范世平

（山西省柏葉口水庫建設管理局 太原 030002）

1 工程概況

柏葉口水庫位于山西省呂梁市交城縣會立鄉(xiāng)柏葉口村上游的文峪河干流上，其下游有己建成的文峪河水庫，是一座以城市生活和工業(yè)供水、提高文峪河水庫防洪為主，兼顧提高現(xiàn)有灌區(qū)的灌溉保證率、發(fā)電等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫總庫容9 712萬m3。

水庫樞紐由大壩、溢洪道、泄洪發(fā)電洞和電站組成。攔河大壩采用混凝土面板堆石壩，從壩底的最低趾板底算起的最大壩高88.3 m。

柏葉口水庫于2009年4月21日開工奠基建設，2009年11月6日導流泄洪發(fā)電洞開挖貫通，2010年3月17日大壩截流，2010年4月24日開始進行壩體堆石料填筑，2010年11月20日大壩填筑至防浪墻底高程。

柏葉口水庫由山西柏葉口水利工程有限公司實施建設，水利部山西水利水電勘測設計研究院設計，大壩由山西省水利建筑工程局中標施工。

2 大壩設計

2.1 工程地質條件

工程區(qū)位于文峪河中上游，大部分河谷較為開闊，河谷斷面呈“U”型。兩岸群山連綿，溝谷發(fā)育。壩址區(qū)岸坡陡峻，河谷兩岸沖溝切割較深。區(qū)內(nèi)大面積出露下太古界界河口群變質巖，巖性以混合花崗巖、變粒巖為主。河床覆蓋層主要為卵石混合土、混合土卵石層。

區(qū)內(nèi)斷層及節(jié)理裂隙發(fā)育，區(qū)域主應力場方向NW～SE向。抗震基本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度值為0.10 g，地震動反應譜特征周期0.4 s。

區(qū)內(nèi)地下水總體上由文峪河兩岸向河谷、由上游向下游流動，河水及地下水對混凝土無腐蝕性。庫區(qū)不存在向兩岸產(chǎn)生永久性滲漏問題，近壩庫區(qū)左岸可能沿F16、F31斷層及大理巖帶、變質輝長巖（輝綠巖）接觸帶產(chǎn)生向下游河谷滲漏問題，但分析滲漏量不大。

壩基存在沿覆蓋層及基巖風化裂隙帶滲漏問題，壩基覆蓋層及強風化基巖存在管涌滲透變形問題，兩岸存在繞壩滲漏問題。

2.2 壩體填筑建筑材料

2.2.1 壩體主、次堆石料

柏葉溝石料場山勢緩，地勢開闊、料層厚，覆蓋層較薄，交通便利，距大壩下游1 km。經(jīng)勘探選定I、II兩個料場，I料場作為主料場，II料場作為備用料場。巖塊飽和抗壓強度67.2～90.5 MPa，彈性模量 1.48×104～3.96×104MPa。石料場可開采堆石料約為160萬m3。

2.2.2 墊層料、過渡料

墊層料在曲里石料廠人工砂石料系統(tǒng)加工生產(chǎn)，過渡料采用柏葉溝石料場爆破開挖料加工生產(chǎn)。

2.3 壩體斷面及壩料分區(qū)

柏葉口水庫采用混凝土面板堆石壩，壩頂寬10 m，壩頂長296.0 m，最大壩高88.3 m。壩頂上游側設L型C25鋼筋混凝土防浪墻，高出壩頂1.2 m。上下游壩坡均為1:1.4，下游壩坡每20 m高設一馬道，馬道寬2 m。

壩體堆石分區(qū)填筑，分區(qū)碾壓，上游到下游依次分為上游鋪蓋區(qū)（1A）、上游蓋重區(qū)（1B）、墊層區(qū)（2A）、特殊墊層區(qū)（2B）、過渡區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）、下游堆石區(qū)（3C）、下游護坡區(qū)（3D）。大壩橫剖面及斷面分區(qū)情況見圖1。

圖l壩體斷面分區(qū)圖

墊層料2A設計寬度平均3.71 m，要求墊層料具有半透水性、低壓縮性、高抗剪強度、高滲透穩(wěn)定性、并起到反濾作用。墊層料控制最大粒徑80 mm，級配連續(xù)，填筑層厚0.4 m。為了保證大壩施工進度，墊層上游保護采用混凝土擠壓邊墻固坡。

