楊海泉

中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司 廣東廣州 510610

1 工程等級和標(biāo)準(zhǔn)

勐甸水庫總庫容1336 萬m3，為Ⅲ等中型工程，主要建筑物大壩、導(dǎo)流輸水隧洞和溢洪道為3 級，次要建筑物為4 級，輸水工程和臨時建筑物為5 級。水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000 年一遇，消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇。輸水工程跨河、跨箐設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇。工程區(qū)相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度，工程按Ⅶ度地震設(shè)防。

2 壩址、壩線選擇

根據(jù)地形地質(zhì)條件與壩址下游的河勢，并考慮到導(dǎo)流兼引水隧洞的布置等，可研階段布置了兩條壩線進(jìn)行比較，即上壩址上壩線（簡稱“上壩線”）和上壩址下壩線（簡稱“下壩線）”。通過兩條壩線方案的攔河壩布置比較發(fā)現(xiàn)：水庫地形平面上呈漏斗狀，上、下壩線正好位于漏斗的瓶頸處，上壩線壩頂長365m，下壩線壩頂長355m，上壩線河床高程615m，下壩線河床高程613.0m，比上壩線低2.0m，但下壩線偏向瓶頸下游，壩頂長度小于上壩線長度10m，壩體填筑量要小于上壩線，因此初步設(shè)計(jì)階段確定了上壩址下壩線方案[1]。

3 粘土心墻石碴壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大壩壩頂長355m，壩頂寬度8m，壩頂高程651.9m，最大壩高44.5m。壩體分區(qū)由上游至下游依次為上游填筑區(qū)、反濾層、中心防滲區(qū)、反濾層、下游填筑區(qū)、排水棱體組成（壩體結(jié)構(gòu)詳見圖1 壩體剖面示意圖）。上、下游填筑區(qū)的全、強(qiáng)風(fēng)化料采用石料場開采的全、強(qiáng)風(fēng)化混合料，并利用部分溢洪道及隧洞的開挖料。壩體防滲采用粘土心墻，粘土心墻墻頂高程651.0m，頂寬3m，心墻上、下游坡度均為1:0.25。心墻上下游分別設(shè)有1.5m 厚的中粗砂和1.5m 厚的級配碎石反濾層，心墻底部設(shè)C25 混凝土壓漿板，厚1.0m。

圖1 壩體剖面示意圖

3.1 心墻材料設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制

大壩壩體采用粘土心墻防滲。根據(jù)試驗(yàn)資料表明：土料場的土料天然狀態(tài)下的粘粒含量為35.5%，天然狀態(tài)下的塑性指數(shù)為Ip=23.90，滲透系數(shù)為1.6×10-6cm/s，天然含水率平均值18.70%，擊實(shí)后的最優(yōu)含水率平均值17.10%，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足防滲土料質(zhì)量要求。

粘土心墻與反濾料、壩殼填筑應(yīng)盡量平起平壓，均衡施工，以保證壓實(shí)質(zhì)量。防滲土料滲流系數(shù)小于1×10-5cm/s，壓實(shí)度為96%-98%。在心墻防滲體上、下游均設(shè)有反濾層，由級配碎石和中粗砂組成，厚度均為1.5m。最優(yōu)含水量，取有一定代表性的壩上全風(fēng)化土的平均值17.1%，施工按-2%至+3%控制。

3.2 壩殼料填筑設(shè)計(jì)

（1）壩體上、下游壩殼料主要采用石料場的強(qiáng)、中風(fēng)化混合料和部分溢洪道、隧洞開挖料。石料場的大理巖全-強(qiáng)風(fēng)化混合料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示全-強(qiáng)風(fēng)化混合料其主要指標(biāo)范圍值為：緊密密度為2.09-2.15g/cm3，內(nèi)摩擦角（擊實(shí)后）31.30°至34.40°，滲透系數(shù)（擊實(shí)后）2.1×10-4至9.8×10-4cm/s，用于壩上游630m高程以上和壩下游637m 高程以下壩殼料填筑。溢洪道及隧洞的開挖料主要為全、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和礫巖，密度為1.98-2.05g/cm3，內(nèi)摩擦角25°至27°，碾壓后滲透系數(shù)＞1×10-4cm/s，用于壩上游630m 高程以下及壩上游637m 高程以上壩殼料填筑。要求料場石碴料填筑指標(biāo)：相對密度≥0.75。

（2）排水棱體石料主要采用石料場弱風(fēng)化巖，強(qiáng)度較高，巖石穩(wěn)定性好，其填筑孔隙率初選24%。

4 壩基開挖及基礎(chǔ)防滲處理

4.1 壩基開挖

大壩河床部位（約95m 范圍）為第四系全新統(tǒng)沖洪積層透水性強(qiáng)，且河床左岸坡度較陡接近1:0.7。主河床左右兩岸下臥3m 左右的第四系全新統(tǒng)殘破積層，透水性較強(qiáng)，滲透系數(shù)平均值1×10-3cm/s 至1×10-4cm/s。

