高密市孟家溝水庫圍壩設(shè)計

董新美 ，何文龍 ，鞏向鋒

孟家溝水庫位于高密市境內(nèi)的膠河干流李家營公路橋至孟家溝河段兩個天然彎道處，壩址位于柏城鎮(zhèn)孟家溝村西，控制流域面積459.1 km2。水庫建設(shè)的主要內(nèi)容是有效利用閘址以上區(qū)間地表徑流資源和上游褚家王吳水庫的棄水，提高水資源利用率，以灌溉、供水為主，兼顧防洪和下游河道生態(tài)用水。孟家溝水庫為山丘區(qū)中型水庫，主要建筑物包括圍壩、泄洪閘、出庫涵閘、灌溉引水管等，水庫總庫容2 406萬m3，興利庫容1 730萬m3。圍壩總長10 347.0 m，最大壩高12.33 m；泄洪閘共10孔，每孔凈寬10.0 m；在水庫左、右岸分別設(shè)出庫涵閘一處，采用鋼筋混凝土方涵；在水庫左、右岸分別設(shè)灌溉引水管一處，采用螺旋鋼管結(jié)構(gòu)；排澇溝沿圍壩壩腳外側(cè)設(shè)置。由于庫區(qū)開挖確定為膠新鐵路橋橋下游至泄洪閘之間的河道范圍內(nèi)，為防止河道下切，膠新鐵路橋橋下游建固砂壩。以固砂壩為界，分為固砂壩上游壩段和固砂壩下游壩段。

1 壩型選擇

考慮到庫區(qū)挖砂量較大，為充分利用當(dāng)?shù)夭牧希瑴p少工程投資，圍壩設(shè)計采用土壩，壩型比選主要針對土工膜防滲體壩和壤土斜墻防滲體壩進(jìn)行。

1.1 土工膜防滲體壩

圍壩全長10 347.0 m，壩頂寬度8.0 m，壩頂高程 36.5 m。 上游壩坡 1∶3，下游壩坡 1∶2.5。 筑壩材料采用庫區(qū)開挖的砂礫石。壩體防滲采用沿上游壩坡鋪設(shè)兩布一膜方案，土工膜厚0.5 mm，土工布規(guī)格為300 g/m2；壩基防滲采用塑性混凝土防滲墻方案，墻厚30.0 cm，墻底要求深入強(qiáng)風(fēng)化砂巖不小于0.5 m、深入礫巖不小于1.0 m，土工膜與混凝土防滲墻在上游壩坡高程33.5 m處通過混凝土齒槽連接。共鋪設(shè)兩布一膜面積10.5萬m2。

1.2 壤土斜墻防滲體壩

壩體輪廓尺寸、筑壩材料與土工膜防滲體壩相同。壩體防滲采用壤土斜墻方案，墻厚3.0 m，壤土斜墻與壩體砂礫石之間設(shè)反濾土工布和厚10.0 cm的中粗砂；壩基防滲采用塑性混凝土防滲墻方案，墻厚30.0 cm，壤土斜墻與混凝土防滲墻在高程33.5 m處通過混凝土齒槽連接。填筑壤土斜墻10.41萬m3，鋪設(shè)反濾土工布面積11.09 m2，中粗砂 2.22 萬 m3。

1.3 壩型選擇

土工膜防滲體壩的主要優(yōu)點(diǎn)：壩體防滲的土工布可與上游護(hù)坡反濾結(jié)合；兩布一膜鋪設(shè)施工工藝簡單，工期較短；壩體防滲工程投資為340.1萬元，投資較小。但兩布一膜鋪設(shè)應(yīng)注意施工安全，確保土工膜的完整性。壤土斜墻防滲體壩為傳統(tǒng)壩型，技術(shù)可靠，防滲效果較好。但壤土斜墻兩側(cè)需設(shè)反濾層，壩體施工需分區(qū)碾壓，施工工序較復(fù)雜，工期較長；壩體防滲工程投資為375.4萬元，投資較大。根據(jù)兩個方案的特點(diǎn)和工程的具體情況，重點(diǎn)考慮壩體結(jié)構(gòu)、施工難易程度、工程投資等因素，圍壩壩型選用土工膜防滲體壩。

2 壩體設(shè)計

2.1 橫斷面

圍壩采用土工膜防滲體壩，筑壩土料采用庫區(qū)開挖的砂礫石，壩軸線總長10 315.0 m。考慮周邊道路交通規(guī)劃要求，壩頂寬度需滿足交通要求，壩頂總寬8.0 m。固砂壩下游壩段壩頂高程36.5 m，上游壩段為36.5～38.2 m，防浪墻高0.5 m，壩頂采用瀝青混凝土路面。固砂壩下游壩段迎水坡1∶3，背水坡1∶2.5，在迎水坡33.5 m高程設(shè)戧臺，寬3.0 m；固砂壩至李家營大橋之間壩段迎水坡、背水坡均為1∶2。筑壩土料采用庫區(qū)開挖的砂礫石，分層填筑、分層壓實(shí)，相對密度不低于0.75。