過渡料3A設計寬度平均3 m。過渡料對墊層料起滲流保護和排水作用，防止墊層料沖蝕到主堆石的大孔隙中去，排泄?jié)B透水流。過渡料控制最大粒徑300 mm，級配連續(xù)，填筑層厚0.4 m。

大壩主、次堆石區(qū)采用柏葉溝堆石料場爆破開挖料，控制最大粒徑800 mm，級配連續(xù)，填筑層厚度0.8 m。下游壩坡用混凝土預制塊砌筑護坡，厚度10 cm。

2.4 趾板設計

趾板寬度根據(jù)地基的允許滲流比降確定，依據(jù)水頭大小及基巖地質條件，趾板厚度確定為0.6 m，寬度5.0 m。趾板不設永久結構縫，采取分序澆注，I序塊長15～20 m，II序塊長1～2 m?；炷林喊宀牧线x用C30鋼筋混凝土，抗?jié)B等級W10，抗凍等級為F200，II序塊混凝土為微膨脹混凝土。

趾板結構配筋按單層雙向鋼筋配置，縱向配筋直徑22 mm，間距15 cm，橫向配筋直徑25 mm，間距15 cm。為了加強趾板與地基的連接，趾板下設置錨筋，錨筋直徑28 mm，長5 m，間排距1.3 m。

為提高基巖的整體性和抗?jié)B能力，對趾板的巖石地基進行固結和帷幕灌漿處理。

沿趾板中部布置單排帷幕灌漿，孔距2 m。河床段深入基巖50 m，兩岸深入基巖30 m，左岸帷幕灌漿沿溢洪道底板向外延伸30 m，右岸壩頭帷幕灌漿沿壩軸線向外延伸30 m。沿趾板帷幕上下游側各布置一排固結灌漿，灌漿深度10 m，梅花形布置，孔距為3 m。

2.5 面板設計

面板厚度采用頂部向底部增厚的形式，頂部厚30 cm，底部厚59 cm。面板分塊寬度為12 m，共計25塊。

大壩面板混凝土強度等級C30，抗?jié)B等級W10，抗凍等級F200。為了增強面板的抗拉性能并保持面板的柔性，對面板配置單層雙向鋼筋，順坡向配筋直徑22 mm，間距15 cm，水平向配筋直徑20 mm，間距15 cm，接縫部位增設抗擠壓鋼筋，配筋直徑14 mm，間距15 cm。

2.6 基礎處理

2.6.1 趾板基礎開挖

趾板基礎要求挖至弱風化巖體，壩頂附近趾板局部基礎置于強風化巖基上。趾板基礎開挖采用鉆孔爆破法施工，臨近趾板建基面預留保護層，采用小炮爆破方法。

2.6.2 節(jié)理密集帶和強風化層、反坡、倒懸及陡坎的處理

對節(jié)理密集帶和強風化層采取將兩排固結灌漿孔距加密，孔距由3 m變?yōu)? m。

對反坡、倒懸、陡坎進行削坡處理，使之成為不陡于1:0.5的坡度。對局部存在的凹坑、不能完全消除的倒懸、陡坎用混凝土回填。

2.6.3 堆石體基礎開挖

河床段壩體堆石基礎置于弱風化巖體上部。對出現(xiàn)的砂礫石夾泥深坑，采用C15拋石混凝土回填。其余河床壩體堆石基礎要求挖除覆蓋層，見到新鮮砂礫石層。對發(fā)現(xiàn)靠近右岸岸坡處的粉細沙，進行了局部置換及加固處理措施。對建基面高程以下范圍內(nèi)的粉細沙全部挖除，至砂礫石層或基巖面為止。采用砂礫石對挖除體進行回填并分層碾壓，壓實后相對密度大于或等于0.8。

左右岸坡堆石體基礎要求挖除覆蓋層（植被、坡積層、松散堆積體等）及全風化巖體，基礎置于強風化巖體上部。對于岸坡局部倒懸，采用上部削坡、下部回填C20混凝土的方式進行處理，坡度不陡于1:0.5。

