聚仙廟水庫左岸貼坡式副壩設(shè)計及應(yīng)用

謝玲麗，仇金長，邢茜茜，魏清順

（1.武漢志宏水利水電設(shè)計院，湖北武漢，430070；2.駐馬店市水利工程局，河南駐馬店，463000；3.山西農(nóng)業(yè)大學城鄉(xiāng)建設(shè)學院，山西太谷，030801）

聚仙廟水庫左岸貼坡式副壩設(shè)計及應(yīng)用

謝玲麗1，仇金長2，邢茜茜1，魏清順3

（1.武漢志宏水利水電設(shè)計院，湖北武漢，430070；2.駐馬店市水利工程局，河南駐馬店，463000；3.山西農(nóng)業(yè)大學城鄉(xiāng)建設(shè)學院，山西太谷，030801）

為解決聚仙廟水庫因左岸地質(zhì)條件復(fù)雜且穩(wěn)定性較差而引起的壩體穩(wěn)定和防滲問題，在對地形及地質(zhì)巖性進一步分析的基礎(chǔ)上，提出了左岸“貼坡式副壩”的設(shè)計方案。工程充分利用左岸山體，在其上游面護砌一定厚度的混凝土作為防滲面板，將左壩肩較為單薄的山體全面包圍，并設(shè)錨桿將左岸山體及其防滲面板連成一個整體，作為左岸的“貼坡式副壩”。經(jīng)試驗驗證，這種設(shè)計既解決了左岸的穩(wěn)定和防滲問題，又節(jié)省了筑壩工程量和工程投資?！百N坡式副壩”設(shè)計方案可為重力壩及類似的工程設(shè)計提供借鑒和參考。

聚仙廟水庫；貼坡式副壩；穩(wěn)定；防滲

1 工程概況

聚仙廟水庫位于湖北省十堰市張灣區(qū)，壩址以上承雨面積24.8 km2，水庫總庫容327.4萬m3，最大壩高50 m，是一座以抗旱應(yīng)急水源供水、灌溉為主，兼顧防洪等綜合利用的?。?）型水庫。樞紐工程主要建筑物由砌石混凝土重力壩、左岸導流-沖砂-放空洞、供水灌溉洞及生態(tài)放水管等組成。工程等別為IV等，大壩、泄洪建筑物、供水灌溉洞等主要建筑物級別為4級，其他次要及臨時建筑物級別為5級。大壩為重現(xiàn)期30年（P=3.33%）洪水設(shè)計，重現(xiàn)期200年（P=0.5%）洪水校核，消能防沖建筑物設(shè)計標準為重現(xiàn)期20年（P=5%）洪水設(shè)計。

壩址區(qū)為武當群楊坪組第二亞組絹云鈉長片巖，巖性軟弱，其大壩左岸地質(zhì)條件復(fù)雜，左岸壩肩山體單薄，滲徑較短，片理及裂隙發(fā)育，壩肩下游呈臨空狀，片理面傾向臨空面，在縱向橫裂隙切割作用下，構(gòu)成不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體。由于左岸地質(zhì)條件復(fù)雜，左岸壩體的穩(wěn)定和防滲問題成為設(shè)計的一個難題[1]。

2 左岸壩體設(shè)計難度分析及方案比選

2.1 左岸壩體設(shè)計難度分析

根據(jù)現(xiàn)場勘察的地質(zhì)巖性情況，聚仙廟水庫壩址處出露的巖層為武當群楊坪組第二亞組絹云鈉長片巖，可以布置面板壩和重力壩。但由于壩址處河段呈“S”形彎曲，壩線位于河床縮窄的“咽喉”地帶，兩岸岸坡較陡，局部為陡崖，不利于面板壩的布置。相比之下，由于重力壩體形較小，可以布置在河床縮窄的“咽喉”地帶[2-3]。而且，重力壩擋水和泄洪建筑物融為一體，沖砂及取水建筑物鑲嵌于壩體內(nèi)部，不需另設(shè)導流建筑物，工程布置緊湊，工程量小，節(jié)省工程投資。鑒于以上考慮，故而選擇砌石混凝土重力壩作為推薦壩型。

然而，由于左岸山體單薄，滲徑較短，存在繞壩肩滲漏的可能[4]，而且?guī)r石片理及裂隙發(fā)育，壩肩下游呈臨空狀，片理面傾向臨空面，在縱向橫裂隙切割作用下，構(gòu)成不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體。由于左岸地質(zhì)條件復(fù)雜，左岸壩體的穩(wěn)定和防滲問題成為設(shè)計的一個難題。

