楊　丹，楊　茗

(貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，貴州　貴陽　550002)

八岔林水庫混凝土面板堆石壩優(yōu)化設(shè)計(jì)

楊丹，楊茗

(貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，貴州貴陽550002)

摘要：針對八岔林水庫壩址區(qū)地形地貌、地質(zhì)條件較復(fù)雜，受斷層裂隙切割巖體較破碎，完整性較差，存在崩塌和壩基(肩)繞滲等問題，經(jīng)現(xiàn)場踏勘并結(jié)合SL 274—2001、SL 228—2013等碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，綜合考慮工程占地、施工難度及經(jīng)濟(jì)效益等因素，優(yōu)選C25W8鋼筋混凝土面板堆石壩方案經(jīng)計(jì)算及多次優(yōu)化調(diào)整后，首部樞紐布置、壩頂高程、大壩經(jīng)濟(jì)斷面和壩基處理等設(shè)計(jì)方案均符合規(guī)范對高壩的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，優(yōu)化方案具有較高的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性。圖1幅，表1個(gè)。

關(guān)鍵詞：水庫；混凝土面板堆石壩；首部樞紐；灌漿

1工程概況

八岔林水庫工程位于貴州省遵義市正安縣境內(nèi)清溪河支流的深溝溪上，距縣城區(qū)8.5 km，有簡易公路與遵義至正安干線公路相接。工程任務(wù)以城市供水為主，兼顧農(nóng)田灌溉。設(shè)計(jì)水平年(2025年)向縣城(鳳儀城區(qū))供水0.6萬 m3/d，占總需水量1.89萬 m3/d的31.2%，供水人口約1.94萬人；灌溉農(nóng)田面積2 150畝(田1 500畝、土650畝)。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2 000)及《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—94)規(guī)定，該水庫為小(1)型水庫，工程等別為Ⅳ等。

八岔林水庫屬峽谷型水庫，兩岸山體雄厚，河谷狹窄，岸坡陡峭。水庫混凝土面板堆石壩趾板基礎(chǔ)巖體均為白云巖，強(qiáng)風(fēng)化帶巖體較破碎，存在壩基肩及壩肩沿?cái)鄬悠扑閹B漏；溢洪道沿線基巖裸露，強(qiáng)風(fēng)化巖體較破碎，穩(wěn)定性較差，需進(jìn)行支護(hù)處理[1]；放水隧洞及導(dǎo)流洞進(jìn)出口洞臉邊坡多為巖質(zhì)切向邊坡，強(qiáng)風(fēng)化邊坡穩(wěn)定較差。針對水庫存在的問題，將結(jié)合壩址地形地質(zhì)條件，合理對首部樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保大壩具有較高的安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性[2]。

2壩址地形地質(zhì)條件

水庫位于清溪河支流深溝溪中上游，由兩支溝組成，庫區(qū)呈“V”形，水庫回水最遠(yuǎn)處至川洞水庫，回水長約1 km。庫區(qū)總體地勢北部高、南部低，一般海拔700～1 000 m，最高點(diǎn)為北西部珍珠窩頂，高程1 261.60 m；最低處為南部清溪河河床，高程485 m，最大高差776.60 m。高差大，河谷深切，尤其在庫首段，地形陡峻，兩支溝左右岸坡角一般為30°～50°，局部為陡崖，形成較對稱的“V”型河谷，一般地形坡角為25°～35°，局部為陡崖。庫區(qū)出露地層主要有寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群(∈2_3ls)至志留系中統(tǒng)石牛欄群(S2sh)等[3]。

壩址壩軸線段為基本對稱的“V”型橫向河谷結(jié)構(gòu)，壩基肩巖性為薄至厚層白云巖，構(gòu)造較發(fā)育，巖體風(fēng)化帶較厚，巖層產(chǎn)狀平緩，岸坡總體穩(wěn)定；水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，兩岸及埡口地下水位較低，遠(yuǎn)岸坡和弱風(fēng)化層下部巖體為透水性弱，具有較好的防滲條件。

