金橋水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)方案比選

范志強(qiáng)

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

金橋水庫(kù)是一座?。ㄒ唬┬退こ蹋値?kù)容119.2萬(wàn)m3。水庫(kù)樞紐主要建筑物有主壩、副壩、泄洪閘、進(jìn)水閘等。主壩位于河流交匯處的下游，與河流走向基本垂直；副壩分為左岸、右岸副壩，依兩岸地形布置；泄洪閘布置在主河槽，為3孔開(kāi)敞式閘；進(jìn)水閘2座，分別布置在左右兩岸，即主壩的左右兩端。

2 壩基地質(zhì)情況

水庫(kù)主壩壩基主要為低液限粉土和不良砂。壩基下結(jié)構(gòu)松散的不良砂層透水性中等，低液限黏土層具弱—微透水性，可作為隔水層。壩基主要存在滲漏、滲透穩(wěn)定、基坑涌水及級(jí)配不良砂層的震動(dòng)液化問(wèn)題。壩基需進(jìn)行必要的防滲處理，伸入低液限黏土層2 m以下，并設(shè)排水棱體于壩后，降低壩體浸潤(rùn)線。

主壩壩肩處岸坡均為土質(zhì)，其上部為結(jié)構(gòu)松散，弱透水性的低液限粉土，下部為結(jié)構(gòu)較密實(shí)，弱—微透水性的低液限黏土。

左、右岸副壩壩基為結(jié)構(gòu)松散的低液限粉土和級(jí)配不良砂層，下伏具有相對(duì)隔水性的低液限黏土，地下水位埋深0.2～0.5 m。壩基應(yīng)采取措施消除震動(dòng)液化。

3 壩基處理

3.1 防滲處理方案

本工程僅有主壩壩基存在滲漏問(wèn)題，需采取防滲處理措施。壩基防滲分為垂直防滲和上游防滲鋪蓋，作為以供水為主的北方小水庫(kù)，應(yīng)選擇垂直防滲，垂直防滲又分為明挖回填截水槽、混凝土防滲墻、灌漿帷幕等，本工程級(jí)配不良砂層最大厚度3.9 m，因此選擇明挖回填截水槽方案。

3.2 壩基地震液化處理方案

本工程主、副壩壩基均存在地震液化問(wèn)題，對(duì)判別可能液化的土層，應(yīng)挖除換土，在挖除比較困難或很不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采取加密措施，對(duì)淺層液化土層宜采用振動(dòng)壓密，對(duì)深層液化土層宜用強(qiáng)夯方法加密。

該工程液化土層屬淺層，若采用較為徹底的挖除換土法，壩基處理工程量偏大，不太經(jīng)濟(jì)。對(duì)于淺層，以振動(dòng)壓密和重錘夯實(shí)較為經(jīng)濟(jì)和有效，但其有效深度在1～2 m之間，不滿足本工程要求的深度。

因此本工程采用圍封方式解決壩基液化問(wèn)題。

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3.3 壩基處理設(shè)計(jì)

結(jié)合壩基防滲截水槽、泄洪閘閘基砂層挖除換土，在主壩下游坡腳處壩基砂層開(kāi)挖一條圍封土槽，將主壩壩基砂層封閉。

為配合主壩壩基圍封，上游截水槽位置設(shè)在上游坡腳處壩基砂層，不滿足距上游壩腳1/3～1/2壩底寬度處的要求，因此在截水槽下游面鋪設(shè)土工膜，并沿砂層頂面延伸至距上游壩腳1/3～1/2壩底寬度處。土工膜選用兩布一膜長(zhǎng)絲復(fù)合土工膜，膜厚0.5 mm，滲透系數(shù)不大于1×10－12cm/s。上游截水槽及下游圍封槽底寬分別為2 m和1.5 m，上下游兩側(cè)邊坡均為 1∶1.5。

副壩采用圍封方式解決副壩壩基液化問(wèn)題，由于副壩壩基下游側(cè)為低液限粉土，僅在副壩壩基上游側(cè)開(kāi)挖圍封槽，圍封槽底寬為2 m，上下游兩側(cè)邊坡均為1∶1.5。

4 壩體設(shè)計(jì)

4.1 壩型選擇

金橋水庫(kù)壩址河道斷面呈“U”型，河底寬約50 m，河底高程1 004 m左右。壩址兩岸為黃土臺(tái)地，兩岸岸坡較緩，壩基為砂層和土層，因此不適合修建重力壩。

另外，壩址附近沒(méi)有石料場(chǎng)，最近的石料場(chǎng)位于鵝毛河出山口的小磨村附近，距壩址約15 km，從壩址地質(zhì)條件和主要建筑材料的采運(yùn)等方面分析，也不合適修建堆石壩。

