黃家灣水庫混凝土面板堆石壩設計

伍承駒

（貴州省水利水電勘測設計研究院 貴州 貴陽 550000）

黃家灣水庫面板堆石壩壩高82.1m，基礎為軟質巖，巖石的飽和單軸抗壓強度小于30MPa，為了保障大壩基礎的穩(wěn)定性，針對軟質巖石基礎的特性，對大壩基礎采取有效的處理措施，使大壩結構設計更趨于合理。

1 工程概況

黃家灣水庫位于格凸河中游河段，擬建壩址位于紫云縣板當鎮(zhèn)黃家灣河段上，地理位置：東經 106°11′～106°13′，北緯 25°47′～25°48′，距紫云縣城18km，有公路通至壩址，交通較方便。

黃家灣水庫位于格凸河中游，壩址以上集雨面積969km2，河長91.23km，主河道平均比降3.63‰，多年平均流量18m3/s，多年平均年徑流量5.68億m3，設計正常蓄水位1055m，相應庫容14380萬m3，死水位1035m，相應庫容5640萬m3，調節(jié)庫容8740萬m3。主要樞紐建筑物有大壩、溢洪道、放空底孔、引水隧洞、廠房等，大壩為面板堆石壩，壩頂高程1057m，最大壩高82.1m。黃家灣水利樞紐工程是綜合利用的水利工程，主要任務以城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水、農業(yè)灌溉為主，并結合發(fā)電。水庫總庫容16610萬m3，工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模屬大（2）型。

2 建壩河段工程地質條件分析

2.1 地形地貌

可選壩段位于格凸河上游黃家灣東西向寬緩河谷段，縱向長約1.4km。初選上、下兩個壩址比較，上壩址位于東西向河段進口處200m，下壩址距上壩址600m左右。

2.2 地質構造

壩段位于江洞溝向斜東翼近核部，未發(fā)現(xiàn)大斷層，巖層陡傾倒轉，產狀N10°～30°E/SE∠40°～65°,總體為單斜構造，層狀結構。但褶皺發(fā)育，層間錯動軟弱夾層發(fā)育。主要發(fā)育裂隙有六組，以①、②、④組最發(fā)育。

層面及層間錯動夾層：壩址由于受構造擠壓影響，層面發(fā)育，泥頁巖巖層內形成較多的層間錯動夾層，后期風化改造使泥化程度加劇，主要表現(xiàn)為泥頁巖破碎，呈鱗片狀夾砂質碎顆或鱗片，并伴有層間揉皺，多在夾層頂?shù)撞啃纬善鸱墓饷婕扮R面。在ZK3、ZK5等鉆孔以及PD2平洞有揭露，遇水易泥化，強度明顯降低。

通過上述分析可以得出在本工程中，工程地基基礎為軟質巖地基。

3 大壩設計難點問題

3.1 軟質巖問題

通過對該大壩地質條件分析，可以得知其地層巖性屬于軟巖類，往往存在濕陷問題。會產生以下問題：

（1）強度和穩(wěn)定性問題。當?shù)鼗目辜魪姸炔蛔阋灾С猩喜拷Y構的自重及外荷載時，地基就會產生局部或整體剪切破壞。

（2）壓縮及不均勻沉降問題。當?shù)鼗谏喜拷Y構的自重及外荷載作用下產生過大的變形時，會影響結構物的正常使用。特別是超過結構物所能容許的不均勻沉降時，會引起建筑物地上主體的墻體開裂甚至破壞。

（3）水量損失問題。地基的滲漏量超過容許值時，會發(fā)生水量損失導致發(fā)生事故。因此必須對軟質巖地基進行防滲處理。

3.2 大流量泄洪問題

本工程下泄流量高達2183m3/s，下泄高度大于80m，考慮到溢洪道下游基巖巖性主要為泥巖，抗沖能力很差，溢洪道下游挑流段基礎需要進行處理。

4 黃家灣水庫面板堆石壩設計要點

4.1 大壩基礎設計

通過上文的分析和研究，得知本工程壩基基礎為軟質巖石地基，因而在施工中為了保證大壩建造的穩(wěn)定性，須采取必要的地基基礎處理。

4.1.1 基礎開挖設計

下壩址為較對稱“V”型橫向谷，出露地層為T2b2-4薄～中厚層狀砂巖、砂質泥巖，T2b2-5薄層砂質泥巖、泥巖夾少量砂巖及第四系沖積、坡積層。河床大部分地段基巖裸露，深潭及河流階地部分覆蓋層厚2m～5m。兩岸坡1050m高程以下基巖裸露，覆蓋層零星分布。1050m高程以上覆蓋層厚0.5m～2.5m，邊坡穩(wěn)定。上游部分的壩基開挖，將趾板設于弱風化巖石上，開挖深度5.9m～15.6m，開挖坡比：覆蓋層1∶1，強風化1∶0.75，弱風化1∶0.5，單級坡高宜小于8m。趾板下游0.5倍壩高范圍以內要求開挖至與趾板同高程，趾板下游0.5倍壩高范圍以外壩體地基可只開挖至強風化基巖上部。