壩址不存在大的工程地質(zhì)缺陷，工程地質(zhì)條件較好，具備較好的建壩條件。測區(qū)河水、地下水(環(huán)境水)對混凝土無腐蝕性。左右岸地形多較陡峻，巖層傾上游偏右岸，以切向坡為主，且?guī)r層平緩；但由于地形較陡，卸荷裂隙較發(fā)育，受斷層f13切割影響，上盤巖體有向下傾斜的趨勢，且?guī)r體破碎，岸坡穩(wěn)定性差，在右岸f13與f14間形成卸荷帶，在雨季、受震動(dòng)或水庫蓄水的影響下存在崩塌問題。左岸有1個(gè)天然埡口與其山體相連，埡口鞍部高程為734.60 m，埡口1個(gè)般寬20～35 m，長約430 m，分別從上、下游延伸至河床。埡口內(nèi)地下水位較低(鉆孔ZK1揭露為702.80 m)，水庫蓄水后，在水壓力作用下沿左岸低埡口繞滲的可能性較大。兩岸地下水位偏低且左岸有低矮埡口，存在壩基(肩)繞滲問題，須進(jìn)行防滲處理。

3混凝土重力壩首部樞紐布置

首部樞紐由混凝土面板堆石壩+左岸明渠正槽式溢洪道+左岸供水和灌溉二洞合一放水隧洞等組成。

3.1混凝土面板堆石壩

根據(jù)壩址地形、地質(zhì)條件，綜合考慮其他樞紐建筑物布置，故選擇壩軸線大致垂直于河流流向，擬定壩軸線方位角為N90°W，壩頂高程為735.50 m，防浪墻頂高程為736.60 m，壩頂長133.00 m。大壩基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化上限，河床趾板建基面高程為680.00 m，壩軸線處建基面高程為670.00 m，最大壩高65.5 m。

3.2正槽式溢洪道

溢洪道布置在左壩端處，為開敞式無閘控制溢洪道，溢流凈寬12.0 m。堰型為WES實(shí)用堰，堰面曲線采用冪曲線y=0.229 5x1.85，堰頂高程為732.00 m，進(jìn)口段設(shè)導(dǎo)流墻。整個(gè)溢洪道由進(jìn)水渠、控制段、收縮段、泄槽段、消能工組成，溢洪道樁號長度143.87 m。溢0+000.00之前為進(jìn)水渠，寬15.8～12.0 m；溢0+000.00～溢0+005.39段為控制段，寬12.0 m；溢0+005.39～溢0+015.39段為調(diào)整段，寬12.0 m，底坡i=0.05；溢0+015.39～溢0+085.39段為緩坡段，寬12.0～6.0 m，底坡i=0.05；其中溢0+015.39～溢0+055.39段為收縮段，收縮角4.29°，寬12.0～6.0 m，底坡i=0.05；溢0+085.39～溢0+125.55段為陡坡段，寬6.0 m，底坡i=0.67；溢0+125.55～溢0+143.87段為消能工段，采用挑流消能，反弧半徑20 m，挑射角20°，鼻坎高程為700.00 m。另在調(diào)整段設(shè)交通橋，共兩跨，凈跨5.5 m，橋面寬4.5 m，橋面高程736.00 m，兩側(cè)設(shè)混凝土欄桿。

3.3供水和灌溉二洞合一放水隧洞

放水隧洞布置于大壩左岸，在放水隧洞出口與壓力鋼管相接，壓力鋼管末端分岔后分別接供水及灌溉引水管道。取水口采用塔式進(jìn)水口形式，進(jìn)口底板高程比淤沙高程689.75 m高，比死水位700.00 m低。為了滿足死水位工況設(shè)計(jì)供水引用流量0.306 m3/s的取水要求，同時(shí)還要保證最小淹沒深度，最終確定進(jìn)水口中心高程為698.10 m。進(jìn)水口采用三面收縮的喇叭形，其曲線方程為：

