八岔林水庫混凝土面板堆石壩優(yōu)化設計

楊　丹，楊　茗

(貴州省水利水電工程咨詢有限責任公司，貴州　貴陽　550002)

八岔林水庫混凝土面板堆石壩優(yōu)化設計

楊丹，楊茗

(貴州省水利水電工程咨詢有限責任公司，貴州貴陽550002)

摘要：針對八岔林水庫壩址區(qū)地形地貌、地質條件較復雜，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，經現場踏勘并結合SL 274—2001、SL 228—2013等碾壓式土石壩設計規(guī)范，綜合考慮工程占地、施工難度及經濟效益等因素，優(yōu)選C25W8鋼筋混凝土面板堆石壩方案經計算及多次優(yōu)化調整后，首部樞紐布置、壩頂高程、大壩經濟斷面和壩基處理等設計方案均符合規(guī)范對高壩的相關技術指標要求，優(yōu)化方案具有較高的技術可行性和經濟合理性。圖1幅，表1個。

關鍵詞：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。工程任務以城市供水為主，兼顧農田灌溉。設計水平年(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；灌溉農田面積2 150畝(田1 500畝、土650畝)。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2 000)及《防洪標準》(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巖體均為白云巖，強風化帶巖體較破碎，存在壩基肩及壩肩沿斷層破碎帶滲漏；溢洪道沿線基巖裸露，強風化巖體較破碎，穩(wěn)定性較差，需進行支護處理[1]；放水隧洞及導流洞進出口洞臉邊坡多為巖質切向邊坡，強風化邊坡穩(wěn)定較差。針對水庫存在的問題，將結合壩址地形地質條件，合理對首部樞紐布置、壩體結構和結構參數等進行優(yōu)化設計，以確保大壩具有較高的安全可靠性和節(jié)能經濟性[2]。

2壩址地形地質條件

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”型橫向河谷結構，壩基肩巖性為薄至厚層白云巖，構造較發(fā)育，巖體風化帶較厚，巖層產狀平緩，岸坡總體穩(wěn)定；水文地質條件較復雜，兩岸及埡口地下水位較低，遠岸坡和弱風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缺陷，工程地質條件較好，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、受震動或水庫蓄水的影響下存在崩塌問題。左岸有1個天然埡口與其山體相連，埡口鞍部高程為734.60 m，埡口1個般寬20～35 m，長約430 m，分別從上、下游延伸至河床。埡口內地下水位較低(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

根據壩址地形、地質條件，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。大壩基礎置于弱風化上限，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，進口段設導流墻。整個溢洪道由進水渠、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。另在調整段設交通橋，共兩跨，凈跨5.5 m，橋面寬4.5 m，橋面高程736.00 m，兩側設混凝土欄桿。

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。取水口采用塔式進水口形式，進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計供水引用流量0.306 m3/s的取水要求，同時還要保證最小淹沒深度，最終確定進水口中心高程為698.10 m。進水口采用三面收縮的喇叭形，其曲線方程為：

喇叭進口處設攔污柵，喇叭段后設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1個直徑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構優(yōu)化設計

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行設計洪水位、正常蓄水位及校核洪水位時的波浪爬高及最大風雍水面高度計算，并按規(guī)范確定壩頂安全超高。

表1　壩頂高程計算成果

結合表1計算成果，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大壩標準橫剖面

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，還應滿足施工期澆筑上游混凝土面板時施工設備的布置及材料運輸所需的壩頂寬度，同時還應滿足壩體填筑的施工要求及運行觀測等要求；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，壩頂上游設“┴”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“┘”擋墻，擋墻高1.0 m。上游設0.8 m的檢修平臺，以利檢查通行，檢修平臺高程733.50 m，檢修平臺比正常蓄水位高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，面板后設水平寬3.0 m墊層，墊層后設水平寬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，置于強風化層中下部至弱風化層上部巖基上，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%。為了適應壩體變形，對面板采取分垂直縫處理，共設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或基礎變化處分別設伸縮縫，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成封閉系統(tǒng)。

4.3壩基處理

(1)基礎開挖

大壩最大壩高65.5 m，根據規(guī)范要求，趾板基礎應開挖至堅硬、不沖蝕和可灌漿的基巖。在趾板和壩基開挖中，對地質條件較差位置的開挖邊坡采取錨、網、噴聯合支護處理。

(2)固結灌漿

趾板基礎開挖爆破震動可能使巖體松動，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；為提高巖石的強度及完整性，需要對趾板基礎進行固結灌漿并對左岸斷層破碎帶進行深挖回填[6]。固結灌漿按3排設計，孔距為3 m，排距1.5 m，固結灌漿孔深8～10 m，共計固結灌漿工程量約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，為減少無效進尺及縮小孔深，保證灌漿質量，右岸坡及左岸埡口后坡在平硐內進行灌漿；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229個孔，鉆孔總進尺11 960.8 m。

帷幕分兩期實施，從35～229號孔為第一期，1～34號孔為第二期。根據第一期帷幕實施效果，按照先導孔資料對第二期帷幕進行相應調整后，再進行第二期施工。

(4)邊坡支護

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1級1.5 m寬馬道，馬道內側設排水溝，邊坡采用φ20錨桿+噴混凝土支護，其中錨桿單根長3.0 m，噴C20混凝土厚100 mm。

5結語

八岔林水庫屬峽谷型水庫，壩址區(qū)地形地質條件復雜，受裂隙切割強風化巖體較破碎，穩(wěn)定性、完整性較差。為確?；炷撩姘宥咽瘔尉哂休^高安全性，提高項目投資經濟效益，在方案優(yōu)化設計過程中進行了詳細計算分析和合理調整，減少了施工難度和工程占地。

(1)壩址區(qū)水文地質條件復雜，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、固結灌漿、帷幕灌漿和邊坡支護等處理，可滿足工程安全穩(wěn)定性要求。

(2)結合工程區(qū)地形地質條件，綜合考慮其他樞紐建筑物布置，從技術、經濟方面進行綜合比較，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SL 274—2001規(guī)范要求，結合各種運行工況下壩頂高程計算成果，最終確定壩頂高程735.60 m，防浪墻頂高程736.60 m。

參考文獻：

[1]楊平榮,譚劍波.水庫混凝土面板堆石壩優(yōu)化設計研究浙江[J].浙江水利水電學院學報,2014，26(4):28_30.

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[4]韓軍.影響壩型比選的控制因素探討[J].吉林水利,2015(8):5_7.

[5]成克雄.八岔林水庫混凝土面板堆石壩設計[J].小水電,2014 (3):34_37.

[6]馬勛騁.街面水電站混凝土面板堆石壩主要技術問題探討[J].水利科技與經濟,2006(10):697_699.

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責任編輯吳昊

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計、咨詢、審查工作。

E_mail：zd19801@126.com