4.1.2 固結灌漿設計

固結灌漿施工的特點是“圍、擠、壓”，就是先將灌漿區(qū)圈圍住，再在中間插孔灌漿擠密最后逐序壓實，這樣易于保證灌漿質量，所以，固結灌漿的施工次序必須遵循逐漸加密的原則。

在黃家灣面板堆石壩設計中，趾板與基巖連接部位，為了提高趾板基礎的整體性，提高抗沖擊能力，避免帷幕灌漿時破壞趾板，形成漏漿，灌漿時不起壓，趾板地基需進行固結灌漿，按3排布置，在防滲帷幕的上游布置一排，下游布置兩排。孔、排距2.5m，梅花型布置，孔深5m。

4.1.3 帷幕灌漿設計

壩區(qū)強風化巖體及局部弱風化巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，據(jù)鉆孔壓水試驗統(tǒng)計，巖體透水率q=0.2 Lu～1.3Lu，最大可達37Lu(ZK11號鉆孔)，局部透水率較大；兩岸強風化深度大，壩基(肩)及兩岸存在裂隙性繞滲漏問題，需作帷幕灌漿處理。

在面板堆石壩帷幕灌漿設計中，灌漿帷幕一般是沿趾板中心線布置。一般情況下主帷幕深度不宜小于壩前最大水深的30%。帷幕深度的簡單公式如下：

式中，D——帷幕深度，m；

H0——壩前最大水深，m；

C——常數(shù)，一般取8m～25m。

在本工程中，防滲帷幕線壩體部分沿趾板線布置，兩壩肩垂直岸坡往山體延伸，以正常蓄水位1055m與地下水位的交點為帷幕端點，帷幕線總長551m，帷幕深度按深入巖體透水率為3Lu區(qū)域內5m。帷幕灌漿孔按單排孔，孔距3m布置。帷幕灌漿按III序施灌，I序孔作為先導孔進行灌漿試驗,兩個I序次孔之間插一個Ⅱ序次孔和兩個Ⅲ序次孔。第一序次孔距12m，逐序在中間布孔。灌漿材料為純水泥漿，灌漿后透水率控制值為1Lu。初擬帷幕表層段灌漿壓力值為0.4MPa～0.7MPa，孔底段為1.0MPa～1.2MPa。帷幕灌漿總進尺12780m，有效進尺12580m，無效進尺200m。

4.1.4 邊坡支護設計

兩岸自然邊坡為斜向坡，局部強風化深度較大。基礎開挖深度5.9m～15.6m，開挖邊坡主要由覆蓋層及強風化巖體構成，呈散體及碎裂塊體結構，層面與裂隙存在不利結構組合，開挖邊坡穩(wěn)定性差,變形破壞形式主要為覆蓋層滑坡或坍塌，強風化巖體崩塌或坍滑，需加強臨時支護。對于開挖邊坡，清除局部不穩(wěn)定巖體，邊坡采用噴錨支護處理措施，噴C25混凝土厚100mm，邊坡設Φ25的砂漿錨桿，根長4.5m，間、排距2m，同時坡頂采取排水措施。

4.2 壩體設計

4.2.1 壩坡

大壩的主堆石料為灰?guī)r料，參見我國部分已建砂礫石面板堆石壩工程實例，最終確定本工程面板壩壩坡取值為：上、下游壩坡均選用1∶1.5，下游坡面在995.6m、1017.0m、1037.0m處分別設置3.0m寬馬道。大壩上游面為鋼筋砼面板，下游面為干砌塊石護坡。

4.2.2 面板

混凝土面板堆石壩上游迎水面設置鋼筋混凝土面板，它是壩體的主要防滲結構，并將上游水壓力傳給堆石體。根據(jù)《混凝土面板堆石壩設計規(guī)范》的相關規(guī)定，并參考其他國內外工程經驗，本工程面板采用C25鋼筋混凝土，根據(jù)壩體斷面布置，其最大面板厚度按下式計算：

式中，t——面板的厚度，m；

H——斷面至面板頂部的垂直距離，m。

擬定面板混凝土抗?jié)B指標為W10，抗凍指標F100。為適應壩體變形，對面板進行分縫。本工程受壓區(qū)面板寬度擬為12m，兩岸邊受壓區(qū)擬為6m。

5 結語

通過上文分析，在軟質巖石上修建高壩，其基礎處理是非常重要的，要進行詳細的地質分析，了解地基的情況，并且根據(jù)地基基礎的具體情況采用有效的地基處理方式，才能確保大壩結構設計合理。陜西水利

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