王明 胡鑫

1 壩體主要分區(qū)設計

（1）防滲心墻：心墻填筑料采用建筑物開挖料和料場開采料去掉表層的覆蓋層和強風化石料混合的礫質土料填筑。為保證土料的力學性能，要求其壓后礫石含量不低于30%。同時為保證土料的防滲性能，要求施工時礫石不集中，壓后礫石含量不超過50%。

（2）反濾層及過渡料區(qū)：為保護心墻土料，根據反濾設計原則，在心墻外側設置3.0 m厚反濾層，為避免反濾料與堆石體直接接觸粒徑相差太大，同時也為了協(xié)調心墻與壩殼堆石體的變形，在反濾層與堆石料間設置細堆石過渡料區(qū)，過渡料厚度為3.0 m。

（3）上、下游堆石壩殼分區(qū)：上、下游壩殼堆石料主要采用料場開采料及建筑物開挖可用料。壩殼設計的原則，一是要滿足壩坡穩(wěn)定安全；二是盡量利用各樞紐建筑物的開挖石料；三是根據壩體不同部位的要求對壩殼進行分區(qū)，對于不同性質的壩料根據其特性分別填筑于大壩的不同部位。壩頂部位、上游壩殼外部及下游壩殼上部是壩體抗震和壩坡穩(wěn)定的關鍵部位，設置為堆石料Ⅰ區(qū)，采用具有較高強度指標、透水性好的弱風化下-微新巖巖屑石英砂巖堆筑；壩殼內部對石料強度指標要求可適當降低，設置為堆石料Ⅱ區(qū)，采用強風化-弱風化上巖屑石英砂巖、弱風化粉砂巖、強風化粉砂巖、泥質粉砂巖混合料堆筑。堆石料Ⅱ區(qū)的范圍盡可能擴大，以充分利用開挖料，但以滿足壩坡穩(wěn)定、壩殼透水及壩體應力應變等要求為準。

（4）上、下游護坡：為抵御風浪侵蝕、風化及飄浮物的破壞，在上游壩坡設置0.8 m厚拋石，石塊最大塊徑為0.5 m，最小塊徑為0.25 m。下游壩坡為滿足外部觀測、排水及抗震等要求，1 296.0 m標高以上采用漿砌石護坡，厚0.6 m；1 296.0 m標高以下采用干砌石護坡，厚1.5 m。分區(qū)圖如圖1所示。

2 壩料設計

2.1 礫石土指標

料場殘坡積土層屬寬級配的粗粒土，根據現場試驗可知，殘坡積層土的液限范圍26.8%～59.0%，平均液限42.8%，根據分散性試驗、化學性質試驗可知，殘坡積土pH值平均值為5.68，具有弱酸性，且不具有膨脹性，屬非分散性土-過渡性土。碎石土、風化土防滲料質量技術指標及評價見表1。

2.2 堆石料指標

堆石料來源為壩址左岸料場，巖屑石英砂巖、泥質粉砂巖中裂隙發(fā)育情況、粒組組成等存在差異，根據不同巖性、不同風化狀態(tài)的巖石物理力學指標范圍值，評價石料的特性，壩址區(qū)土石料場石料物理力學試驗成果見表2。

圖1 壩體分區(qū)圖

表1 碎石土、風化土防滲料質量技術指標及評價

表2 壩址區(qū)土石料場石料物理力學試驗成果

由表可知，泥質粉砂巖屬于軟巖；強風化-弱風化粉砂巖屬于軟巖-較軟巖，微新的粉砂巖屬于中硬巖；強風化巖屑石英砂巖屬于軟巖-較軟巖，弱風化-微新巖屑石英砂巖屬于中硬巖-堅硬巖。

弱風化下-微新巖巖屑石英砂巖飽和單軸抗壓強度40～80 MPa，各項指標基本可以滿足規(guī)范對堆石料的質量技術要求，可作為良好堆石料，用于堆石料要求較高的大壩上游堆石區(qū)Ⅰ、下游堆石區(qū)Ⅰ和排水層區(qū)堆石料使用。強風化-弱風化上巖屑石英砂巖、弱風化粉砂巖的飽和單軸抗壓強度為15～30 MPa，強風化粉砂巖、泥質粉砂巖飽和單軸抗壓強度均小于15 MPa，用于堆筑壩體上游堆石區(qū)Ⅱ和下游堆石區(qū)Ⅱ。

