劉文達(dá)

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州■貴陽■550002)

1　工程概況

甕巖壩水庫位于貴州省銅仁市萬山區(qū)大坪鄉(xiāng)西北部的甕巖村境內(nèi)，水庫壩址距大坪鄉(xiāng)政府所在地12 km，距銅仁市城區(qū)60 km，是1座具有農(nóng)村及集鎮(zhèn)供水和農(nóng)業(yè)灌溉的綜合性水庫。壩址以上流域集水面積7.88 km2，壩址處多年平均年徑流量為532×104m3，多年平均流量為0.169 m3/s。水庫大壩為混凝土面板堆石壩，正常蓄水位663.00 m，最大壩高45.7 mm，總庫容287×104m3，興利庫容238×104m3。水庫規(guī)模為小(1)型，水庫樞紐工程等別為Ⅳ等。工程建成后每年可提供灌溉用水量273×104m3，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及人畜飲水72.8×104m3，向下游下放生態(tài)環(huán)境水53.2×104m3，這將有效緩解銅仁市萬山區(qū)大坪鄉(xiāng)的用水緊張矛盾。

甕巖壩水庫屬峽谷型水庫，河谷寬103 m，呈基本對稱“V”字型，左、右岸均較陡，河谷形態(tài)完整性較好。壩址區(qū)整體未見滑坡、泥石流、崩塌堆積體、卸荷裂隙等不良地質(zhì)現(xiàn)象，但壩基以軟質(zhì)巖為主，巖體較破碎，裂隙相對發(fā)育，存在較嚴(yán)重的壩基滲漏、繞壩滲漏、邊坡局部淺層滑塌等問題。為確保大壩建筑物整體設(shè)計方案與工程特性具有較好匹配性能，將結(jié)合壩址區(qū)基本地質(zhì)條件，合理對混凝土面板堆石壩樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)斷面和特征參數(shù)等進行優(yōu)化調(diào)整，以期獲得技術(shù)可靠、經(jīng)濟優(yōu)化的設(shè)計方案，指導(dǎo)工程高效優(yōu)質(zhì)施工建設(shè)[1]。

2　壩址地形地質(zhì)條件

甕巖壩水庫建庫河流處于基本對稱“V”型谷地形，為補給型河流。左、右岸均較陡，河床高程為629.8 m，兩岸山頂高程809～859 m，切割深度約200～230 m。正常蓄水位663.00 m，對應(yīng)河谷寬103 m，左岸河谷斜坡地形較厚實，河谷谷坡面較平整，坡角在42°左右；兩岸河谷基本對稱，呈“V”型，河谷形態(tài)完整性較好。壩址區(qū)為單斜地層構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀50°～70°，傾角5°～12°，巖層傾向下游偏左岸。河床覆蓋較深(0.5～6.1 m)，壩基巖性為杷榔組(∈1p)，為淺灰色、灰綠色粉砂質(zhì)粘土巖，強風(fēng)化厚度3～14 m；強風(fēng)化上部巖體較破碎，平均波速2 009 m/s，可作為面板壩壩基持力層，主要為CⅤ類巖體。

兩壩肩受力巖體強度較低，主要為較軟巖，巖性為寒武系杷榔組(∈1p)，為淺灰色、灰綠色粉砂質(zhì)粘土巖，強風(fēng)化帶巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性較差。右岸為順、斜向坡，強風(fēng)化節(jié)理裂隙較發(fā)育，抗滑穩(wěn)定性較差，開挖邊坡高度為40 m，為中高邊坡。左岸為逆、斜向坡，地形完整性較好，強風(fēng)化節(jié)理裂隙較發(fā)育，抗滑穩(wěn)定性較差，中下部巖體抗滑穩(wěn)定性稍好。兩岸坡頂高程為809～859 m，壩址高程為629.8 m，坡高達(dá)到200～230 m。由于坡高達(dá)到200～230 m，邊坡開挖后，需采取合理支護措施及時支護[2]。

