八岔林水库混凝土面板堆石坝优化设计

杨　丹，杨　茗

(贵州省水利水电工程咨询有限责任公司，贵州　贵阳　550002)

八岔林水库混凝土面板堆石坝优化设计

杨丹，杨茗

(贵州省水利水电工程咨询有限责任公司，贵州贵阳550002)

摘要：针对八岔林水库坝址区地形地貌、地质条件较复杂，受断层裂隙切割岩体较破碎，完整性较差，存在崩塌和坝基(肩)绕渗等问题，经现场踏勘并结合SL 274—2001、SL 228—2013等碾压式土石坝设计规范，综合考虑工程占地、施工难度及经济效益等因素，优选C25W8钢筋混凝土面板堆石坝方案经计算及多次优化调整后，首部枢纽布置、坝顶高程、大坝经济断面和坝基处理等设计方案均符合规范对高坝的相关技术指标要求，优化方案具有较高的技术可行性和经济合理性。图1幅，表1个。

关键词：水库；混凝土面板堆石坝；首部枢纽；灌浆

1工程概况

八岔林水库工程位于贵州省遵义市正安县境内清溪河支流的深沟溪上，距县城区8.5 km，有简易公路与遵义至正安干线公路相接。工程任务以城市供水为主，兼顾农田灌溉。设计水平年(2025年)向县城(凤仪城区)供水0.6万 m3/d，占总需水量1.89万 m3/d的31.2%，供水人口约1.94万人；灌溉农田面积2 150亩(田1 500亩、土650亩)。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2 000)及《防洪标准》(GB 50201—94)规定，该水库为小(1)型水库，工程等别为Ⅳ等。

八岔林水库属峡谷型水库，两岸山体雄厚，河谷狭窄，岸坡陡峭。水库混凝土面板堆石坝趾板基础岩体均为白云岩，强风化带岩体较破碎，存在坝基肩及坝肩沿断层破碎带渗漏；溢洪道沿线基岩裸露，强风化岩体较破碎，稳定性较差，需进行支护处理[1]；放水隧洞及导流洞进出口洞脸边坡多为岩质切向边坡，强风化边坡稳定较差。针对水库存在的问题，将结合坝址地形地质条件，合理对首部枢纽布置、坝体结构和结构参数等进行优化设计，以确保大坝具有较高的安全可靠性和节能经济性[2]。

2坝址地形地质条件

水库位于清溪河支流深沟溪中上游，由两支沟组成，库区呈“V”形，水库回水最远处至川洞水库，回水长约1 km。库区总体地势北部高、南部低，一般海拔700～1 000 m，最高点为北西部珍珠窝顶，高程1 261.60 m；最低处为南部清溪河河床，高程485 m，最大高差776.60 m。高差大，河谷深切，尤其在库首段，地形陡峻，两支沟左右岸坡角一般为30°～50°，局部为陡崖，形成较对称的“V”型河谷，一般地形坡角为25°～35°，局部为陡崖。库区出露地层主要有寒武系中上统娄山关群(∈2_3ls)至志留系中统石牛栏群(S2sh)等[3]。

坝址坝轴线段为基本对称的“V”型横向河谷结构，坝基肩岩性为薄至厚层白云岩，构造较发育，岩体风化带较厚，岩层产状平缓，岸坡总体稳定；水文地质条件较复杂，两岸及垭口地下水位较低，远岸坡和弱风化层下部岩体为透水性弱，具有较好的防渗条件。

坝址不存在大的工程地质缺陷，工程地质条件较好，具备较好的建坝条件。测区河水、地下水(环境水)对混凝土无腐蚀性。左右岸地形多较陡峻，岩层倾上游偏右岸，以切向坡为主，且岩层平缓；但由于地形较陡，卸荷裂隙较发育，受断层f13切割影响，上盘岩体有向下倾斜的趋势，且岩体破碎，岸坡稳定性差，在右岸f13与f14间形成卸荷带，在雨季、受震动或水库蓄水的影响下存在崩塌问题。左岸有1个天然垭口与其山体相连，垭口鞍部高程为734.60 m，垭口1个般宽20～35 m，长约430 m，分别从上、下游延伸至河床。垭口内地下水位较低(钻孔ZK1揭露为702.80 m)，水库蓄水后，在水压力作用下沿左岸低垭口绕渗的可能性较大。两岸地下水位偏低且左岸有低矮垭口，存在坝基(肩)绕渗问题，须进行防渗处理。

