趙鵬飛

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 遼寧沈陽(yáng) 110006）

深厚粘土層上壩體設(shè)計(jì)

趙鵬飛

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 遼寧沈陽(yáng) 110006）

本文簡(jiǎn)要闡述了在庫(kù)區(qū)存在大量透水性較差覆蓋層，可以利用當(dāng)?shù)胤弁良胺圪|(zhì)粘土修筑壩體及水平鋪蓋；并利用水平防滲取代懸掛式垂直防滲的措施及利用下游設(shè)置排水減壓井來(lái)減少壩體及壩基滲漏對(duì)下游的浸沒(méi)影響。

粉土夾粉質(zhì)粘土 水平鋪蓋 排水減壓井

1 工程概況

德日蘇寶冷水庫(kù)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市巴林右旗境內(nèi)，距上游巴林右旗政府所在地大板鎮(zhèn)11km，是查干沐淪河干流唯一的骨干工程，位于河流下游，水庫(kù)控制流域面積8427.4km2，占全流域總面積的73.3%。水庫(kù)的任務(wù)是生態(tài)保護(hù)、工業(yè)和灌區(qū)供水等綜合利用。

水庫(kù)副壩位于友愛(ài)村東北約1.0km處，兩側(cè)為低山，地形舒緩，山頂呈渾圓狀，高程介于625.0～650.0m之間；中間地形相對(duì)平坦，寬約800.0～1000.0m，現(xiàn)為草地，高程介于600.0～607.0m之間，低于水庫(kù)正常蓄水位604.6m，需建副壩。副壩采用直線型布置。

2 副壩工程地質(zhì)條件

副壩地層巖性為沖洪積的砂礫石層、卵石層，副壩位置為查干沐淪河的古河道。覆蓋層較厚，基巖埋藏較深。壩基地層巖性分述如下：

第⑴層：耕植土。黃色，為粉土夾少量粉質(zhì)粘土，富含植物根系，結(jié)構(gòu)松散，此層較薄，最大層厚0.5m，層底埋深0.5m。副壩壩址區(qū)均有分布。

第⑵層：粉土。黃色，局部夾粉質(zhì)粘土薄層或透鏡體，沉積類型為風(fēng)積，此層厚度變化較大，層厚介于1.7～12.7m之間，層底埋深介于2.0～13.0m之間，副壩壩址區(qū)均有分布。

（2-1）層：坡積碎石土，主要由碎石、粘性土、中細(xì)砂等組成，灰黑色，僅揭露于副壩左岸繞壩滲漏段鉆孔GFK1、FK7及FK8中，層底埋深14.5～23.0m，最大層厚為14.3m。

第⑶層：中細(xì)砂?；野咨?，呈稍密～密實(shí)狀態(tài)，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石等，此層厚度變化亦較大，層底埋深13.6～16.0m，最大層厚9.2m之間，副壩壩址區(qū)均有分布。8

第⑷層：礫砂，灰白色，呈稍密～中密狀態(tài)。該層為古河道河底沖洪積物，層間夾粉土、粉質(zhì)粘土、中細(xì)砂薄層或透鏡體。該層顆粒不均，最大粒徑大于5cm。層底埋深67.0～77.0m，層厚44.0～63.4m。副壩壩址區(qū)均有分布。

（4-1）層：中細(xì)砂，為夾層，灰白色，揭露于鉆孔FK6(A-6)、FK4中，埋深分別為64.0～66.0m，48.5～54.5m。

第⑸層：卵石夾粘性土，灰色，卵石磨圓度較好，最大粒徑大于20cm，僅揭露于鉆孔FK2、FK4、FK7中，埋深88.0～95.0m，層厚12.0～20.2m。

（5-1）層：粉質(zhì)粘土夾層，灰黃色，可塑，揭露于鉆孔FK4中，埋深86.0～88.2m。

第⑹層：碎石土，主要由碎石、礫石、中細(xì)砂、粘性土等組成，主要為堆積、沖洪積而成，灰黃色，僅揭露于鉆孔FK4中，埋深94.0～103.0m。

第⑺層：安山巖?；易仙?，質(zhì)地堅(jiān)硬，具氣孔、杏仁構(gòu)造，僅鉆孔FK4揭露若風(fēng)化（埋深約107m，高程497.4m），其他鉆孔均揭露為強(qiáng)風(fēng)化。