2.7 壩體反向排水

為了避免在建壩體水位抬高對趾板、面板造成破壞，壩體設置了反向排水，在河床段壩0+100～壩0+210區(qū)間設置4條反向排水管，其中：1050高程設置3條，1056高程設置1條。豎向排水管采用外徑200 mm鍍鋅鋼花管，進水孔徑8 mm，間距50 mm，梅花形布置，花管外包1mm厚不銹鋼濾網(wǎng)，反向排水體采用20～100 mm卵石料。橫向排水管采用外徑200 mm鍍鋅鋼管，大壩建成蓄水前對排水出口進行封堵。

2.8 大壩觀測

根據(jù)工程的特點和地質條件，設置了3項監(jiān)測項目：1）大壩變形監(jiān)測；2）大壩面板變形和應力應變監(jiān)測；3）大壩滲流觀測（包括壩基滲透壓力、繞壩滲流、滲流量監(jiān)測等）。

柏葉口水庫大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式采用分布式，即采集裝置分散地布置在靠近測點傳感儀器的地方，通過電纜將數(shù)據(jù)傳輸至水庫樞紐調度中心，進而實現(xiàn)綜合自動化。

混凝土面板堆石壩的變形監(jiān)測包括堆石體的沉降、水平位移、面板的撓曲、接縫的開合等；滲流監(jiān)測包括壩基和壩體的滲流量觀測、兩壩肩的繞壩滲流水位、沿周邊縫面板下墊層料內(nèi)的滲水壓力、趾板帷幕灌漿后的滲水壓力等；應力應變監(jiān)測包括混凝土面板的應力應變和溫度，面板鋼筋的應力等。

大壩堆石體的沉降與水平位移觀測，采用埋設水平位移計?？傆嫴贾盟轿灰朴?6個，沉降儀28個。

滲流觀測：布置滲流計9個，觀測站7個。

混凝土面板變形觀測:

（1）周邊縫位移觀測，正常水位以下布置了6個測點，河床部位3個測點，其余沿兩岸在岸坡突變部位設測點。每個測點均采用三向測縫計，監(jiān)測面板與趾板間的開合度、面板法向的沉降、沿縫的切向位移。

（2）豎向縫位移觀測，為了確定張性縫與壓性縫的分布范圍并測量縫張開的寬度，在縱縫間布置單向測縫計，總計為19支。

（3）面板應力應變觀測，在混凝土面板中布置二向應變計7支，布置三向應變計9支，布置無應力計7支，布置鋼筋計9支，

3 施工導流

柏葉口水庫主要建筑物級別為3級，導流建筑物級別為5級，設計洪水標準為P=10%設計。導流時段為全年，相應洪峰流量340 m3/s。施工期壩體臨時攔洪度汛標準按P=2%設計，相應洪峰流量744 m3/s，相應水位在從壩底最低趾板底算起、壩高44.65 m處。

導流方式采用全斷面汛期圍堰法。修筑上下游圍堰擋水，泄洪發(fā)電洞及導流洞聯(lián)合泄洪。

4 大壩施工

4.1 碾壓試驗

2010年3月28日開始對主、次堆石料、墊層料和過渡料按不同鋪料厚度、灑水量、碾壓遍數(shù)進行了碾壓試驗。通過試驗確定主、次堆石料鋪料層厚為85 cm，壓實層厚為80 cm，加水量5%，碾壓遍數(shù)為8遍；墊層料鋪料厚度43 cm，壓實層厚為40 cm，加水量5%，碾壓遍數(shù)為4遍。特殊墊層料壓實層厚為20 cm，碾壓遍數(shù)為8遍。過渡料鋪料厚度為45 cm，壓實層厚為40 cm，碾壓遍數(shù)為4遍，加水量為10%。

4.2 大壩填筑

大壩從2010年4月24日開始進行壩體堆石料填筑，為了保工期，合理安排施工進度，在河床趾板開挖的同時，進行壩體次堆石料填筑，填筑到大壩從壩底最低趾板底算起48 m高度的高程，在趾板開挖驗收后，再進行壩體主堆石料區(qū)填筑，填筑到大壩從壩底最低趾板底算起48 m高度的高程后，壩體全斷面填筑。大壩2010年11月20日填筑到防浪墻底高程，大壩實際填筑歷時6個月，最大填筑強度1.7萬m3/日，平均強度26.7萬m3/月，高峰填筑強度38萬m3/月。