河心孔zk5揭露，河床0～3.0 m為砂卵礫石夾沙土，3.0～6.1 m為混凝土，孔深6.1 m處見基巖；巖性為把榔組(∈1p)，為淺灰色、灰綠色粉砂質(zhì)粘土巖，飽和抗壓強度平均值為12.41 MPa，巖質(zhì)較軟，巖體允許承載力可達(dá)0.8～1.2 MPa，能滿足建壩要求。巖體風(fēng)化較淺，強風(fēng)化厚度2～4 m，弱風(fēng)化巖體平均波速2 129 m/s，巖體較完整。

由于壩基巖性為較軟巖，強風(fēng)化裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，水頭壓力較大，地下水易沿層面及結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滲透破壞。壩基滲漏主要沿基礎(chǔ)巖體強風(fēng)化帶裂隙繞壩滲漏，不僅影響水庫蓄水，而且影響大壩滲漏變形穩(wěn)定；可以通過帷幕灌漿解決，壩基蓄水地質(zhì)條件好。防滲帷幕端點接地下水位，下限進入弱風(fēng)化巖體，根據(jù)鉆孔水位觀測、呂榮值以5 Lu控制、巖體完整程度等[3]，同時滿足1倍壩高的要求，則有效防滲面積9 395.27 m2。

3　混凝土面板堆石壩首部樞紐布置

首部樞紐建筑物布置由混凝土面板堆石壩、右岸岸邊正槽式溢洪道、左岸取水兼放空系統(tǒng)(導(dǎo)流洞改造)等組成。

3.1　混凝土面板堆石壩

混凝土面板堆石壩壩軸線呈直線布置，壩軸線方位角為N14°45′7″E，最大壩高45.7 m，壩頂高程665.70 m，防浪墻頂高程666.90 m，壩頂寬度5.0 m，壩軸線長112.38 m，趾板建基面坐落于弱風(fēng)化巖體上部，河床段趾板建基面高程620.00 m。大壩上游壩坡為1∶1.4，下游壩坡為1∶1.4。壩體分區(qū)從上游到下游依次為上游石渣蓋重區(qū)1B、上游粉煤灰鋪蓋區(qū)1A、混凝土面板F、墊層區(qū)2A、過渡區(qū)3A、堆石區(qū)3B、下游塊石護坡P等幾個區(qū)。混凝土面板采用C25W8F100混凝土，厚度400 mm。為適應(yīng)壩體變形，面板設(shè)橫縫，兩岸受拉垂直張性縫間距8.00 m，中間受壓垂直壓性縫間距13 m。趾板采用平趾板型式，厚度0.5 m，趾板寬度統(tǒng)一取為4.5 m，趾板與基巖間用φ25(Ⅲ級)L=4.5 m@3×1.5 m錨筋錨固。對基礎(chǔ)進行固結(jié)灌漿處理，基礎(chǔ)固結(jié)灌漿布置為3排，孔深均為5 m，排距1.5 m，孔距3.0 m。

3.2　正槽式溢洪道

溢洪道布置在大壩右岸，為岸邊正槽式溢洪道，整個溢洪道由引渠段、控制段、泄槽段和消能段組成。引渠段底板高程661.00 m，凈寬15 m。樁號溢0+000.00～溢0+005.00為控制段，控制段分為2孔，凈寬14 m，溢流堰采用WES實用堰，堰面曲線為：Y=0.255X1.85，堰頂高程663.00 m，堰頂上設(shè)交通橋，橋?qū)?.0 m，與壩頂相接。泄槽段緊接控制段之后，分為一級陡坡、拋物線段和二級陡坡；一級陡坡坡降為i=0.067，斷面為矩形，邊墻凈高由4.71 m降至2.0 m，為直立式擋墻，墻厚0.5 m；底板厚度0.5 m；一級陡坡末端高程為658.83 m。一級陡坡后接拋物線段，拋物線段曲線方程為：Y=0.067X+0.029X2，邊墻高度2.0 m，為直立式擋墻，墻厚0.5 m，底板厚度0.5 m，拋物線段末端高程為654.56 m。拋物線段后接二級陡坡，二級陡坡坡降為i=0.696，斷面為矩形，邊墻凈高2.0 m，為直立式擋墻，墻厚0.5 m，底板厚度0.5 m，邊墻及底板均采用C25鋼筋混凝土襯砌。在泄槽段設(shè)置收縮段，底凈寬由14 m收縮至10 m，收縮角5°。溢洪道出口消能工采用挑流消能方式，泄槽末端接半徑R=10 m的反弧段相接，挑流鼻坎高程633.94 m，挑射角25°。下游設(shè)水平護坦與河道銜接，長10 m，厚0.5 m，挑流鼻坎段邊墻厚度0.5 m，邊墻頂部高程637.94 m。