壩址附近土料遍布，其中壩址上游左岸的土料場(chǎng)儲(chǔ)量豐富，質(zhì)量能達(dá)到防滲體土料技術(shù)要求，且開(kāi)采和運(yùn)輸方便。因此，從主要建筑材料的采運(yùn)、施工、投資等方面分析，修建碾壓均質(zhì)土壩較為合理。

因此，選定大壩為碾壓均質(zhì)土壩。

4.2 主壩設(shè)計(jì)

主壩為均質(zhì)土壩，長(zhǎng)245 m，壩頂高程1 011.50 m，壩頂寬6 m，最大壩高7.5 m。

壩頂上游側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土防護(hù)墻，高出壩頂0.6 m，墻頂高程 1 012.10 m，L 型鋼筋混凝土防護(hù)墻總高度 1.25 m，厚度 0.2 m，為 C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每隔10 m設(shè)沉降縫道。

壩頂下游側(cè)設(shè)路緣石，壩頂路面為C20混凝土路面，厚0.2 m，混凝土路面下分別鋪設(shè)碎石基層（200 mm）、粉煤灰墊層（250 mm），并留有下游坡排水溝進(jìn)水口。上游壩坡1∶3，由上至下為干砌石護(hù)坡（300 mm）、碎石墊層（25 mm）和砂墊層（250 mm），防護(hù)范圍從死水位1 006.00 m至壩頂。下游壩坡1∶3，采用0.1 m厚草皮護(hù)坡，其下設(shè)0.3 m厚腐殖土，同時(shí)在下游坡面設(shè)混凝土菱形框格和矩形混凝土排水溝，在貼坡排水頂面（高程1 007.00 m）設(shè)縱向排水溝一道，在樁號(hào) B0＋059.00 和 B0＋187.00 處及樁號(hào) B0＋116.00 和 B0＋129.00 處（泄洪閘兩側(cè)）、兩側(cè)岸坡處設(shè)橫向排水溝，共設(shè)橫向排水溝6道（包括邊溝）。排水溝尺寸為 0.3 m×0.3 m（寬×深），采用 C20 混凝土結(jié)構(gòu)，厚15 cm。為方便下游壩面交通，在樁號(hào)B0＋059.00和B0＋187.00處的橫向排水溝一側(cè)設(shè)上壩臺(tái)階，為C20混凝土結(jié)構(gòu)，寬0.8 m，臺(tái)階底板厚0.2 m，每個(gè)踏步的高度、寬度分別為 0.12 m，0.36 m。

在下游坡腳處設(shè)置以貼坡排水為主的綜合式排水，壩內(nèi)褥墊伸入壩內(nèi) 10 m，厚0.5 m，坡外在1 007.00 m高程以下采用貼坡排水反濾層砌護(hù)，反濾層結(jié)構(gòu)從下到上依次為中粗砂（厚300 mm）、砂卵石（厚300 mm）、干砌塊石（厚300 mm）。

壩體填筑壓實(shí)度不小于0.96，與壩體連接的岸坡邊坡按緩于1∶2控制。

4.3 副壩設(shè)計(jì)

副壩為均質(zhì)土壩，包括左岸副壩和右岸副壩，副壩總長(zhǎng)度1 150 m，其中左岸副壩長(zhǎng)550 m，右岸副壩長(zhǎng)600 m。

副壩壩頂高程1 011.50 m，壩頂寬度6 m，左岸副壩最大壩高5.3 m，右岸副壩最大壩高4.0 m。在副壩的上下游兩側(cè)設(shè)路緣石，中間為0.2 m厚的混凝土路面，混凝土路面下設(shè)2層0.25 m厚砂礫石墊層，并留有下游坡排水溝進(jìn)水口。

副壩上游壩坡1∶3，采用0.3 m厚干砌石護(hù)坡，其下設(shè)0.25 m厚碎石墊層和0.25 m厚砂墊層，防護(hù)范圍根據(jù)地形從實(shí)際地面至壩頂。下游壩坡1∶3，采用0.1 m厚草皮護(hù)坡，其下設(shè)0.3 m厚腐殖土，同時(shí)在下游坡面每50 m設(shè)置矩形混凝土橫向排水溝，在下游坡腳設(shè)縱向排水溝一道。排水溝尺寸0.3 m×0.3 m（寬×深），采用C20混凝土結(jié)構(gòu)，厚15 cm。

5 結(jié)論

由于金橋水庫(kù)主副壩地基存在一系列問(wèn)題，因此本工程利用壩基防滲截水槽，結(jié)合下游坡腳處壩基砂層再開(kāi)挖一條圍封土槽，將壩基砂層封閉，可較好地解決壩基液化問(wèn)題。明挖回填截水槽方案解決了主、副壩壩基防滲問(wèn)題。通過(guò)大壩滲流穩(wěn)定及壩坡穩(wěn)定分析，壩體不會(huì)發(fā)生滲透變形，正常蓄水位時(shí)最大斷面上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定。