二龍灘水庫壩型比較與選擇

唐全民

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

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二龍灘水庫壩型比較與選擇

唐全民

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

本文根據(jù)二龍灘水庫大壩筑壩材料現(xiàn)狀，擬定了鋼筋混凝土面板堆石壩、碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩、風(fēng)化泥巖心墻石渣壩等三種壩型并進(jìn)行比較研究，最終采用經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的鋼筋混凝土面板堆石壩。

二龍灘水庫 壩型 面板壩 瀝青混凝土 風(fēng)化泥巖

1 概述

二龍灘水庫壩址位于南廣河左岸支流二夾河中游，高縣可久鎮(zhèn)金龍村，控制集水面積148km2，多年平均流量2.11m3/s。水庫正常蓄水位416.00m，總庫容1148×104m3，是一座農(nóng)業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)供水等綜合利用的中型水利工程。工區(qū)附近天然砂礫石貧乏，砂、泥巖料源豐富，較適宜修建當(dāng)?shù)夭牧蠅?。根?jù)壩址所處的地形、地質(zhì)及筑壩材料現(xiàn)狀，結(jié)合壩體填筑料對開挖料的利用，擬定了鋼筋混凝土面板堆石壩、碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩、風(fēng)化泥巖心墻石渣壩三種壩型并進(jìn)行比較研究，采用經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的鋼筋混凝土面板堆石壩。

2 壩址地質(zhì)條件

水庫壩址區(qū)地處南廣河一級支流二夾河上游月亮沱～龍口一帶，該段河道蜿蜒曲折，河谷深切，谷底較平坦，兩岸地形多呈較對稱的“U”型谷。壩址區(qū)位于符江向斜傾伏端南東翼近核部，工區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，主要為單斜地層。出露地層除第四系松散堆積層外，廣泛分布侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組砂巖、粉砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉砂巖等一套河湖相沉積的碎屑巖。河床段地形平坦，覆蓋第四系沖洪積層，厚2.5m～3.1m，為孤(漂)塊卵礫石夾粉土，下伏基巖為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層夾砂巖。河床壩基段巖體基本無強(qiáng)風(fēng)化帶，弱風(fēng)化帶厚5m。左岸地形陡峻，基巖大多裸露，組成邊坡巖體主要為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層夾砂巖。右岸地表大多基巖裸露，零星分布第四系坡殘積之粉質(zhì)粘土含碎石，組成壩基巖體為砂巖夾薄層粉質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。

3 天然建筑材料

工區(qū)位于J2s砂巖、泥巖互層區(qū)，砂巖、泥巖可作為豐富的壩體石渣填筑料料源，運(yùn)距近，儲量豐富，開采運(yùn)輸條件較好。大壩上游500m～1000m范圍內(nèi)河流右岸出露J2S②層之砂巖，其飽和抗壓強(qiáng)度基本都大于60MPa，可作為面板堆石料壩型所需堆石料，儲量也滿足設(shè)計(jì)需求。對于壩體防滲料而言，工區(qū)粘土厚度一般為1.0m左右，個別地方1.5m～2.5m，分布零星，儲量較小，僅壩址左岸下游約300m的大石缸沖溝一帶相對較集中，其方量約2萬m3，開采條件較差，占用農(nóng)田，可用于心墻墊層及圍堰用料；風(fēng)化泥巖防滲料主要分布于壩址下游右岸1000m J2Sn地層中，以泥巖為主，儲量豐富。壩址及附近均無良好的天然砂礫石分布，天然混凝土粗、細(xì)骨料料源需在金沙江或岷江河漫灘中開采，距壩址區(qū)最近距離約60km，運(yùn)距遠(yuǎn)，工程造價高，本階段推薦人工骨料作為混凝土粗、細(xì)骨料料源。人工骨料位于高縣賈村螞蝗溝，距壩址區(qū)距離約30km，為三疊系嘉陵江組灰?guī)r。

4 壩型擬定

根據(jù)壩址處地形地質(zhì)條件及筑壩材料現(xiàn)狀，對鋼筋混凝土面板堆石壩、碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩、風(fēng)化泥巖心墻石渣壩三種壩型進(jìn)行比較，并擇優(yōu)選擇。

4.1 鋼筋混凝土面板堆石壩

大壩壩頂高程418.00m，壩頂寬8.00m，壩頂長240.0m。趾板基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化上部基巖，河床段趾板建基面高程368.00m，大壩最大壩高50.00m，最大壩底寬度195.80m。