3 抗震措施

（1）采用直線型的壩軸線，壩頂寬度設計為14.0 m，規(guī)范規(guī)定高壩的頂部寬度宜為10.0～15.0 m，取規(guī)范規(guī)定的上限?？紤]了地震涌浪及地震沉陷量，預留足夠的壩頂超高，在地震情況下的安全加高4.0 m，防浪墻頂高程1 341.70 m。

（2）放緩壩坡，攔河壩上游壩坡坡比為1∶2.1，下游壩坡綜合坡比為1∶2.21，有利于增加壩體抗震性能。

（3）為避免壩頂部位可能出現的淺層局部滑動，設計在下游堆石區(qū)高程1 296.0 m以上采用弱風化下-微新巖巖屑石英砂巖（硬巖）填筑。在上、下游壩坡頂部約1/4壩高范圍（高程1 301.0 m以上）采用加筋（土工格柵）抗震工程措施。其中，高程1 301.0～1321.0 m范圍內每2.0 m鋪設1層土工格柵，高程1 321.0 m以上內每1.0 m鋪設1層土工格柵。自上、下游壩面深入壩體30.0 m，不伸入過渡層為限。

（4）在上游壩腳鋪設一定厚度和寬度的蓋重進行坡腳壓重，以增強大壩地震時的壩坡抗滑穩(wěn)定性。

（5）采用較高的壩料壓實密度，上下游堆石孔隙率20%。

（6）大壩建于巖基上，壩基覆蓋層全部清除，防滲體采用礫質土，具有一定的柔性，適應變形能力強。

（7）大壩上游壩坡采用拋大塊石護坡，下游壩坡1 296.0 m標高以上采用漿砌石護坡，以下采用干砌石護坡，防止雨水沖刷，減小壩坡在地震時淺層滑動破壞幾率。

（8）防滲體與墊層基礎間設置接觸黏土，并在防滲體上、下游面各設置1層反濾層及1層細堆石過渡層，增強了對防滲體和地基的反濾保護及壩體適應變形的能力，增強了地震情況的安全度。

4 設計計算

計算采用MIDAS GTS NX對黃草壩工程進行了應力應變與滲流計算，采用GEOSTUDIO對黃草壩工程進行了壩坡穩(wěn)定計算。結論如下：

（1）二維滲流計算結果表明：正常蓄水位工況、校核洪水位工況壩體單寬滲流量分別為0.123 L/s和0.146 L/s，心墻最大滲透比降分別為1.91和1.92，根據地質提供的資料，本工程心墻允許滲透比降在2～4，現有工況下心墻不會發(fā)生滲透破壞；心墻絕大部分區(qū)域孔壓比在0.8以下，孔壓比極值分別為0.92和0.93，出現在心墻中下部靠上游面，即心墻孔隙水壓力均小于豎向應力，現有工況下心墻不會發(fā)生水力劈裂現象。

（2）二維應力應變靜力計算結果表明：施工期大壩的小主應力在-22.9～-1 561.4 kPa，大主應力在-60.4～-3 409.0 kPa，最大剪應力在4.03～1 067.0 kPa；蓄水后（未考慮濕化）正常運行期小主應力在48.8～-1 531.5 kPa，大主 應 力 在-48.4～-4 057.5 kPa，最 大 剪 應 力 在25.6～1 206.4 kPa；蓄水后（濕化后鄧肯張參數中低值）正常運行期小主應力在32.0～-1 635.5 kPa，大主應力在-37.7～-4 262.5 kPa，最大剪應力在28.4～1 310.3 kPa；蓄水后（濕化后鄧肯張參數低值）正常運行期小主應力 在31.1～-2 040.0 kPa，大主應力在-57.3～-4 359.6 kPa，最大剪應力范圍34.8～1 286.7 kPa。蓄水后蓄水后由于水壓力和濕化作用，壩體應力有所增大，在合理范圍以內。不同工況下心墻應力水平最大值0.60，都小于1。

（3）壩坡穩(wěn)定計算采用非線性抗剪指標，正常運行條件安全系數在1.678～2.246，滿足安全系數大于1.5的要求；非常運行條件Ⅰ安全系數在1.496～2.258，；非常運行條件Ⅱ安全系數在1.278～1.363。最小安全系數對應的工況是正常蓄水位遇地震的上游邊坡，安全系數為1.278。各工況壩坡穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。