东风湖水工程中湖水作用分析

东风湖水工程中湖水作用分析

1蓄式淡水型水库东风人工湖是东风水库扩建工程的一部分。东风水库位于黑河下游甘蒙交界处，为旁建平水水库。东风水库初建于1961年,总库容1800万m人工湖地基上部为粉细砂,人工湖设计中驳岸采用粉细砂碾压而成,湖底采用土工膜防渗、粉细砂保护层等设计方案,简化了施工工序,大大降低了工程投资,工程设计、施工、运行可为缺乏建筑材料的沙漠地区修建水利工程提供参考。2所需人工条件2.1降水量、蒸发量工程区多年平均气温8.8℃,极端最高气温39.3℃,极端最低气温-31.6℃;多年平均风速3.1m/s,最大风速26.0m/s;多年平均降水量53.8mm,多年平均蒸发量2331.8mm;最大冻土深度>400cm。2.2泥钙微胶结砂岩石层的制备人工湖建设场地比较平坦,驳岸及湖底地基为第四系冲洪积戈壁滩层,上部为5.8~6.5m厚的粉细砂层(图1),结构松散,开挖时坑壁易塌落,下覆4.35~13.0m厚的泥钙质微胶结砂砾石层。根据试验资料,粉细砂层的颗分为:粒径60~20mm的卵石质量分数为3.1%;粒径20~5mm的砾石质量分数为9.5%;粒径5~2mm的砾石质量分数为4.9%;粒径2~0.5mm的砂粒质量分数为20%(粗砂);粒径0.5~0.25mm的砂粒质量分数为36.9%(中砂);粒径0.25~0.075mm的砂粒质量分数为21.6%(细砂);<0.075mm的粉粒质量分数为4%。粉细砂天然干密度1.48~1.56g/cm地下水埋深受黑河影响较大,一般埋深3~7m,局部为2m左右。3人工设计人工湖设计的主要内容包括人工湖布置、防渗设计、驳岸设计等。3.1湖底高程和地下水位分布人工湖按照建设场地、景观要求设计为不规则的椭圆形,湖面面积为47.5万m(1)人工湖湖底高程确定受地下水影响,为了确保湖底结构稳定,湖底高程至少高于地下水位0.3m,根据地形地质条件和地下水分布,湖底高程分为4个区域,分别为1066.4m、1065.9m、1065.4m、1065.0m。(2)人工湖深度确定根据人工湖设计原则,在尽量减少开挖量和满足挖填平衡要求的前提下,湖水面不能高于周围地形过多,满足与周围环境协调和美观的要求,经过反复研究以及与相关建筑物的连接要求,确定蓄水规模为120万m3.2土工膜防渗根据经验,人工湖防渗采用造价低、施工简单的土工膜防渗,经过论证,采用两布一膜土工膜防渗,规格为250g/m存在的问题是,开挖后的湖底面极易扰动,不宜整平,土工膜受此影响出现摊铺松紧不均的现象。3.3驳岸防渗设计驳岸设计包括驳岸断面形式、防渗设计、防冲设计、防冻胀设计等。根据运行要求,人工湖驳岸全部按照水位变动要求考虑。(1)驳岸断面形式根据人工湖地面高程、底高程和水面高程的相互关系,确定驳岸为半填半挖的形式,填筑最大高度2.8m,开挖最大深度2.5m,堤顶宽度由景观要求确定大于6m。当地最丰富的材料为粉细砂,填筑材料如果选用外运的砂砾石,运距远,投资高,施工工期长。经过反复研究,决定利用人工湖开挖粉细砂弃料填筑梯形断面驳岸,边坡坡比考虑岸坡稳定、施工条件并结合景观要求等确定为1∶4(图2)。(2)防渗及防冲设计防渗形式同人工湖湖底,即土工膜规格和土工膜地基支持层同人工湖湖底设计。土工膜的上部保护层结合防冲刷形式采用5cm厚砂浆保护。根据人工湖的运行方式,整个蓄水深度都在水位变动区,需要布置防冲刷措施,经分析比较确定在砂浆上面铺砌30cm厚细粒混凝土砌石护坡(图2)。(3)防冻胀设计工程所在地最冷月平均温度-11.2°,极端最低气温-31.6℃,最大冻土深度>400cm,属于寒冷地区,防冻胀设计是主要的设计内容之一。根据资料研究,粉细砂具有良好的透水性,即砂粒表面对水几乎没有物理吸附力,最大吸水率不足1%。水在砂层中直接往下渗透,使表层常处于干燥状态。在工程实践中,砂砾石或砂,如果细颗粒质量分数大于5%~10%,则具有弱冻胀-冻胀特性,根据本工程颗分结果,<0.075mm颗粒质量分数为4%。因此,驳岸浆砌石衬砌地基为具有抗冻张性能的粉细砂,不再采取防冻胀措施,根据一个冬季的运行检验,工程安全可靠。(4)填筑标准驳岸的填筑材料为粉细砂,根据堤防设计规范,无黏性土堤的填筑标准应按相对密度确定,低于6m的三级堤防不应小于0.6。本工程考虑重要性确定相对密度为0.68。根据实验室试验结果,该工程砂的最大干容重1.84g/cm4垂直堤轴线垂直方向不适宜,振动压实碾压机械采用16t振动碾。碾压遍数为4遍,静压2遍+加振2遍。振动碾行走方向应平行于堤轴线。分段、分片碾压,相邻作业面的搭接碾压宽度,平行堤轴线方向不应小于0.5m;垂直堤轴线方向不应小于3m。振动碾压实作业,宜采用进退错距法,碾迹搭压宽度应大于10cm。机械碾压时应控制行车速度,以不超过下列规定为宜:平碾为2km/h,振动碾为2km/h,铲运机为2档。湖堤内侧超填宽1.5m,铺设土工膜前采用人工削坡。填筑的松铺厚度40cm,碾压前均匀洒水,由于地面干燥,蒸发大,施工洒水大于计算含水量,试验确定为15%。虽然设有护堤内的超填宽度,因粉细砂非常松散,削坡后无法保证密实,根据现场试验,沿坡面碾压后进行削坡,效果比较好。5人工湖的检测蓄水期间湖堤及湖底受力逐渐加大,为了使其缓慢受力,逐渐完成变形变位,采用分期蓄水。当初次蓄水至1066.5m高程时停止蓄水,对湖堤的变形变位、渗漏、水位等进行检测分析。经过分析认为工程安全的情况下进行二次蓄水。在加强检测,确保坝体安全的情况下将水位缓慢蓄至正常设计水位。经计算,人工湖的引水量为7.69万m蓄水期间必须加强常规检查,如湖堤稳定、位移、沉降、渗漏等,发现异常时,采取必要的安全措施。蓄水期须进行水位观测,沿湖边布置3个水尺,每天观测人工湖水位,用于计算渗漏量。根据东风水库的调度运行安排,人工湖每年蓄水2次,按照运行时间,人工湖每年都有放空期,在放空期间进行必要的维修养护。6粉细砂填筑液和砂胶结充填料细砂比选为广砂细砂一般应考虑的几个点,我国资金做实(1)到目前为止,该工程建成投入运行一年,根据检查,人工湖防渗效