鑒于河床砂卵礫石沖洪積層不是很深厚，并且考慮土壩填筑與岸坡結(jié)合密實(shí)以及防滲需要，清除河床段心墻齒槽部位的砂卵礫石覆蓋層，建于全風(fēng)化基巖下1-3m，該部位的心墻齒槽開挖垂直深度約6m-14m，齒槽底部寬7m，齒槽上、下游開挖坡度1:1.25。左右兩岸的粘土心墻齒槽基礎(chǔ)建于原地面高程下3m-5m 左右（即第四系全新統(tǒng)殘破積層下挖3m 左右），齒槽兩岸開挖邊坡坡比不陡于1:1.5。心墻齒槽巖面設(shè)C25 混凝土壓漿板，厚1.0m，寬7m。上下游壩殼部位清基開挖深度1.0m，剝離表層植被及根植土和河床松散砂卵礫石表層。清基面開挖完成后應(yīng)對壩基面進(jìn)行碾壓，碾壓遍數(shù)不低于7 遍[2]。

4.2 基礎(chǔ)防滲處理

根據(jù)本地質(zhì)勘察成果，壩基為半成巖全、強(qiáng)風(fēng)化帶，滲透系數(shù)小，但壩基全風(fēng)化帶顆粒組成極其不均，以砂、砂礫為主，不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)、細(xì)顆粒含量均相差懸殊，壩基全風(fēng)化帶不同部位因顆粒組成不同分別存在流土、管涌以及過渡型滲透變形破壞可能，經(jīng)計(jì)算壩基及繞壩滲漏帶一定深度內(nèi)運(yùn)行水力比降超過允許水力比降，存在滲透變形破壞，因此需進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理，處理范圍應(yīng)封閉滲透變形破壞層，帷幕底界深度應(yīng)穿過滲透變形破壞層下限5m，以防止壩基、壩肩因滲漏發(fā)生滲透變形破壞。

帷幕灌漿中心線總長494m，其中左岸長96m，河床部位355m，右岸43m，采用雙排孔布置，孔距1.5m，排距1.2m?；A(chǔ)開挖出防滲齒槽后，澆筑1.0m 厚的C25 砼壓漿板，寬7m。帷幕上下游各設(shè)1 排固結(jié)灌漿孔，固結(jié)灌漿孔孔距3m，孔深8m。灌漿材料采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級42.5 級或以上。

5 大壩穩(wěn)定計(jì)算及沉降計(jì)算結(jié)果

5.1 穩(wěn)定計(jì)算

本工程屬中型工程，壩高44.5m，水庫的大壩為3 級建筑物。由于該工程區(qū)域設(shè)計(jì)烈度為7 度，需要進(jìn)行抗震計(jì)算。通過大壩邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算，各種工況下，壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定最小安全系數(shù)，壩體設(shè)計(jì)斷面滿足要求，大壩安全可靠。

5.2 沉降分析

本工程壩基為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖壩基，選取樁號壩0+215.00、壩0+220.00 兩個典型斷面對壩體和壩基的沉降進(jìn)行計(jì)算。

表1 最終沉降量成果表

6 大壩碾壓質(zhì)量控制

為保證施工質(zhì)量，并保證設(shè)計(jì)所選用的有關(guān)土料物理力學(xué)指標(biāo)的合理性，大壩填筑施工前，對土壩不同料源分別進(jìn)行了試驗(yàn)。通過試驗(yàn)和比較確定合適的碾壓施工參數(shù)，包括壓實(shí)機(jī)械類型、機(jī)械參數(shù)、鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、灑水量及滲透系數(shù)、各種填料施工工藝等[3]。詳見圖2 大壩碾壓質(zhì)量控制參數(shù)。

7 結(jié)語

我國水利水電工程碾壓式土石壩技術(shù)趨于成熟，并積累了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為達(dá)到工程安全、經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)先進(jìn)的要求，仍需要不斷探索。勐甸水庫工程勘察設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合地形、地質(zhì)條件和填筑材料，對各種壩型進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，確定了粘土心墻石碴壩為最佳壩型。本工程壩體填筑材料設(shè)計(jì)分區(qū)充分考慮了溢洪道開挖料以及料場材料的性質(zhì)和可利用數(shù)量，對各區(qū)材料的壓實(shí)有嚴(yán)格要求。在土石壩的設(shè)計(jì)過程中，在正常和非正常運(yùn)用條件的荷載組合情況下，必須滿足穩(wěn)定、滲流、變形等要求，保證它能長期安全運(yùn)用并充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

圖2 大壩碾壓施工質(zhì)量控制參數(shù)