喇叭進(jìn)口處設(shè)攔污柵，喇叭段后設(shè)1.8 m×1.8 m的平面檢修閘門及0.6 m×0.8 m的通氣孔。其后通過方變圓接放水隧洞，洞身為長275.24 m、直徑1.8 m的圓形洞；洞身段采用C25鋼筋混凝土襯砌，厚300 mm。隧洞后接出口28 m長、直徑1 000 mm、管壁厚度為10 mm的鋼管，鋼管上設(shè)1個(gè)直徑1 000 mm的放水蝶閥與伸縮節(jié)，在放水鋼管蝶閥前分φ600引水鋼管。

4混凝土面板堆石壩結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1壩頂高程

水庫位于山區(qū)峽谷地區(qū)，按規(guī)范采用官廳水庫公式分別進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水位、正常蓄水位及校核洪水位時(shí)的波浪爬高及最大風(fēng)雍水面高度計(jì)算，并按規(guī)范確定壩頂安全超高。

表1　壩頂高程計(jì)算成果

結(jié)合表1計(jì)算成果，綜合考慮大壩沉降等問題，最終確定壩頂高程為735.50 m，防浪墻高出壩頂1.1 m，防浪墻頂高程為736.60 m。

4.2大壩標(biāo)準(zhǔn)橫剖面

壩頂高程735.50 m，河床趾板建基面高程680.00 m，最大壩高65.5 m。水庫建成后，大壩壩頂除作為連通左右岸的交通通道外，還應(yīng)滿足施工期澆筑上游混凝土面板時(shí)施工設(shè)備的布置及材料運(yùn)輸所需的壩頂寬度，同時(shí)還應(yīng)滿足壩體填筑的施工要求及運(yùn)行觀測等要求；取壩頂寬6.0 m，壩頂長133.0 m，壩頂高程735.50 m，最大壩高65.5 m。為了減少壩體填筑量，降低工程造價(jià)，壩頂上游設(shè)“┴”型鋼筋混凝土防浪墻，墻高3.7 m，墻頂高出壩頂1.1 m，墻頂高程736.60 m；下游設(shè)“┘”擋墻，擋墻高1.0 m。上游設(shè)0.8 m的檢修平臺(tái)，以利檢查通行，檢修平臺(tái)高程733.50 m，檢修平臺(tái)比正常蓄水位高1.5 m。上游壩坡為1∶1.40，下游壩坡為1∶1.40，最大壩底寬187.48 m。上游鋼筋混凝土防滲面板為等厚0.45 m，面板后設(shè)水平寬3.0 m墊層，墊層后設(shè)水平寬4.0 m的過渡層，過渡層后為主堆石區(qū)，下游為次堆石區(qū)，下游壩面為干砌塊石護(hù)面。面板下端與趾板相接，趾板厚0.5 m，寬5.0～4.0 m，置于強(qiáng)風(fēng)化層中下部至弱風(fēng)化層上部巖基上，筑壩材料采用人工砂石料[5](見圖1)。

圖1八岔林水庫混凝土面板堆石壩大壩剖面

混凝土面板采用C25鋼筋混凝土，混凝土抗?jié)B等級為W8，設(shè)單層雙向鋼筋，水平向配筋率為0.3%，豎向配筋率為0.4%。為了適應(yīng)壩體變形，對面板采取分垂直縫處理，共設(shè)1條和右岸面板5條張性垂直縫，間距8 m，止水均采取1道底止水(止水銅片和PVC塑料墊片)。

趾板采用C25鋼筋混凝土，配筋率同混凝土面板，設(shè)φ25砂漿錨桿(單根長4.5 m)與基巖連接，錨入基巖4.0 m，間距1.5 m。每隔10～15 m或基礎(chǔ)變化處分別設(shè)伸縮縫，止水采取1道底止水(止水銅片和PVC塑料墊片)，并與周邊縫止水連接構(gòu)成封閉系統(tǒng)。