2.2 設(shè)計方案比選

鑒于穩(wěn)定及防滲考慮，聚仙廟水庫左岸壩體斷面有以下兩種方案可供選擇：

方案一，充分利用左岸山體，將壩線設(shè)在河床縮窄的“咽喉”地帶，同時將左岸壩線略向上游傾斜一個角度后向左岸延伸，直至將左壩肩較為單薄的山體整個包圍起來，在上游面護砌一定厚度的混凝土作為防滲面板，并設(shè)錨桿將防滲面板和山體連在一起，在結(jié)合部位進行回填灌漿，在面板的“趾板”下進行防滲帷幕灌漿。這樣將左岸山體及其防滲面板連成一個整體，作為左岸的“貼坡式副壩”，與主壩一起共同承擔水庫的蓄水任務(wù)。其壩軸線布置如圖1中的壩軸線Ⅰ。

方案二，壩體避開左岸山體，將壩線略向上游平移，壩軸線為直線，使溢流壩段挑流鼻坎末端恰好落在“咽喉”地帶的起始處，左岸山體就像大壩的一個“推力墩”，增強了左壩肩壩體的穩(wěn)定性。其壩軸線布置如圖1中的壩軸線Ⅱ。

以上兩種方案中，方案一將左岸山體作為壩體的一部分，既能滿足左岸壩體的穩(wěn)定性，又解決了左岸的防滲問題[5-6]，且工程量較小，投資較少。但是由于左壩岸山體上游面為陡崖，局部倒懸，因此進行上游混凝土的護砌和施工時需慎重對待。方案二避開了左岸山體的不利地形，壩體的穩(wěn)定及防滲處理較為方便。但由于上游為突然開闊的平緩地帶，壩線上移必將導致壩軸線延長，工程量及工程投資將會顯著增加。經(jīng)綜合比較，左岸選擇方案一的“貼坡式副壩”作為推薦方案。

圖1 重力壩平面布置示意圖Fig.1 The plane of the gravity dam

3 左岸貼坡式副壩方案設(shè)計

3.1 大壩平面布置

聚仙廟水庫大壩為砌石混凝土重力壩，由左、右岸非溢流壩段和河床溢流壩段組成，壩軸線全長218 m，共分7個壩段。河床部位建基面高程為357.00 m，壩底最大寬度45.43 m，壩頂高程407.00 m，上、下游側(cè)均設(shè)1.2 m高的欄桿，壩頂寬4 m，最大壩高50 m。壩體內(nèi)河床部位設(shè)灌漿排水廊道，廊道凈空尺寸為2.5 m×3.5 m。

泄洪型式采用溢流壩壩頂泄洪，堰頂高程403.50 m，無閘控制，共分7孔，每孔凈寬8 m，總凈寬56 m，最大下泄流量425.48 m3/s（P=0.5%）。堰面曲線采用WES曲線，壩后采用挑流消能。溢流壩頂設(shè)閘墩及交通橋與兩岸壩段連接。

導流-沖砂-放空洞（簡稱底孔）布置在左岸，為導流、沖砂、泄空等綜合利用的多功能涵洞。底孔為壩內(nèi)箱涵，全長58 m，由進口段、閘室段、洞身段和出口段組成。進口底高程365.00 m，高出河床約2 m，洞身為方涵，孔口尺寸為2.0 m×2.5 m，設(shè)計流量35.89 m3/s，出口采用面流消能。

供水灌溉洞布置在大壩左岸的貼坡式副壩內(nèi)，為壩內(nèi)埋管+隧洞的形式，全長47 m，由進口閘室段、洞身段和出口段組成。進口底高程375.00 m，設(shè)計流量0.803 m3/s。進口閘室段采用豎井式，進水口采用分層取水。聚仙廟水庫大壩平面布置如圖1所示。

3.2 左岸貼坡式副壩橫剖面設(shè)計

根據(jù)重力壩穩(wěn)定應(yīng)力計算的結(jié)果，擬定河床處非溢流壩橫剖面見圖2。從圖中可以看出，由于壩址處地質(zhì)巖性較軟，因此擬定的剖面較大，工程量較多。

左岸貼坡式副壩橫剖面如圖3所示。

可以看出，左岸貼坡式副壩充分利用了左岸山體，在其上游面護砌一定厚度的混凝土作為防滲面板，將左壩肩較為單薄的山體整個包圍起來，并設(shè)錨桿將上游面混凝土和山體連在一起，在結(jié)合處進行回填灌漿，在面板的“趾板”下進行防滲帷幕灌漿，將左岸山體及其防滲面板連成一個整體，作為左岸的“貼坡式副壩”。與圖2相比，左岸貼坡式副壩方案設(shè)計既解決了左岸壩體的穩(wěn)定及防滲問題，又大大節(jié)省了工程量及工程投資。

圖2 河床處非溢流壩橫剖面Fig.2 Lateral section of non-overflow dam at river bed

圖3 左岸貼坡式副壩橫剖面Fig.3 Lateral section of attaching slope type auxiliary dam at left bank