3.3　取水兼放空隧洞

取水兼放空隧洞由導(dǎo)流洞改造而成，布置于河床左岸，由引水段、塔式取水口、隧洞段及隧洞出口段組成。樁號0+000.00～0+007.00段為塔式取水口段，總長7.0 m，進口底板高程為633.50 m。在進口設(shè)置1個攔污柵，孔口尺寸為1.8 m×1.4 m(寬×高)；攔污柵后設(shè)1個扇平板事故閘門，孔口尺寸1.0 m×1.0 m(寬×高)，事故閘門后設(shè)通氣孔，孔口尺寸為1.0 m×1.0 m(寬×高)。閘門井后設(shè)漸變段，由1.0 m×1.0 m的方孔漸變?yōu)橹睆?.0 m圓孔；樁號0+007.00～0+046.87段為取水隧洞段，洞身采用城門洞型，洞身尺寸為1.8 m×2.2 m(寬×高)，全長39.87 m，坡比i=8.389%；樁號0+007.00～0+357.18段為導(dǎo)流洞隧洞段，洞身采用城門洞型，洞身尺寸為2×3.293(寬×高)，全長317.31 m，坡比i=1.242%。在隧道內(nèi)埋設(shè)φ1 000取水兼放空鋼管。φ1 000取水兼放空鋼管在隧洞出口接入閘閥室，在閘閥室分出1根φ1 000鋼岔管作為取水管，1根φ1 000鋼岔管作為放空管，接入下游河道內(nèi)，1根φ150鋼岔管作為生態(tài)放水管，接入下游河道內(nèi)。

4　混凝土面板堆石結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計計算

4.1　壩頂高程

按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—2014)，甕巖壩水庫為Ⅳ等小(1)型水庫，大壩工程等級為4級，壩頂高程按30年一遇設(shè)計洪水和300年一遇校核洪水計算確定。根據(jù)水庫調(diào)洪計算成果，水庫校核洪水位(P=0.33%)為665.680 m，設(shè)計洪水位(P=3.33%)為664.97 m，正常蓄水位為663.00 m。

《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL 274—2001)規(guī)定[4]，大壩建筑物為4級，設(shè)計工況下，A=0.5 m；校核工況下，A=0.3 m。經(jīng)計算得壩頂高程成果如下所示(見表1)。

結(jié)合表1計算成果及《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，在正常應(yīng)用條件下，壩頂應(yīng)高出靜水位0.5 m，在非正常應(yīng)用條件下，壩頂應(yīng)不低于靜水位[5]。故壩頂高程確定為665.70 m，壩頂設(shè)防浪墻，高出壩頂1.2 m，墻頂高程為666.90 m。

表1　壩頂高程計算成果

4.2　大壩標(biāo)準(zhǔn)橫剖面

壩址區(qū)無重要公路通過，結(jié)合壩頂運行和壩頂設(shè)施布置，擬定壩頂凈寬5.0 m。壩頂上游設(shè)“T”型鋼筋混凝土防浪墻[6]，墻高2.69 m，墻頂高出壩頂1.2 m，墻頂厚度0.4 m，墻頂高程666.90 m。上游設(shè)0.8 m的檢修平臺，以利檢查通行，檢修平臺高程665.00 m，檢修平臺比正常蓄水位高2.0 m。下游設(shè)“L”擋墻，擋墻高1.5 m，墻厚0.3 m，壩頂路面為200 mm厚度混凝+300 mm碎石墊層鋪筑，壩頂總寬度為5.7 m。上下游壩坡均采用1∶1.4。壩體材料從上游至下游依次分為：上游防滲補強區(qū)(蓋重區(qū)、上游鋪蓋區(qū))、墊層區(qū)、過渡區(qū)、堆石區(qū)(見圖1)。