3 壩頂高程確定

壩頂超高計(jì)算采用《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）中有關(guān)公式計(jì)算：

y=R+e+A

式中：

y—壩頂超高(m)；

R—最大波浪在壩坡上的爬高(m)；

e—最大風(fēng)壅水面高度(m)；

A—安全加高(m)。

德日蘇寶冷水庫(kù)副壩為三級(jí)建筑物，正常運(yùn)用情況壩頂安全加高A=0.7m，非常運(yùn)用情況壩頂安全加高A=0.4m。最大波浪在壩坡上的爬高R及最大風(fēng)壅水面高度e，按規(guī)范莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算。德日蘇寶冷水庫(kù)副壩多年平均年最大風(fēng)速為22.1m/s，吹程根據(jù)萬(wàn)分之一軍委圖量得為2540m。壩頂超高計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 壩頂超高計(jì)算成果表

壩頂高程計(jì)算，設(shè)計(jì)洪水位的壩頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加壩頂超高：

壩頂高程=603.800+3.476=607.276(m)。

正常蓄水位的壩頂高程為正常蓄水位加壩頂超高：

壩頂高程=604.600+3.593=608.193(m)。

校核洪水位的壩頂高程為校核洪水位加壩頂超高：

壩頂高程=604.600+2.255=606.855(m)。

以上壩頂高程取大值，所以壩頂高程為608.200m。

4 副壩壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

副壩壩型為粉土夾粉質(zhì)粘土均質(zhì)壩，壩頂高程為608.20m，壩長(zhǎng)為520.86m，最大壩高8.30m，壩頂寬度5.5m，上游坡坡比為1:3，下游坡坡比1:2.75。壩頂采用瀝青混凝土路面，路面由4cm的瀝青混凝土、20cm水泥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層、20cm的碎石墊層組成。壩頂從中央向兩側(cè)傾斜，坡度為2%。上游護(hù)坡采用20cm厚混凝土板護(hù)坡，其下設(shè)5cm厚M10砂漿、20cm厚碎石墊層，墊層下設(shè)250g/m2土工布反濾和130cm厚礫砂料，上游護(hù)坡下為頂寬0.5m、底寬1.3m、深2m的混凝土護(hù)腳。下游護(hù)坡采用30cm厚碎石護(hù)坡?；炷磷o(hù)坡板、混凝土護(hù)腳抗壓抗凍性能指標(biāo)均為C20F200。

4.1 副壩筑壩料特性

⑴ 砂礫料的設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)干密度≥ 2.14 t/m3，最大粒徑40mm，墊層料填筑相對(duì)密度不小于0.7。

⑵ 粉土夾粉質(zhì)粘土的設(shè)計(jì)要求：壓實(shí)度不小于97%。

⑶ 粉土的設(shè)計(jì)要求：壓實(shí)度不小于97%，滲透系數(shù)不大于2.05×10-5cm/s。

⑷ 碎石護(hù)坡、墊層及排水溝：粒徑為5～100mm級(jí)配較好, 最大吸水率小于10%，凍融損失小于1%，碎石填筑相對(duì)密度為0.70。

4.2 副壩基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)

壩基基面清理范圍包括壩身、上下游護(hù)坡的基面，其邊界在設(shè)計(jì)基面邊線外1m，壩體置于耕植土下0.2m。壩體填筑前基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)行碾壓處理，壓實(shí)度不小于0.97。壩體填筑之前，對(duì)壩基表層的淤泥、腐植土、雜草、樹(shù)木與植物根系、種植土層等都應(yīng)該全部清除，清基土清運(yùn)至壩腳外整平。

4.3 副壩基礎(chǔ)防滲措施

4.3.1 鋪蓋設(shè)計(jì)

初步設(shè)計(jì)階段在壩底上游1/3處設(shè)有懸掛式帷幕，防滲帷幕總長(zhǎng)1149m，其中壩基帷幕長(zhǎng)749.564m，左岸繞壩帷幕線延長(zhǎng)424m，右岸繞壩帷幕線延長(zhǎng)47.436m，防滲帷幕布置1排灌漿孔，孔深30，孔距2m，頂部嵌入粉土內(nèi)3m。灌漿漿液采用水泥粘土漿，最大灌漿壓力0.3Mpa。