3混凝土重力坝首部枢纽布置

首部枢纽由混凝土面板堆石坝+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组成。

3.1混凝土面板堆石坝

根据坝址地形、地质条件，综合考虑其他枢纽建筑物布置，故选择坝轴线大致垂直于河流流向，拟定坝轴线方位角为N90°W，坝顶高程为735.50 m，防浪墙顶高程为736.60 m，坝顶长133.00 m。大坝基础置于弱风化上限，河床趾板建基面高程为680.00 m，坝轴线处建基面高程为670.00 m，最大坝高65.5 m。

3.2正槽式溢洪道

溢洪道布置在左坝端处，为开敞式无闸控制溢洪道，溢流净宽12.0 m。堰型为WES实用堰，堰面曲线采用幂曲线y=0.229 5x1.85，堰顶高程为732.00 m，进口段设导流墙。整个溢洪道由进水渠、控制段、收缩段、泄槽段、消能工组成，溢洪道桩号长度143.87 m。溢0+000.00之前为进水渠，宽15.8～12.0 m；溢0+000.00～溢0+005.39段为控制段，宽12.0 m；溢0+005.39～溢0+015.39段为调整段，宽12.0 m，底坡i=0.05；溢0+015.39～溢0+085.39段为缓坡段，宽12.0～6.0 m，底坡i=0.05；其中溢0+015.39～溢0+055.39段为收缩段，收缩角4.29°，宽12.0～6.0 m，底坡i=0.05；溢0+085.39～溢0+125.55段为陡坡段，宽6.0 m，底坡i=0.67；溢0+125.55～溢0+143.87段为消能工段，采用挑流消能，反弧半径20 m，挑射角20°，鼻坎高程为700.00 m。另在调整段设交通桥，共两跨，净跨5.5 m，桥面宽4.5 m，桥面高程736.00 m，两侧设混凝土栏杆。

3.3供水和灌溉二洞合一放水隧洞

放水隧洞布置于大坝左岸，在放水隧洞出口与压力钢管相接，压力钢管末端分岔后分别接供水及灌溉引水管道。取水口采用塔式进水口形式，进口底板高程比淤沙高程689.75 m高，比死水位700.00 m低。为了满足死水位工况设计供水引用流量0.306 m3/s的取水要求，同时还要保证最小淹没深度，最终确定进水口中心高程为698.10 m。进水口采用三面收缩的喇叭形，其曲线方程为：

喇叭进口处设拦污栅，喇叭段后设1.8 m×1.8 m的平面检修闸门及0.6 m×0.8 m的通气孔。其后通过方变圆接放水隧洞，洞身为长275.24 m、直径1.8 m的圆形洞；洞身段采用C25钢筋混凝土衬砌，厚300 mm。隧洞后接出口28 m长、直径1 000 mm、管壁厚度为10 mm的钢管，钢管上设1个直径1 000 mm的放水蝶阀与伸缩节，在放水钢管蝶阀前分φ600引水钢管。

4混凝土面板堆石坝结构优化设计

4.1坝顶高程

水库位于山区峡谷地区，按规范采用官厅水库公式分别进行设计洪水位、正常蓄水位及校核洪水位时的波浪爬高及最大风雍水面高度计算，并按规范确定坝顶安全超高。

表1　坝顶高程计算成果

结合表1计算成果，综合考虑大坝沉降等问题，最终确定坝顶高程为735.50 m，防浪墙高出坝顶1.1 m，防浪墙顶高程为736.60 m。

4.2大坝标准横剖面

坝顶高程735.50 m，河床趾板建基面高程680.00 m，最大坝高65.5 m。水库建成后，大坝坝顶除作为连通左右岸的交通通道外，还应满足施工期浇筑上游混凝土面板时施工设备的布置及材料运输所需的坝顶宽度，同时还应满足坝体填筑的施工要求及运行观测等要求；取坝顶宽6.0 m，坝顶长133.0 m，坝顶高程735.50 m，最大坝高65.5 m。为了减少坝体填筑量，降低工程造价，坝顶上游设“┴”型钢筋混凝土防浪墙，墙高3.7 m，墙顶高出坝顶1.1 m，墙顶高程736.60 m；下游设“┘”挡墙，挡墙高1.0 m。上游设0.8 m的检修平台，以利检查通行，检修平台高程733.50 m，检修平台比正常蓄水位高1.5 m。上游坝坡为1∶1.40，下游坝坡为1∶1.40，最大坝底宽187.48 m。上游钢筋混凝土防渗面板为等厚0.45 m，面板后设水平宽3.0 m垫层，垫层后设水平宽4.0 m的过渡层，过渡层后为主堆石区，下游为次堆石区，下游坝面为干砌块石护面。面板下端与趾板相接，趾板厚0.5 m，宽5.0～4.0 m，置于强风化层中下部至弱风化层上部岩基上，筑坝材料采用人工砂石料[5](见图1)。

