辛立平

(重慶水利電力建筑勘測設(shè)計研究院有限公司，重慶，401120)

1 工程概況

高坪水庫工程位于重慶市黔江區(qū)黑溪鎮(zhèn)互助村的黑溪溝右岸支流紙廠溝與汪家河溝匯合口下游約50m處，是一座具有場鎮(zhèn)供水、農(nóng)村飲水、農(nóng)業(yè)灌溉等綜合開發(fā)利用的小(1)型水利工程。大壩為瀝青混凝土心墻石渣壩，最大壩高39.4m，正常蓄水位526.0m，相應(yīng)庫容133.0萬m3，調(diào)節(jié)庫容123.1萬m3；設(shè)計洪水位526.0m，相應(yīng)總庫容133.0萬m3；校核洪水位526.31m時，相應(yīng)總庫容136.3萬m3，工程設(shè)計灌溉面積336hm2。

該瀝青混凝土心墻石渣壩心墻中心線位于壩軸線上游1.90m，心墻頂部高程526.90m，高于校核水位0.59m。心墻底部最低高程488.00m，心墻最大高度38.90m，心墻寬度0.5m。欄桿基座底部高程為526.60m，頂部高程為527.60m，心墻與欄桿基座之間設(shè)置伸縮沉降縫，縫寬20mm，采用銅片止水相連，縫內(nèi)填聚乙烯閉孔泡沫板，表面2cm采用雙組份聚硫密封膏密封。心墻與河床段周邊建筑物連接的2m范圍內(nèi)為心墻擴(kuò)大段，與左岸周邊建筑物連接的4.0m范圍內(nèi)為心墻擴(kuò)大段，與右岸周邊建筑物連接的2.64m范圍內(nèi)為心墻擴(kuò)大段，以延長結(jié)合面的滲徑。心墻上、下游各設(shè)2.0m厚灰?guī)r過渡層，上游壩體石渣料采用從料場開挖的弱風(fēng)化頁巖石渣料填筑，下游壩體石渣料采用基礎(chǔ)開挖及鵝兒坪頁巖石渣料場。壩體下游河床部位布置2.0m厚的級配灰?guī)r排水體與下游灰?guī)r塊石排水棱體相接。

心墻下部設(shè)C25鋼筋混凝土心墻基座，高3.0m，頂部寬8.0m，底部寬5.0m。心墻與基座及剛性建筑物連接處的表面鑿毛，噴涂0.2kg/m2陽離子乳化瀝青，待充分干燥后，涂一層厚度為2cm的砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂。瀝青混凝土心墻與混凝土基座連接時設(shè)置雙層銅片止水，止水銅片上涂刷瀝青涂料。為形成封閉的防滲帷幕，左右壩肩沿原地面線設(shè)帷幕灌漿，帷幕灌漿深度深入相對不透水層(5Lu)以下5m。大壩壩基采用單排帷幕灌漿，孔距為2.0m。同時沿混凝土基座與基巖接觸面進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿布置2排，排距2.0m，間距2.0m，深入基巖5.0m。

2 壩坡穩(wěn)定計算

按《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL 274-2020第5.2.1條規(guī)定：壩坡應(yīng)根據(jù)壩型、壩高、壩的等級、壩體和壩基材料的性質(zhì)，壩所承受的荷載以及施工和運(yùn)行條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。對瀝青混凝土心墻壩的壩坡，可參照已建壩的經(jīng)驗或近似方法初步擬定，最終由穩(wěn)定計算確定。

2.1 壩坡設(shè)計

本工程的筑壩材料主要為上游Ⅰ區(qū)(弱風(fēng)化頁巖石渣料)、下游Ⅱ區(qū)(弱風(fēng)化頁巖石渣料)、Ⅲ區(qū)(強(qiáng)風(fēng)化頁巖石渣料)和Ⅳ區(qū)(棄渣料填筑)。最大壩高為39.40m，防滲體為瀝青混凝土心墻，根據(jù)同類工程類比并結(jié)合計算確定，上、下游壩坡均為1∶2.5。

上游壩坡在高程510.00m處設(shè)置一條2.0m寬的馬道，上游壩坡采用C20預(yù)制混凝土塊護(hù)坡。大壩下游壩坡為1∶2.5，樁號壩橫0+077.45m至左岸上壩公路樁號K0+128.00m范圍內(nèi)，在下游壩坡外側(cè)采用棄渣回填，回填坡比1∶2.5。在高程507.50m、493.00m各設(shè)置一條馬道，馬道寬2.0m。下游坡面在高程493.00m以上采用C25混凝土框格植草護(hù)坡。493.00m高程下部為砂巖塊石排水棱體，排水體頂寬2.0m，內(nèi)坡坡比1∶1.5，外坡坡比1∶2.5。排水棱體下游側(cè)采用棄渣平場至高程490.00m。大壩計算典型斷面如圖1所示。

圖1 大壩穩(wěn)定計算典型斷面

根據(jù)類似工程經(jīng)驗，提出本工程壩體填筑材料技術(shù)要求如表1，下階段應(yīng)采取現(xiàn)場碾壓試驗確定壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)和壓實采用的參數(shù)(碾壓設(shè)備型號、振動頻率及重量、行進(jìn)速度、鋪填厚度、碾壓遍數(shù)、加水量等)。