2.2 上游護(hù)坡設(shè)計

固砂壩上游壩段采用M15漿砌塊石結(jié)構(gòu)，厚0.25 m；固砂壩下游壩段壩頂至高程27.0 m采用干砌方塊石護(hù)坡，厚0.2 m，高程27.0 m以下采用M15漿砌塊石護(hù)坡，厚0.25 m。反濾層設(shè)計采用2層，自上而下分別為：第一層為碎石墊層，由厚度10.0 cm的2.0～4.0 cm碎石構(gòu)成；第二層為300 g/m2的長絲針刺土工布。

2.3 壩體防滲

固砂壩上游壩段和下游壩段33.5 m戧臺以上壩體采用兩布一膜防滲，位于碎石墊層以下，膜厚0.5 mm，兩側(cè)均為300 g/m2的土工布。壩體防滲土工膜選用聚乙烯PE材料。

3 壩基處理

3.1 壩基防滲

固砂壩下游壩段壩基防滲采用塑性混凝土防滲墻方案。根據(jù)地勘資料，壩后枯水期地下水位為28.0 m，塑性混凝土防滲墻的允許水力坡降按50控制，經(jīng)計算，防滲墻厚度應(yīng)不小于0.15 m。參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，并考慮混凝土防滲墻的耐久性、施工技術(shù)水平等因素，本工程塑性混凝土防滲墻厚度設(shè)計取0.3 m。混凝土防滲墻位于迎水坡戧臺內(nèi)側(cè)，墻頂高程33.5 m，最大墻深13.20 m，總長7 096.0 m。防滲墻墻體材料為C5塑性混凝土，28 d抗壓強(qiáng)度不小于4.0 MPa，滲透系數(shù)K＜1×10-6cm/s。塑性混凝土防滲墻墻底要求深入強(qiáng)風(fēng)化砂巖不小于0.5 m、深入礫巖不小于1.0 m，頂部通過C25混凝土齒槽與復(fù)合土工膜連接。

固砂壩上游壩段由于壩高較低，基巖在河底以下埋深較小 （平均約為3.5 m），壩基防滲采用C15混凝土防滲槽方案，槽寬0.8 m，防滲槽位于迎水坡壩腳，槽底深入強(qiáng)風(fēng)化砂巖0.5 m、深入礫巖1.0 m，頂部通過混凝土齒槽與復(fù)合土工膜連接。

根據(jù)壩基采取防滲措施后的單寬滲流量計算結(jié)果，結(jié)合興利調(diào)節(jié)計算過程中不同庫水位的持續(xù)時間，經(jīng)計算，圍壩采取防滲措施后，年滲漏量為120.3萬m3，占興利庫容的6.95%，防滲效果顯著。計算斷面在各種工況下壩基砂礫石層的出逸坡降均小于允許坡降0.16，滿足設(shè)計要求。

3.2 壩基抗震處理

壩基粉砂、細(xì)砂、中砂在遭遇Ⅶ度地震時存在液化可能，必須進(jìn)行抗震處理。壩基抗震加固擬定土層換填和振沖加密兩個方案進(jìn)行比選，土層換填方案的主要優(yōu)點(diǎn)是施工質(zhì)量易于檢查和控制，可以徹底解決壩基砂的液化問題，且工程投資較小，為1 628萬元；主要缺點(diǎn)是施工工期較長。振沖加密方案施工速度快、工期較短，但投資較大，為4 059萬元，且振沖加密屬于隱蔽工程施工，施工質(zhì)量不易檢查。

本工程壩基液化砂層大多數(shù)壩段分布于地表，且厚度較薄，根據(jù)以上兩個方案的特點(diǎn)，壩基抗震加固選用土層換填方案。施工時將將壩基范圍內(nèi)的粉砂、細(xì)砂、中砂等液化土層全部挖除后，利用庫區(qū)開挖的砂礫石分層回填、壓實(shí)，相對密度不低于0.75。經(jīng)計算，庫區(qū)開挖的砂礫石方量滿足筑壩土料及液化土層換填要求。液化砂層換填范圍與背水坡壩腳距離要求不小于5.0 m，開挖邊坡不陡于 1∶2.5。

4 結(jié)語

在孟家溝水庫圍壩設(shè)計中，根據(jù)工程的具體情況，通過方案比選，選定了合理可行的壩型、護(hù)坡以及壩基處理等方案。目前，孟家溝水庫圍壩施工正在按設(shè)計進(jìn)行。水庫建成后，將有效緩解區(qū)域水資源供需矛盾，提高膠河防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善水庫周邊的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)高密市經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。