壩頂設(shè)置C30混凝土防浪墻，墻頂高程419.20m。大壩上游壩坡1∶1.5，設(shè)40cm等厚C30鋼筋混凝土面板防滲。面板與基礎(chǔ)相接處為厚0.5m，寬5.0m的C30混凝土趾板。大壩面板下設(shè)墊層和過渡層，其水平寬度均為3.0m。過渡層后緊接堆石區(qū)，為了利用樞紐區(qū)開挖料，大壩下游填筑部分石渣料，石渣料填筑區(qū)與主堆石區(qū)相接的上游邊坡為1∶0.5，并傾向下游。大壩下游邊坡1∶2.0、1∶2.25，在高程398.00m處設(shè)一級寬2.0m的馬道。下游壩坡采用C25混凝土框格草皮護(hù)坡。大壩壩基壩肩采用帷幕灌漿防滲，帷幕沿趾板線布置，向兩壩肩延伸。防滲帷幕共2排，孔距2.0m，排距1.5m，深入相對不透水層(q≤5Lu)以下5.0m。趾板下設(shè)置3排固結(jié)灌漿以加強(qiáng)趾板基礎(chǔ)，固結(jié)灌漿共3排，孔距2.0m，排距1.5m，深8.0m。其壩體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 鋼筋混凝土面板堆石壩壩體結(jié)構(gòu)

4.2 碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩

大壩壩頂高程418.00m，壩頂寬8.00m，壩頂長245.0m，建基面高程366.00m，最大壩高52.00m，最大壩底寬度232.23m。大壩上游邊坡1∶2.25，下游邊坡1∶2.0、1∶2.25，在高程398.00m處設(shè)一級寬2.0m的馬道，下游壩坡采用C25混凝土框格草皮護(hù)坡。

壩頂上游側(cè)設(shè)置C25混凝土防浪墻，墻頂高程419.20m。碾壓式瀝青混凝土心墻位于壩體中部，厚0.5m～1.0m。心墻與壩殼之間設(shè)置反濾過渡層，反濾過渡層采用新鮮砂巖人工破碎，上、下游側(cè)水平填筑厚度均為2.5m。大壩上、下游壩殼均為石渣料碾壓填筑，與護(hù)坡之間設(shè)厚度30cm的墊層料。大壩下游坡腳設(shè)堆石排水棱體，采用新鮮砂巖碾壓填筑。心墻下游側(cè)壩底設(shè)水平排水帶，與下游坡腳排水棱體相接。大壩壩基壩肩采用帷幕灌漿防滲，帷幕沿壩軸線布置，向兩壩肩延伸。防滲帷幕共2排，孔、排距2.0m，深入相對不透水層(q≤5Lu)以下5.0m。壩基下設(shè)置3排固結(jié)灌漿以加強(qiáng)心墻基礎(chǔ)，固結(jié)灌漿共3排，孔、排距2.0m，深8.0m。其壩體結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 碾壓式瀝青混凝土心墻石渣壩結(jié)構(gòu)

4.3 風(fēng)化泥巖心墻石渣壩

大壩壩頂高程418.00m，壩頂寬8.00m，壩頂長244.5m，建基面高程366.00m，最大壩高52.00m，最大壩底寬度232.23m。大壩上游邊坡1∶2.25，下游邊坡1∶2.0、1∶2.25，在高程398.00m處設(shè)一級寬2.0m的馬道，下游壩坡采用C25混凝土框格草皮護(hù)坡。

壩頂上游側(cè)設(shè)置C25混凝土防浪墻，墻頂高程419.20m。風(fēng)化泥巖心墻位于壩體中部，心墻頂高程417.00m，底高程368.00m，心墻頂部寬度3.0m，底部寬度32.4m。心墻基礎(chǔ)設(shè)50cm厚C15混凝土封基找平層，找平層上設(shè)1.0m厚粘土防滲體。心墻上游側(cè)設(shè)置一層厚2mm的防滲土工膜。心墻與壩殼之間設(shè)置過渡層，過渡層采用新鮮砂巖人工破碎，上、下游側(cè)水平填筑厚度均為3.0m，下游側(cè)過渡層后再設(shè)置3.0m寬的豎向排水帶。大壩上、下游壩殼為砂巖或砂、泥巖石渣料碾壓填筑，與護(hù)坡之間設(shè)厚度30cm的反濾料。大壩下游坡腳設(shè)堆石排水棱體，采用新鮮砂巖碾壓填筑。心墻下游側(cè)壩底設(shè)排水帶，與心墻下游豎向排水帶、下游坡腳排水棱體相接。大壩基礎(chǔ)處理布置方式與瀝青混凝土心墻石渣壩相同。其壩體結(jié)構(gòu)詳見圖3。

圖3 風(fēng)化泥巖心墻石渣壩結(jié)構(gòu)