图1八岔林水库混凝土面板堆石坝大坝剖面

混凝土面板采用C25钢筋混凝土，混凝土抗渗等级为W8，设单层双向钢筋，水平向配筋率为0.3%，竖向配筋率为0.4%。为了适应坝体变形，对面板采取分垂直缝处理，共设1条和右岸面板5条张性垂直缝，间距8 m，止水均采取1道底止水(止水铜片和PVC塑料垫片)。

趾板采用C25钢筋混凝土，配筋率同混凝土面板，设φ25砂浆锚杆(单根长4.5 m)与基岩连接，锚入基岩4.0 m，间距1.5 m。每隔10～15 m或基础变化处分别设伸缩缝，止水采取1道底止水(止水铜片和PVC塑料垫片)，并与周边缝止水连接构成封闭系统。

4.3坝基处理

(1)基础开挖

大坝最大坝高65.5 m，根据规范要求，趾板基础应开挖至坚硬、不冲蚀和可灌浆的基岩。在趾板和坝基开挖中，对地质条件较差位置的开挖边坡采取锚、网、喷联合支护处理。

(2)固结灌浆

趾板基础开挖爆破震动可能使岩体松动，从而降低其承载力，且坝址区小型断层及节理裂隙较发育，岩石完整性较差；为提高岩石的强度及完整性，需要对趾板基础进行固结灌浆并对左岸断层破碎带进行深挖回填[6]。固结灌浆按3排设计，孔距为3 m，排距1.5 m，固结灌浆孔深8～10 m，共计固结灌浆工程量约1 800 m。

(3)帷幕灌浆

防渗帷幕按单排孔布置，孔距均为3 m，孔序按3序次施工；因两岸山高坡陡，为减少无效进尺及缩小孔深，保证灌浆质量，右岸坡及左岸垭口后坡在平硐内进行灌浆；灌浆平硐为城门洞型，宽为3.5 m，高为4 m，右岸平硐长约136 m，左岸垭口后平硐长101 m；平硐工程地质条件总体较好，仅局部受裂隙切割破坏需作一定的工程处理。防渗帷幕有效总面积约3.4万 m2，防渗帷幕线总长为658 m，共设229个孔，钻孔总进尺11 960.8 m。

帷幕分两期实施，从35～229号孔为第一期，1～34号孔为第二期。根据第一期帷幕实施效果，按照先导孔资料对第二期帷幕进行相应调整后，再进行第二期施工。

(4)边坡支护

左坝肩边坡开挖高度约20 m，右坝肩边坡开挖高度约8 m，开挖放坡为1∶0.5～1∶1。在高程上每10 m设1级1.5 m宽马道，马道内侧设排水沟，边坡采用φ20锚杆+喷混凝土支护，其中锚杆单根长3.0 m，喷C20混凝土厚100 mm。

5结语

八岔林水库属峡谷型水库，坝址区地形地质条件复杂，受裂隙切割强风化岩体较破碎，稳定性、完整性较差。为确保混凝土面板堆石坝具有较高安全性，提高项目投资经济效益，在方案优化设计过程中进行了详细计算分析和合理调整，减少了施工难度和工程占地。

(1)坝址区水文地质条件复杂，边坡稳定性较差,受断层裂隙影响，存在崩塌和坝基(肩)绕渗等问题；采取深挖回填、固结灌浆、帷幕灌浆和边坡支护等处理，可满足工程安全稳定性要求。

(2)结合工程区地形地质条件，综合考虑其他枢纽建筑物布置，从技术、经济方面进行综合比较，优选混凝土面板堆石坝+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组成的混凝土面板堆石坝方案。

(3)根据SL 274—2001规范要求，结合各种运行工况下坝顶高程计算成果，最终确定坝顶高程735.60 m，防浪墙顶高程736.60 m。

参考文献：

[1]杨平荣,谭剑波.水库混凝土面板堆石坝优化设计研究浙江[J].浙江水利水电学院学报,2014，26(4):28_30.

[2]高智.山西滹沱河坪上水库坝型优化分析[J].黄河水利职业技术学院学报，2010，22(1)：5_7.

[3]陆秉山,彭章超.云南黑龙水电站坝型选择初探[J].水科学与工程技术,2013(2):58_61.

[4]韩军.影响坝型比选的控制因素探讨[J].吉林水利,2015(8):5_7.

[5]成克雄.八岔林水库混凝土面板堆石坝设计[J].小水电,2014 (3):34_37.

[6]马勋骋.街面水电站混凝土面板堆石坝主要技术问题探讨[J].水利科技与经济,2006(10):697_699.

■

责任编辑吴昊

收稿日期：2016-01-19

作者简介：杨丹(1985-)，女，工程师，主要从事水利水电工程设计、咨询、审查工作。

E_mail：zd19801@126.com