表1 壩體填料技術(shù)要求

2.2 壩坡穩(wěn)定分析

2.2.1 計算方法

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL 274-2001)和《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(SL 386-2007)的規(guī)定進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL 274-2001)8.3.9條“對于有軟弱夾層、薄斜墻、薄心墻壩的壩坡穩(wěn)定分析及任何壩型，可采用滿足力和力矩平衡的摩根斯頓-普賴斯(Morgenstern-Price)等方法”。根據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(SL386-2007)5.2條“對于土質(zhì)邊坡和呈碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)邊坡，當(dāng)滑動面呈圓弧形時，宜采用簡化畢肖普(Simplified Bishop)法和摩根斯頓-普賴斯法(Morgenstern-Price)進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計算”。本次設(shè)計同時采用簡化畢肖普(Simplified Bishop)法。計算程序采用土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)AutoBank6.1。

2.2.2 計算工況

壩區(qū)地震基本烈度為6度，在50年使用期、超越概率為10%、重現(xiàn)期為500年時，地震動峰值加速度為0.05g。按《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》(SL 203-97)，可不進(jìn)行抗震計算。本次計算工況選取如下：

(1)正常運(yùn)用條件

①穩(wěn)定滲流期，計算上、下游壩坡，水庫水位處于526.00m～504.30m之間的各種水位的穩(wěn)定滲流期；

②庫水位降落期，計算上游壩坡，水庫水位處于526.00m～504.30m之間經(jīng)常性的正常降落。

(2)非常運(yùn)用條件

①竣工期，計算上、下游壩坡；

②校核洪水位穩(wěn)定滲流期，計算上、下游壩坡，水庫水位在526.31m時的穩(wěn)定滲流期；

③庫水位非常降落期，計算上游邊坡，自校核洪水位526.31m降落，降落至死水位以下，以及大流量快速泄空等。

2.2.3 計算參數(shù)

根據(jù)地勘提供的巖土物理力學(xué)參數(shù)建議值，結(jié)合重慶地區(qū)已建水庫(瀝青混凝土心墻堆石壩)的經(jīng)驗，確定材料計算參數(shù)見表2。施工期、穩(wěn)定滲流期、水庫水位降落期采用固結(jié)排水的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。

表2 填筑料物理力學(xué)參數(shù)設(shè)計值

表3壩坡穩(wěn)定分析計算成果(壩后無棄渣段)運(yùn)用條件計算工況坡面簡化畢肖普法摩根斯頓-普賴斯法計算值允許值計算值允許值正常運(yùn)用條件穩(wěn)定滲流期庫水位降落期上游坡1.8421.251.8401.25下游坡1.5851.251.5841.25上游坡1.2881.251.2891.25非常運(yùn)用條件竣工期校核洪水位穩(wěn)定滲流期庫水位非常降落期上游坡1.9181.151.9161.15下游坡1.6051.151.6041.15上游坡1.8471.151.8451.15下游坡1.5851.151.5841.15上游坡1.2421.151.2441.15 表4壩坡穩(wěn)定分析計算成果表(壩后有棄渣段)運(yùn)用條件計算工況坡面簡化畢肖普法摩根斯頓-普賴斯法計算值允許值計算值允許值正常運(yùn)用條件穩(wěn)定滲流期庫水位降落期上游坡1.8421.251.8401.25下游坡1.4841.251.4841.25上游坡1.2881.251.2891.25非常運(yùn)用條件竣工期校核洪水位穩(wěn)定滲流期庫水位非常降落期上游坡1.9181.151.9161.15下游坡1.4841.151.4841.15上游坡1.8471.151.8451.15下游坡1.4841.151.4841.15上游坡1.2421.151.2441.15

表5壩坡穩(wěn)定分析計算成果(棄渣)運(yùn)用條件計算工況坡面簡化畢肖普法摩根斯頓-普賴斯法計算值允許值計算值允許值非常運(yùn)用條件竣工期棄渣填筑邊坡1.3711.151.3711.15 (1)壩后無棄渣在各設(shè)計工況下壩坡均是穩(wěn)定的,計算成果見圖2:

2.2.4 計算成果及分析

壩坡穩(wěn)定分析計算成果見表3-表5。

(a)穩(wěn)定滲流期

(b)庫水位降落期

(c)竣工期

(d)校核洪水位穩(wěn)定滲流期

(e)庫水位非常降落期

(2)壩后有棄渣在各設(shè)計工況下壩坡均是穩(wěn)定的，計算成果見圖3：

(a)穩(wěn)定滲流期

(b)庫水位降落期

(c)竣工期

(d)校核洪水位穩(wěn)定滲流期

(3)壩后棄渣在竣工設(shè)計工況下壩坡均是穩(wěn)定的，計算成果見圖4：

圖4 新渣在竣工期的壩坡穩(wěn)定計算成果

3 結(jié)論

文章從壩坡穩(wěn)定分析證明壩體設(shè)計邊坡和材料分區(qū)及材料設(shè)計力學(xué)參數(shù)是合理的，壩體是安全可靠的。