4.3壩基處理

(1)基礎(chǔ)開挖

大壩最大壩高65.5 m，根據(jù)規(guī)范要求，趾板基礎(chǔ)應(yīng)開挖至堅(jiān)硬、不沖蝕和可灌漿的基巖。在趾板和壩基開挖中，對地質(zhì)條件較差位置的開挖邊坡采取錨、網(wǎng)、噴聯(lián)合支護(hù)處理。

(2)固結(jié)灌漿

趾板基礎(chǔ)開挖爆破震動(dòng)可能使巖體松動(dòng)，從而降低其承載力，且壩址區(qū)小型斷層及節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石完整性較差；為提高巖石的強(qiáng)度及完整性，需要對趾板基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿并對左岸斷層破碎帶進(jìn)行深挖回填[6]。固結(jié)灌漿按3排設(shè)計(jì)，孔距為3 m，排距1.5 m，固結(jié)灌漿孔深8～10 m，共計(jì)固結(jié)灌漿工程量約1 800 m。

(3)帷幕灌漿

防滲帷幕按單排孔布置，孔距均為3 m，孔序按3序次施工；因兩岸山高坡陡，為減少無效進(jìn)尺及縮小孔深，保證灌漿質(zhì)量，右岸坡及左岸埡口后坡在平硐內(nèi)進(jìn)行灌漿；灌漿平硐為城門洞型，寬為3.5 m，高為4 m，右岸平硐長約136 m，左岸埡口后平硐長101 m；平硐工程地質(zhì)條件總體較好，僅局部受裂隙切割破壞需作一定的工程處理。防滲帷幕有效總面積約3.4萬 m2，防滲帷幕線總長為658 m，共設(shè)229個(gè)孔，鉆孔總進(jìn)尺11 960.8 m。

帷幕分兩期實(shí)施，從35～229號孔為第一期，1～34號孔為第二期。根據(jù)第一期帷幕實(shí)施效果，按照先導(dǎo)孔資料對第二期帷幕進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整后，再進(jìn)行第二期施工。

(4)邊坡支護(hù)

左壩肩邊坡開挖高度約20 m，右壩肩邊坡開挖高度約8 m，開挖放坡為1∶0.5～1∶1。在高程上每10 m設(shè)1級1.5 m寬馬道，馬道內(nèi)側(cè)設(shè)排水溝，邊坡采用φ20錨桿+噴混凝土支護(hù)，其中錨桿單根長3.0 m，噴C20混凝土厚100 mm。

5結(jié)語

八岔林水庫屬峽谷型水庫，壩址區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，受裂隙切割強(qiáng)風(fēng)化巖體較破碎，穩(wěn)定性、完整性較差。為確?；炷撩姘宥咽瘔尉哂休^高安全性，提高項(xiàng)目投資經(jīng)濟(jì)效益，在方案優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算分析和合理調(diào)整，減少了施工難度和工程占地。

(1)壩址區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，邊坡穩(wěn)定性較差,受斷層裂隙影響，存在崩塌和壩基(肩)繞滲等問題；采取深挖回填、固結(jié)灌漿、帷幕灌漿和邊坡支護(hù)等處理，可滿足工程安全穩(wěn)定性要求。

(2)結(jié)合工程區(qū)地形地質(zhì)條件，綜合考慮其他樞紐建筑物布置，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行綜合比較，優(yōu)選混凝土面板堆石壩+左岸明渠正槽式溢洪道+左岸供水和灌溉二洞合一放水隧洞等組成的混凝土面板堆石壩方案。

(3)根據(jù)SL 274—2001規(guī)范要求，結(jié)合各種運(yùn)行工況下壩頂高程計(jì)算成果，最終確定壩頂高程735.60 m，防浪墻頂高程736.60 m。

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責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2016-01-19

作者簡介：楊丹(1985-)，女，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)、咨詢、審查工作。

E_mail：zd19801@126.com