圖1甕巖壩水庫混凝土面板堆石主壩標(biāo)準(zhǔn)斷面

面板張性垂直縫位于兩壩肩附近，間距8 m；面板壓性垂直位于縫河床部分，間距13 m。面板分塊總數(shù)11塊，在面板截面中部設(shè)置單層雙向鋼筋，縱、橫向鋼筋配筋率均為0.35%；在面板拉應(yīng)力區(qū)或岸邊周邊縫及附近可適當(dāng)配置增強鋼筋。趾板混凝土為C25W8F100，表面設(shè)1層雙向鋼筋，其縱、橫向鋼筋均按0.35% 配筋設(shè)置，每方混凝土含筋率按50 kg計算。

4.3　壩基處理

趾板河床壩段基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖層頂部，壩體填筑區(qū)基礎(chǔ)清除覆蓋層。左右岸坡巖石按1∶0.5坡比開挖，土質(zhì)按1∶1.5坡比開挖，采用掛網(wǎng)、噴錨支護。趾板地基采用固結(jié)灌漿和噴錨支護[7]，其中固結(jié)灌漿孔共布置3排，排距1.5 m，孔距3 m，孔深5 m，總進尺1 605 m。在趾板基礎(chǔ)布置錨桿，共布置3排，為φ25(Ⅲ級)錨桿，L=4.5 m，間、排距均為1.5 m。

帷幕灌漿沿趾板線布置[8]，左、右岸帷幕防滲均接地下水位，根據(jù)地下水位線與正常蓄水位線交點按15 m深度控制確定邊界。根據(jù)巖體風(fēng)化、透水性與地下水位進行綜合考慮，確定帷幕灌漿防滲底界；帷幕底界以1倍水頭控制，進入地下相對穩(wěn)定水位10～15 m，底界伸入透水率為3～5 Lu的巖層5～10 m。帷幕灌漿為單排，壩址區(qū)孔距為2 m，左右兩岸孔距為3 m；帷幕線總長276 m，帷幕總進尺3 183 m，其中有效進尺2 777 m，無效進尺406 m。

5　結(jié)　論

(1)甕巖壩水庫壩址區(qū)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，據(jù)壩址區(qū)地質(zhì)條件勘察和鉆探成果表明，主壩存在基巖體較破碎、壩肩巖體強度較低、裂隙發(fā)育等問題，通過清除覆蓋層、掛網(wǎng)噴錨支護、固結(jié)灌漿、帷幕灌漿等工程措施進行處理后，具備良好成庫條件。

(2)結(jié)合壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，綜合考慮筑壩材料、壩基處理和施工工藝等因素，優(yōu)選混凝土面板堆石壩、右岸岸邊正槽式溢洪道、左岸取水兼放空系統(tǒng)(導(dǎo)流洞改造)等3部分組成的首部樞紐布置方案。

(3)根據(jù)SL 274—2001、GB 50201—2014等規(guī)范要求，結(jié)合水庫調(diào)洪計算成果，最終確定壩頂高程665.70 m，防浪墻頂高程666.90 m。

參考文獻：

[1]劉敏．隴或水庫混凝土面板堆石壩設(shè)計及特點[J].廣西水利水電,2014(4):37_40.

[2]龔常青.新屯水庫混凝土面板堆石壩方案[J].水利科技與經(jīng)濟,2014,20(10):144_146.

[3]王振強.納子峽電站混凝土面板堆石壩設(shè)計[J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2016(9):106_108，120.

[4]伍廷陽.某混凝土面板堆石壩設(shè)計[J].水利科技與經(jīng)濟,2015,21(10):57_58.

[5]覃建波.王家河水電站混凝土面板堆石壩設(shè)計與施工[J].中國水能及電氣化,2014(8):47_49,57.

[6]楊丹,楊茗.八岔林水庫混凝土面板堆石壩優(yōu)化設(shè)計[J].小水電,2016(3):32_35.

[7]馬文卿.某水庫混凝土面板堆石壩壩基處理設(shè)計[J].甘肅水利水電技術(shù),2014,50(4):49_50.

[8]余學(xué)彥,婁紹撐.佃石水庫面板堆石壩面板型式調(diào)整設(shè)計[J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2012(3):68_70.