大壩堆石料爆破采用6臺液壓潛孔鉆鉆孔，分梯段爆破，梯段高度10～15 m。挖機裝車，20 t自卸汽車運輸上壩。過渡料利用石料場開采石料，經(jīng)破碎加工后裝料上壩。墊層料在距大壩下游20km的曲里進行加工生產(chǎn)，20 t自卸汽車運輸上壩。壩面填筑堆石料采用進占法，T320推土機平整，平整后采用20 t振動碾碾壓8遍，碾壓采用錯距法。過渡料采用后退法，T320推土機平整，墊層料采用后退法，T160推土機平整，平整后采用20 t振動碾碾壓4遍，堆石料和過渡料采用壩外料車加水和壩面灑水相結合，墊層料在壩面直接灑水。堆石料填筑壓實厚度均按80 cm控制，過渡料和墊層料填筑壓實厚度均按40 cm控制。按堆石料--過渡料--墊層料順序施工，上游墊層料邊坡采用混凝土擠壓邊墻固坡，下游堆石料邊坡采用預制塊護坡。在大壩填筑施工過程中，用挖坑灌水法試驗，檢測主、次堆石料區(qū)（層）的孔隙率是否達到設計指標，墊層料和過渡料區(qū)孔隙率是否達到設計指標，顆粒級配符合設計要求。

大壩上游墊層料邊坡采用混凝土擠壓邊墻固坡。使用擠壓邊墻可以簡化坡面處理，采用擠壓機施工，減少了墊層料分離現(xiàn)象和墊層料在上游面的散落損失；及時提供了防沖蝕和防剝落保護；避免施工人員在上游坡面上作業(yè)，使施工更加安全；施工整潔，坡面可直接進行鋼筋鋪設和面板施工，減少了超填混凝土；工作效率高，保證了施工進度。擠壓邊墻混凝土采用50拌和站生產(chǎn)，配合比按每立方米混凝土水泥120 kg、水 105 kg、沙子 810 kg、石子 1 215 kg、速凝劑 5.04 kg 配置。施工時先施工擠壓邊墻，1 h后填筑墊層料，4 h后進行碾壓。擠壓邊墻的施工關鍵是要控制好墊層料邊緣1.5 m寬的平整度。

4.3 趾板及面板混凝土施工

河床部位水平趾板混凝土采用農(nóng)用三輪車運輸，挖機入倉。兩岸坡斜坡趾板采用泵送混凝土澆筑，混凝土由6 m3罐車運至施工現(xiàn)場卸料至輸送泵，由輸送泵泵送入倉?；炷猎趥}內(nèi)均勻上升，人工進行平倉，每層上升高度不大于40 cm，振搗采用φ100及φ50振搗棒人工振搗。在混凝土澆筑后4～6 h，從下向上逐層拆除表面模板，人工二次壓光收平。趾板15～20m長設置一條寬度2 m的寬縫（后澆帶），待28天后回填二期微膨脹混凝土。在空間轉向處設置寬縫，以防混凝土裂縫。由于大壩填筑與趾板澆筑同時進行，后澆帶在先澆塊齡期達到28天后進行，為解決后澆帶施工影響大壩填筑進度的問題，左右岸坡趾板后澆帶修改為分縫處理。左右岸趾板分縫位置錯開面板垂直縫與趾板相交處，避開趾板轉彎處，單塊長度15 m，分縫位置鋼筋斷開，滿足保護層厚度要求，分縫處設止水。

5 結語

柏葉口水庫混凝土面板堆石壩有如下特點:①大壩壩體直接坐落在河床巖基及卵石混合土上，采用帷幕灌漿、趾板與面板形成整體防滲體系。②大壩上游采用擠壓邊墻新技術固坡，避免了墊層料分離現(xiàn)象和墊層料在上游面的散落損失，且提高工作效率，保證了施工進度。③大壩設計采用反向排水系統(tǒng)，避免在建壩體水位抬高對趾板、面板造成破壞。