝址两岸山顶高程2660~3000m,属高海拔地区。导流兼泄洪冲沙洞闸井永久边坡高150m,属超高边坡。左岸古河槽覆盖层最大厚度达105m,属深厚覆盖层。

二、主要工程问题

本工程的主要问题有坝址区分布大型的宽深古河槽、筑坝材料料场内含有钙质弱胶结体、库坝区分布厚层风积低液限粉土层、坝址现代河床狭窄且水流湍急等问题。

三、技术难点

1、坝址区分布大型宽深古河槽

坝址区河谷宽630~770m,均覆盖第四系风积低液限粉土,沿河坎边断续出露顺河向的基岩山梁,表明坝址两岸分布有古河槽,可能有多条古河槽,也可能是一条大型的古河槽,其进出口呈树叉状,并且可能在两岸穿插。查明古河槽条数、宽度、走向及断面形状等分布形态的难度大;查明古河槽内堆积物的岩性,特别是有无软弱夹层、有无架空层、砂层等不良地层的难度大;查明坝基古河槽内深厚堆积物的不均匀沉降变形、地震液化判定、渗透及渗透变形等问题的难度大。

2、筑坝材料料场内分布有钙质弱胶结体

满足要求的筑坝材料运距较远,故考虑用坝后古河槽内砂卵砾石作为筑坝料。但该地层局部含钙质弱胶结层,会影响填筑质量。故须查明钙质弱胶结层透镜体分布位置、形态、胶结程度、胶结层的含量比等,但查明的难度大。

3、库坝分布厚层风积低液限粉土层

坝址区分布厚7~33m的风积低液限粉土层,须查明粉土不同深度的物理力学性质难度大;查明导流兼泄洪冲沙洞进口的厚层粉土是否威胁放水及其处理意见的难度较大。

4、坝址现代河床狭窄且河水湍急

坝址现代河床两岸边坡近直立,河床底宽约10m,并且常年流水,水深3~6m,河水湍急,水上钻探困难;河床下切深25~30m,架吊桥钻探也困难。查明现代河床覆盖层厚度、基岩埋深及其透水性的难度大。

四、技术创新

1.查明大型宽深古河槽分布及其槽内堆积物物理力学性质的方法

勘察时采用不同电法、地震等多种物探方法初步查明古河槽分布形态,再利用钻探进一步查明了坝址区古河槽的走向、纵横断面分布形态。查明了左岸古河槽断面呈宽“U”型,底宽120~150m,顶宽350~380m,最大深度105m,其槽底比现代河床基岩面还低45m。

部分钻孔覆盖层采用植物胶连续取芯,查明了古河槽内堆积物均为砂卵砾石。

部分钻孔内配合动力触探,结合物探钻孔综合测井,查明了古河槽内大厚度砂卵砾石结构密实,为不液化地层,可作为土石坝坝基。

在钻孔不同深度和平硐内进行注水试验等方法,查明了古河槽内砂卵砾石属中等~强透水层,局部属极强透水层,为选定科学合理防渗线提供有力的依据。

防渗墙施工前采用打先导孔进一步验证古河槽基岩面,采用准确、快速、省钱的钻进工艺。先通过岩粉初判是否为基岩,再用回转连续取芯,准确判断基岩面。

2. 查明厚层砂卵砾石中钙质胶结层分布的方法

勘察时采用洞探、探坑、竖井、大口径钻孔,以及植物胶钻进连续取芯和物探综合测井等手段,查明了钙质胶结层透镜体分布情况,使开采时避开大面积的钙质胶结层。

3. 查明厚层低液限粉土物理力学特性的方法

利用地形落差,在厚层粉土中的不同高程布置坚井,分层取样进行试验,查明了粉土的物理力学特性。

4.粘粒含量低的低液限粉土在动水下的边坡稳定分析与利用

根据工程区粉土的粘性含量低等特性,分析认为该粉土在流动水作用下,没有稳定的边坡。统计库区不同高程处岸坡坡度,结合试验资料以及经验,确定开挖边坡为1:3.0,每10m一级马道,粉土共设5级马道。通过水库科学合理的蓄放水后,表明粉土均随水流走,没有发生过塌方现象,保证了闸井的正常运行。

5. 查明窄深且河水湍急河床覆盖层厚度的方法

坝址现代河床狭窄并且河水湍急,水上钻探困难,利用冬季河水较浅,水流相对较慢,在河床边架木笼打孔,查明该孔位覆盖层的厚

度。再采用水上悬吊物探探头法进行水上纵横物探剖面,再结合钻孔资料,得出整个河床覆盖层的厚度。

6.倾倒体不同工况下稳定分析的方法

计算倾倒体在自重、地震、库水的不同荷载组合,及持久和偶然不同状况下,现状及运行期的稳定系数。查明了库区倾倒体在蓄水后基本稳定,对工程没有影响,无需处理。

7.厚层性质差的低液限粉土的库岸稳定分析方法

根据工程区粉土特点,确定水下、水上的稳定坡角,预测库岸再造段。运用水科院经验公式法、《建筑物的抗滑稳定和滑坡分析》(潘家铮)中的滑坡涌浪估算方法,准确预测了坍岸在坝前产生最大涌浪高度均未超过大坝防浪墙顶高程。

五、实施效果与成果指标

本工程的难点较多,勘探困难很大。勘探时采用逐个击破法,对每个难点打组合拳,针对不同的难点采用相应不同的勘探方法,或几种勘探方法进行相互验证,达到查明工程区的工程地质问题。

经科技鉴定:查明宽深古河槽的方法,查明砂卵砾石层中钙质胶结层分布位置,对泄水闸进口分布有厚层粉土,利用粘粒含量低的特性,让其随水流带走,以免堵塞进水闸等技术在国内文献范围内,未见其它相同或类似报道,具有新颖性。