青河萨尔托海牧业引水枢纽工程活动断层成因分析及抗震加固设计---阿勒泰水利

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青河萨尔托海牧业引水枢纽工程活动断层成因分析及抗震加固设计

日期：2005年7月19日新闻来源：设计院作者：祁林卫玛琳尹福国新闻阅读次数：

青河萨尔托海牧业引水枢纽工程活动断层

成因分析及抗震加固设计

祁林卫玛琳尹福国

阿勒泰地区水利水电勘测设计院

摘要：青河萨尔托海牧业引水枢纽在施工中出现活动断层，经过多方面论证后，进行了抗震加固设计，使水库施工能够顺利实施，并在三年的运行中验证安然无恙，这证名在活动断层分布区修建水利工程是可行的,这为我们在强震区域做建筑物设计积累了经验。

关键词：活动断层；抗震加固设计；积累经验

一、前言

青河萨尔托海牧业引水枢纽是以灌溉为主的水利工程，是集土坝、溢流堰、泄洪冲砂闸、放水闸于一体的拦河枢纽。该工程可控制灌溉面积9.5万亩，水库库容720万m³，属小（Ⅰ）型水库，最大坝高14.3m，坝顶长367m，坝顶高程952.3m，布置在主河床段，溢流坝布置在河床右端，堰型为实用堰，溢流坝净长11×10m，堰顶高程948.5m。枢纽中设置一孔4.5m×6m的泄洪冲砂闸，在施工期用以导流。枢纽左右端各设放水闸一座，设计引水流量为7.5m³/s，加大引水流量9.0 m³/s，作为灌溉引水之用。

1993年10月份枢纽开工兴建，1996年下半年开挖冲砂泄洪闸闸基时，发现该闸基有多条具有活动迹象的地裂缝，活动断层处在二台活动断层断裂的南端，属强震区，为了避免或防止震灾，以确保人民生命财产安全，对该枢纽工程抗震加固设计提出了两点遵循原则：1）鉴于本枢纽位于富蕴地震断裂带影响带之内，各主要建筑物均应按地震烈度Ⅷ进行设防；2）各建筑物在遇强震时并由此而引起原有地裂缝扩张，或新的地裂缝产生时，允许出现的局部破坏，但不允许出现垮坝事故。

二、区域地质构造与稳定性

萨尔托海（二台）地区出露的地层主要有：石炭系下统南明水组（C₁n）的灰黄色粗砂岩、粉砂岩、砂岩、凝灰岩，第四系的碎石土、冲积砂卵砾石、砂壤土等及华力西期的花岗闪长岩、细粒花岗岩脉、斜长花岗斑岩岩脉等组成。

著名河西构造体系中的可可托海——卡拉先格尔——二台活动断裂带毗邻库坝区，从闸基地质展示图上可清楚地看到有两条充填有第四系冰积泥包砾的长大裂缝，通过钻孔显示，在5.7m深度裂缝张开深不可测，裂缝上宽达3m左右，另一裂缝最深处达7m左右，下伏为花岗闪长岩，缝宽达3-5m，壁上见有擦痕，缝内有渗水、冒沙现象，在裂缝上覆的冲积砂卵砾石层中见卵砾石呈有规律的向下弧形排列现象，此段层位比较疏松。本区断裂异常发育，主要受区域性的地质构造所控制。

根据《中国地震烈度区划图》（50年超越概率10%）（91年出版）结合《新疆地震烈度区划图》（50年超越概率10%）（94年出版）将该区的基本烈度划为Ⅷ度。

三、地震活动特征

自从1931年富蕴大震发生后，至今有70余年，在二台断裂上未发生过6级以上的地震，强震活动转移到阿勒泰山区北北西构造带东侧的吉尔格郎图断裂上；1938-1974年，先后在吉尔格郎图断裂上发生了5.5级以上地震7次，如1970年5月16日在乌兰固木附近发生了6.9级地震。四年后，于巴彦鄂博附近又发生了7.1级地震。1975年3月31日，青河东发生5.9级地震。1980年12月16日，青河县南发生5.8级地震。而1986年4月23日、24日至8月19日在二台断裂上又分别发生了5.4级、5.3级和5.8级三次地震。可以看出，在这17个月中出现了三次大于5级的地震（强震）。以上地震资料表明，区内地震活动以东侧北北西向构造带转移到西侧北北西向的二台断裂上来了。这种东西交替、南北呼应的地震活动现象，总体上显示恶劣区北北西向构造带现今剧烈活动的重要特征。

根据富蕴县1931年的8级大震震区的位移量及平均位移速率，已论证8级大震再现期为R≥200年，到2131年以后，才需要预防发生8级地震，在此段时间内，断裂两盘的工程建设基本处在安全期内。可可托海电站就建在该断裂西盘约600m。它于1971年建成，装机1.9万千瓦，现已正常运行32年，在运行期间，1986年4-8月该断裂上曾发生过5-6级地震（强震）三次，库坝仍完好如初（且在80年代末期该坝又加高了2 m）。二台库坝区建在该断裂南段主动盘（东盘）300-500m，库区构造除二台活断裂从库坝下游穿过外，其区内其它构造规模小（长50-200m）而且数量少，基本对库坝区不会造成威胁。

四、抗震加固设计

1、抗震加固设计指导思想

（1）针对原冲砂闸闸基存在多条具有活动迹象的地裂缝，挡水土坝应避开此处地裂缝；（2）在活动断层上浇筑高标号砼刚性体，断层和刚性体中间设伸缩缝；（3）活动断面中充填的第四系冰积泥应清除，回填垫石砼。