3.3 重力壩穩(wěn)定及應(yīng)力計算

根據(jù)SL 25-2006《砌石壩設(shè)計規(guī)范》及SL 319-2005《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》，大壩應(yīng)進行抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力計算。壩基巖石為武當群楊坪組第二亞組絹云鈉長片巖，地層單一，巖石抗剪強度指標建議值：混凝土/絹云鈉長片巖（弱風化）抗剪斷摩擦系數(shù)f′＝0.85，抗剪斷凝聚力C′＝0.65 MPa，抗剪摩擦系數(shù)f＝0.56，壩基弱風化巖石抗壓強度地質(zhì)建議值4.0 MPa。根據(jù)DL 5073-2000《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，由于本工程地震設(shè)計烈度為Ⅵ度，故不需考慮地震的影響。設(shè)計荷載組合分為基本組合和特殊組合。由大壩穩(wěn)定及應(yīng)力計算結(jié)果可知，大壩在荷載基本組合和特殊組合情況下穩(wěn)定及應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

單薄山體的滲透穩(wěn)定性直接決定了水庫能否安全運行，為此，采用二維有限元對上游混凝土面板作為防滲處理工況下的穩(wěn)定性進行計算分析。根據(jù)有限元計算結(jié)果及山體地質(zhì)特征，將該剖面中穩(wěn)定性較差的地段作為極限平衡分析法的研究對象，進行邊坡極限平衡穩(wěn)定性計算，證明山體穩(wěn)定性能夠滿足設(shè)計要求。

該設(shè)計在后期施工中，根據(jù)壩體變形及施工條件進行混凝土面板分縫分塊，垂直縫的間距為15 m。在兩壩肩附近的面板設(shè)張性垂直縫，其余部分的面板設(shè)壓性垂直縫。由于混凝土面板應(yīng)力變形狀態(tài)受水壓力、面板混凝土材料特性、河谷形狀等因素的影響，面板結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性、可靠性決定了面板裂縫的產(chǎn)生及面板裂縫的數(shù)量。當混凝土受到的綜合應(yīng)力超過設(shè)計值時，面板混凝土就不可避免產(chǎn)生裂縫。根據(jù)工程要求，對于寬度≤0.2 mm的裂縫，采用單組分聚脲進行涂刷覆蓋處理，涂刷厚度2.5～3 mm，涂刷寬度12～16 cm。對于寬度＞0.2 mm的裂縫，先采用化學灌漿（環(huán)氧類補強、聚氨酯類防滲），然后用單組分聚脲涂刷覆蓋。

4 結(jié)語

通過對聚仙廟水庫大壩左岸進行“貼坡式副壩”的方案設(shè)計，使左岸山體及上游防滲面板連成一個整體，作為左岸的“貼坡式副壩”，既解決了左岸的穩(wěn)定和防滲問題，又節(jié)省了筑壩工程量和工程投資?！百N坡式副壩”設(shè)計方案為重力壩設(shè)計提供了一種新思路，獲得了評審專家的一致認可，并在工程中得以成功應(yīng)用，可為類似的工程設(shè)計提供借鑒和參考。 ■參考文獻：

[1]李亮.新疆某供水工程調(diào)蓄水庫大壩設(shè)計[J].甘肅水利水電技術(shù),2014,50(8):42-44．

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[3]張光斗,王光綸.水工建筑物[M].北京:水利電力出版社，1994．

[4]馬丹.菩薩廟水庫大壩滲流計算及穩(wěn)定分析[J].水利科技與經(jīng)濟,2009(12):78-79.

[5]胡玥.泥巖對大壩設(shè)計的影響綜述[J].黑龍江水利科技, 2014,42(6):107-108．

[6]李婷婷,師英虎.淺析水庫大壩設(shè)計要點[J].科技風,2013 (5):144．

作者郵箱：xlli1018@163.com

Design and application of attaching slope type auxiliary dam at left bank of Juxianmiao reservoir

XIE Ling-li,QIU Jin-zhang,XING Qian-qian and WEI Qing-shun

Wuhan Zhihong Hydropower

Design Institute

In order to solve the problem of stability and seepage caused by complicated geological condi?tions at the left bank of Juxianmiao reservoir,scheme of attaching slope type auxiliary dam at the left bank is put forward based on site investigation of the topography and geological conditions.By pouring certain thickness of concrete as a control panel upstream and setting the anchor to make mountain on the left bank and the anti-seepage panel as a whole,scheme of attaching slope type auxiliary dam makes full use of the mountain on the left bank.It is verified by experiment that this scheme not only solves the stability and seepage problems on the left bank,but also saves engineering quantity and investment.It is worthy of reference for similar projects.

Juxianmiao reservoir;attaching slope type auxiliary dam;stalibity;seepage prevention

TV314

B

1671-1092（2015）04-0012-04

2015-01-20；

2015-03-17

謝玲麗（1976-），女，河南駐馬店人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計。