經(jīng)分析，副壩懸掛式帷幕防滲對(duì)滲漏量的影響較小，對(duì)下游出逸比降有一定作用，通過(guò)加強(qiáng)上游水平鋪蓋防滲措施可以達(dá)到同樣的目的和效果。壩線修改前，對(duì)副壩附近的粘土鋪蓋進(jìn)行了進(jìn)一步詳查，副壩壩址區(qū)天然粉土層最大厚度6.2m，最小厚度2.4m，平均厚度3.8m；粉土的最大滲透系數(shù)為1.21×10-3cm/s，最小滲透系數(shù)為2.28×10-4cm/s，平均滲透系數(shù)為2.05× 10-4cm/s，從粉土的分布、厚度及滲透系數(shù)看，該粉土層可做副壩的天然鋪蓋。

因此可采用加長(zhǎng)水平鋪蓋取代原設(shè)計(jì)的水平鋪蓋加垂直帷幕的方案。故在壩前增設(shè)100m長(zhǎng)的人工鋪蓋，人工鋪蓋兩側(cè)延伸到水庫(kù)正常蓄水位604.6m，人工鋪蓋由兩層組成，下層利用天然粉土碾壓而成，厚1m，上層為后鋪粉質(zhì)粘土，厚1m，人工鋪蓋總厚度為2m。

4.3.2 排水減壓井與排水溝

在副壩下游150m處設(shè)排水減壓井，排水減壓井設(shè)在縱向排水溝內(nèi)，減壓井井徑采用60cm，井距8m，深入到強(qiáng)透水層的深度為25m。井管材料為PVC-D管，采用PVC-D套管焊接而成；管材內(nèi)外壁應(yīng)光滑、平整，不允許有氣泡、裂紋、凹陷、色澤不均及分解變色線，管材端部應(yīng)切割平整并應(yīng)與軸線垂直；公稱外徑dn為250mm，環(huán)剛度為8（壁厚為7.3mm），單節(jié)長(zhǎng)度偏差為+20mm，-10mm；濾孔采用圓孔，孔徑為12～14mm，開(kāi)孔率為14%，梅花形布置；濾花管外壁包一層250g/㎡的土工布，土工布外圍螺旋纏繞細(xì)鐵絲；濾管底部用直徑為250mm的PVC-D板焊接封口；井蓋采用PVC-D板，出水口采用漿砌石井臺(tái)，井帽采用素混凝土；回填砂粒料要求級(jí)配良好，粒徑為1.5～15mm；回填素混凝土標(biāo)號(hào)為C10。PVC-D管的物理力學(xué)性能和動(dòng)能試驗(yàn)要求見(jiàn)表2。

壩體下游壩腳處設(shè)貼坡排水，范圍為壩腳至壩體浸潤(rùn)線以上2.0m。貼坡排水下設(shè)土工布反濾，土工布規(guī)格為250g/m2。碎石護(hù)坡自壩頂護(hù)至壩腳，壩腳處設(shè)縱向排水溝，排水溝內(nèi)填碎石作為壓重，

自縱向排水溝到友愛(ài)村外的河漫灘設(shè)置橫向排水溝，形成完整的排水系統(tǒng)，排水減壓井滲水沿橫向排水溝排至河道。

表2 PVC-D管的物理力學(xué)性能和動(dòng)能試驗(yàn)要求

5 結(jié)束語(yǔ)

工程于2010年竣工后，現(xiàn)已運(yùn)行3年多，從目前情況來(lái)看，副壩下游的滲流量與原設(shè)計(jì)采用的水平鋪蓋加垂直帷幕的方案相近；且采用壩后排水減壓井，并未抬高下游友愛(ài)村的地下水位，目前運(yùn)行良好。

1. 田永智,田岳明.軟基土石壩減壓井設(shè)計(jì)(調(diào)整)與效果分析[J].水利水電快報(bào),2006(21):8-10.

2. 王宏碩.水工建筑物[M].武漢：水利電力出版社,1990.

3. 羅濱,朱占峰,武東財(cái).粘土鋪蓋在土壩中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技,2005(03):51-52.

4. 張曉明.荒溝抽水蓄能電站上水庫(kù)主壩壩基粘土質(zhì)砂工程性質(zhì)分析與評(píng)價(jià)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2008(01):34-37.計(jì),

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.08.030

TV64

B

1672-2469（2014）08-0095-03

趙鵬飛（1984年—），男，工程師。