2、抗震加固设计前的工程总体布置

枢纽工程原设计共分四段柔性体和四段刚性体（见图1），主要建筑物自右端依次为：（1）1号土坝桩号为0+000-0+047，长47m，坝顶宽为5m，上游坝坡1:2.75，下游坝坡1:2.5，土工织物防渗土石坝；（2）右岸进水闸桩号为0+047，该建筑物为工程的主要灌溉引水口，布置在右坝端，闸孔为单孔，孔宽5m，闸底板高程为946.5m；（3）2号土坝桩号为0+047-0+065，坝长18m；（4）溢流坝布置在桩号0+065-0+141段，长76.0m,为重力式建筑物，共有七孔，单孔净宽10m，中墩厚1m，墩顶上部设置交通桥，溢流堰形式为WES型，堰顶高程948.5m，该建筑物是枢纽的主要泄洪建筑物，泄洪量为344m³/s，校核洪水位时的下泄流量642.0 m³/s；（5）3号土坝桩号为0+141-0+180，长39 m；（6）泄洪冲砂闸在0+189处，其主要作用是在洪水期辅助泄洪、冲砂，在非灌溉期可以放空水库，另外在施工期作为施工导流工程，泄洪冲砂闸为两孔，单孔宽6.0m，底板高程940.0m，最大泄洪流量为423.6 m³/s；（7）4号土坝为主坝段，布置在桩号为0+189-0+365主河床段，长176m，坝顶高程952.30m，距河床高程最低点约14.3m，为查清主坝段是否存在断层，地质部门在主坝段每2m进行钻孔，没有发现断层。故设计时以满足大坝的安全稳定为前提，在坝基不产生渗漏破坏的条件下，坝基的防渗处理可适当放宽（不作固结灌浆和帷幕灌浆）。鉴于允许坝基渗漏及地震烈度较高等特点，大坝采用土工膜防渗；（8）左岸为放水闸，该建筑物桩号为0+360，为保证南岸已有灌区而设，放水流量为1.5 m³/s。

3、抗震加固设计

萨尔托海引水枢纽工程主要由进水闸、泄洪冲砂闸、溢流坝及挡水土坝组成，96年在开挖冲砂闸的过程中，在岩石基坑中发现了两条宽约3.0-5.0m的斜穿冲砂闸的地震裂缝，经查系第四系断裂活动的结果，经专家咨询论证，在设计上对3号土坝和两孔冲砂闸改为四孔溢流坝和一孔冲砂闸，总体布置上作了调整。

1)、溢流堰

由于建筑物级别的改变，本次设计变更新增4孔溢流堰，堰型为WES型，每孔净宽10m，堰顶高程948.5m，堰上设四跨交通桥，连接右岸已建七孔溢流堰交通桥，和左岸冲砂闸土坝坝顶形成一连接左右岸的坝顶公路。新增四孔溢流堰与已建七孔溢流堰联合运行，校核洪水位950.87m，溢流堰下泄流量920.4m³/s，设计洪水位950.1m，最大下泄流量510.9m³/s，溢流堰基础高程936.5m，深入基岩3.5m，溢流堰坝基座在长大裂隙之上，对长大裂缝处理，采用灌注砼塞至933.5m。为了适应长大裂隙可能出现的活动现象，溢流堰与桥墩之间设置伸缩缝，缝中设一道橡皮带止水。迎水面采用200^#钢筋砼，坝内包裹75^#浆砌石。溢流堰采用底流消能方式消能，考虑与冲砂闸消力池衔接，设池深2.5m，池长27.3m，池后接泄水明渠，明渠纵坡1/200，明渠底采用铅丝笼块石衬砌至河床，溢流堰右岸由于与已建溢流堰明渠存在4-5m的地形落差，为了减少工程造价，两堰明渠之间设置铅丝笼块石导墙。溢流坝抗滑稳定计算利用不同的荷载组合方式进行稳定分析，抗剪安全系数K₁=1.369，抗剪安全系数K₂=11.4，同上述荷载情况加Ⅷ度地震计算抗剪安全系数K₁=1.119，满足规范要求。在坝体应力分析计算中，满足规范要求。

2)、导流泄洪冲砂闸：

由于本次设计的洪水标准的变化及其施工导流方案的改变，原两孔4.5m×6m的闸门改为一孔4.5m×6m，冲砂闸设计过水流量212m³/s，冲砂闸由进口明渠扭面段、闸室段、出口消力池段及泄水明渠段组成。进口明渠长28m，底宽6m，与导流明渠共用。闸室结构为胸墙式，闸顶高程952.3m，底板高程940.0m，闸基座在花岗闪长岩上，闸室段长18m，宽6m，左边墙与粘土心墙连接，为了防止库水沿接触面渗漏产生破坏，左边墙上游至下游边坡从1:0.3扩大到1:0.7，作成楔形断面，右边墙为直墙。闸室段通过1：4的斜坡段与消力池相连，冲砂闸采用底流消能方式消能，消力池底板高程937.5m，为降低闸底板扬压力，消力池底板设垂直排水孔，底板下铺筑0.5m厚的反滤料，以防基岩裂隙中充填的细颗粒被带走，消力池长25m，后接泄水明槽，泄水明槽纵坡1/200，明槽左岸渠堤因地形较低，又由于消力池出口与坝脚距离较近，需增加25m长的左岸铅丝笼衬护的填筑渠堤。相应过洪能力也比原两孔冲砂闸提高了110 m³/s。

五、结语：

青河萨尔托海牧业引水枢纽从1993年开工到2000年完工，历时7年，在施工中发现活动断层，经过多方面咨询论证后，进行了抗震加固设计，使水库施工顺利实施，并在三年的运行中验证安然无恙。因此,实践证明，在活动断层分布区修建水利工程是可行的,这为我们在强震区域做建筑物设计积累经验。

备注：该论文已同时在新疆水利上发表。

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