戴蒙德水庫是美國加州最大的一座水庫,庫容986×106m3,初期工程于1999年完工。敘述了位于美國加州戴蒙德峽谷水庫進/出水塔塔基和引渠的順利開挖工作。主題詞:大型水庫;取水塔;渠道開挖;施工設計;美國 戴蒙德水庫(以前又名赫米特水庫),位于赫米特附近的里弗賽德縣,是美國南加州最大的一座水庫。通過圣迭戈水渠將科羅拉多河水,以及經由新建的內河供水工程及其擴展工程(即新建的東邊管線)把州立供水工程的水輸送至這座水庫。在夏季或旱季,通過同一輸水結構又把庫水輸送到南加州大城市供水管理區(MWD)的配水系統之中,以滿足用水需求。同時,一旦發生大地震,MWD輸水渠(該渠道從包括圣安德烈亞斯斷層在內的幾條著名活動斷層穿過)遭到破壞時,該水庫也可起到應急之用。即使引水渠處于維修期,該水庫也可保證向南加州提供6個月的應急用水。戴蒙德水庫初期工程于1999年完工。美國土木工程師協會將其評為2000年5大杰出土木工程之一。這座庫容為986×106m3的水庫由兩座土石壩(東壩和西壩)圍成。西壩高86.9 m,長約2.4 km。東壩高56.4 m,長3.2 km。此外,水庫北岸較低處修建一座0.8 km長,39.6 m高的副形壩予以封閉。壩的總體積超過84×106m3。進出水庫的水均采用水工結構進行控制,包括前池、P-1泵站、P-1壓力隧洞、進/出水塔、輔助進水口,位于水庫西側。3層高的泵房包括12臺可變速的兩級水泵,每臺水泵功率為4 500 kW。用來控制進入水庫和進入MWD配水系統的主要結構是一座82.3 m高的鋼筋混凝土水塔。Black & Veatch公司作為MWD工程系統設計小組的成員,主要負責水庫選點,可行性研究,水工建筑物的設計和啟動等工作。公司同時還負責在施工過程中地質測繪和高層次的土工技術監督。 1 塔 基 由于水塔在地震期間要向南加州供水,因此,水塔必須具有足夠的抗震性。通過在水塔地基四周和在相鄰的引水渠周圍的巖壁上做陡峭開挖,使水塔嵌入水庫邊緣。塔基和82.3 m長引水渠的開挖要穿過堅硬的地層。水渠底部寬182.9 m,水渠北端逐漸加深到91.4 m。在施工前對開挖區的調查過程中,發現潛在的不穩定邊坡。由于事先發現了這個問題,實施了下列措施,以保證開挖工作得以順利完成。 (1)施工過程中始終有設計人員參加,并核實設計假設與地基情況是否相符。 (2)施工過程中不斷進行調查和監測,以對開挖過程中的地基情況作評估。 (3)對計劃和施工規程中的意外情況允許對邊坡進行支護及對地基作修復。水塔和水渠的位置下游有中等至很薄夾層和堅硬的片狀石英巖、千枚巖和頁巖。這些巖石中有5組斷層,1組為葉理層,另外4組為中等到寬距離的空間節理。葉理層向東北傾角為50~60°,總體趨勢與開挖軸向平行,這是最主要的斷層。一般情況下,剪切區平行葉理層。這種情況下可看作薄的粘土層縫隙,它們與葉理層平行,密封的節理區存在有數英寸的粘土斷層。評估斜坡的運動學分析方法表明:整體滑動趨勢使西側巖壁的地基失穩,葉理層貫入開挖區之中;東側巖壁的失穩主要是由于這些葉理層剪切區引起的。 2 開挖設計 水塔結構的混凝土壁和穴狀開挖區域之間的空間將用混凝土澆筑到1 660 m高程。為了使混凝土體積最小,最好采用最陡的穩定坡度。然而,由于潛在的主要因巖石葉理層導致邊坡不穩定使得開挖工作難以順利開展。在水塔基礎和孔穴以外的較淺的邊坡上部(其巖石高度或中度風化),設計成1.5H∶1V到1H∶1V的坡度,不需要對巖石進行加固處理。水塔的實際位置定在輕度風化巖石處,孔穴周圍的坡度為1H∶10V。在邊坡的每一斷層處提供了3~6 m寬的護堤。渠道東北和西北處的巖壁處于塔基兩邊輕度風化或未風化的巖石上,設計坡度為1H∶4V。傾向與巖體葉理層平行的渠道側壁,設計的最大坡度為1H∶1V,因此很穩定,無需進行加固。為了補償塔基西部巖壁葉理層的反向傾斜,采用了下列兩種設計方法進行施工: •寬護堤的位置定在1 600 m高程; •通過把邊坡壁設計成連續4部分,它們被3 m寬的護堤所截斷,上面3部分的坡比為1H∶4V,最終減少了巖石壁的整體坡度。對于坡度為1H∶4V和1H∶10V的邊坡,采用基本的巖石加固模式:150號巖石錨栓,直徑2.5 cm,長7.6 m,按2.4 m×2.4 m布置。此外,對于次要的,應急的巖石加固設計,則采用直徑4.4 cm的150號巖石錨栓。把它們用在西面的邊坡上以支撐最大尺寸的不穩定巖塊,這個巖塊可能是由葉理層和開挖結構形成的。規程規定在較陡的邊坡上至少要噴射厚7.6 cm的纖維筋混凝土。塔基設計儀器有傾斜儀和伸長計,安裝在孔穴東北和邊坡西面。傾斜儀安裝在1 600、1 680、1 700 m高程基礎護堤處的垂直鉆孔中。單點遙控 讀數的伸長計則成對安裝,每對均有一長一短兩種,其選擇的長度要可跨接巖石錨栓的長度。塔基和渠道開挖,始于1996年5月。第一次爆破工作是在7月12日。同年10月,開挖至1 660 m高程塔孔穴處。從1 660 m高程護堤處鉆出一系列預先設計的鉆孔,用以估計巖石狀況。同時,在巖壁西部需要安裝應急的直徑4.4 cm的巖石錨栓。每一鉆孔穿過剪切巖和斷裂巖。這樣逐漸增多的鉆孔沿葉理層呈擴展的趨勢,其中有些鉆孔反映出塔基西部、未來水塔腳部葉理層剪切區。這項調查工作證實,塔基西邊巖壁有(有必要使用應急巖石錨栓)不穩定滑動石塊的跡象。塔基1 600 m高程以下的開挖從1996年11月16日開始,目前進行渠道開挖。從1 660 m高程護堤開始進行地基地質測繪,其中包括對所有的邊坡和該高程以下的護堤部分。對塔基周圍陡邊坡剪切層高度則需要予以特別關注,以確保邊坡穩定和安全。每次爆破石碴清除后, 需要對斷層進行仔細的勘察,以便查出周圍存在的空間節理或過度爆破破壞。在噴射混凝土之前,需要對地基地質進行測繪。對邊坡加固而言,較小的修整包括:定點錨栓和加大支撐板。較大的修整則包括:當發現1 660 m高程護堤過于接近節理點,導致不能為預計的4.4 cm巖石錨栓提供支撐面時,把1 660 m高程護堤一半多的部分進行移動,從而在1 640 m高程處形成一個新護堤。當地基接近最后一級,鉆孔確定無需進行修整,支撐能力已經足夠。1 499 m高程處的爆破工作始于1997年6月10日。在6月中下旬及7月上半月,完成了P-1壓力隧洞東部的開挖。1997年7月24日,1 490 m高程的蓄水槽被爆破,塔基開挖工作順利完成。
|