5 壩型比較與選擇

根據(jù)三種壩型樞紐建筑物布置和初擬的結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)行工程量及投資計(jì)算。各壩型主要工程量及投資詳見表1。

表1 不同壩型主要工程量及投資比較

5.1 建壩條件

工區(qū)天然砂卵石缺乏，作為混凝土骨料料源儲量較小，而石渣料等當(dāng)?shù)夭牧蠅瘟显簇S富，運(yùn)距較近。故本工程適合修建當(dāng)?shù)夭牧蠅巍Ｉ鲜鋈N壩型，均符合因地制宜，就近取材的原則，都具有建壩條件。

5.2 施工條件

風(fēng)化泥巖心墻石渣壩料場較近，儲量豐富，但從現(xiàn)場取樣土工試驗(yàn)來看，龍口料場泥巖為含粉砂質(zhì)含鈣質(zhì)泥巖，遇水崩解不明顯，崩解類型Ⅲ類為主，無膨脹性。用試驗(yàn)級配和擊實(shí)最大干密度及最優(yōu)含制樣進(jìn)行試驗(yàn)，弱風(fēng)化及新鮮泥巖滲透系數(shù)為2.0×10-4cm/s～8.9×10-5cm/s，不滿足規(guī)范防滲料滲透系數(shù)小于1.0×10-5cm/s要求。強(qiáng)風(fēng)化泥巖儲量不足，弱風(fēng)化或新鮮泥巖經(jīng)我院水電科研所采取長時間自然崩解及人工加工不同摻料級配等試驗(yàn)手段，進(jìn)行了補(bǔ)充試驗(yàn)，并采取心墻上游設(shè)置防滲土工膜等其他工程措施防滲，但成本較高，而且施工難度大，土工膜粘合質(zhì)量不易控制，壩體填筑過程中容易造成土工膜破損，留下防滲體安全隱患，對大壩穩(wěn)定安全不利。瀝青混凝土心墻石渣壩技術(shù)成熟，可以機(jī)械化快速攤鋪碾壓施工，但防滲心墻較薄，施工時需嚴(yán)格把關(guān)，對施工工藝和施工單位素質(zhì)要求較高，若瀝青混凝土防滲心墻出現(xiàn)問題，后期處理技術(shù)難度及經(jīng)濟(jì)成本均較高。

鋼筋混凝土面板堆石壩壩型成熟，國內(nèi)已成工程經(jīng)驗(yàn)眾多，采用常規(guī)施工施工方法，施工質(zhì)量易于檢查和控制。面板壩基礎(chǔ)防滲處理與壩體填筑可同步進(jìn)行，有利于節(jié)約工期。從施工條件上看，鋼筋混凝土面板堆石壩相對較優(yōu)。

5.3 建筑物投資

從表1可知，鋼筋混凝土面板堆石壩相對于其他兩種壩型投資較小。

6 結(jié)語

風(fēng)化泥巖心墻石渣壩雖然料場較近，儲量豐富，但強(qiáng)風(fēng)化泥巖儲量較少，現(xiàn)場取樣土工試驗(yàn)表明，其弱風(fēng)化及新鮮泥巖滲透系數(shù)不滿足規(guī)范防滲要求，需經(jīng)過長時間崩解、翻曬等人工加工以及增設(shè)防滲土工膜等其他工程措施才能達(dá)到防滲要求，不僅施工周期較長，成本較高，而且防滲性能難以保證，易留下安全隱患，不利于工程安全穩(wěn)定運(yùn)行。瀝青混凝土心墻石渣壩防滲心墻較薄，施工時需嚴(yán)格把關(guān)，對施工工藝和施工單位素質(zhì)要求較高，若瀝青混凝土防滲心墻出現(xiàn)問題，后期處理技術(shù)難度及經(jīng)濟(jì)成本均較高。而鋼筋混凝土面板堆石壩壩型成熟，施工方法常規(guī)，施工組織相對靈活，具有良好的穩(wěn)定性和抗震性，安全可靠，防滲面板易于檢查和修復(fù)，有利于后期工程穩(wěn)定運(yùn)行和維護(hù)管理，國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于中高壩建設(shè)，效果很好。如紫坪鋪水庫面板堆石壩，經(jīng)歷了9度以上地震檢驗(yàn)，僅防浪墻和面板部分破壞，經(jīng)檢修后很快完全恢復(fù)功能。本工程混凝土面板壩下游側(cè)采用石渣填筑，可充分利用樞紐區(qū)開挖料，從而減少棄渣工程量，節(jié)約投資。故綜合各種因素考慮，二龍灘水庫大壩采用經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的鋼筋混凝土面板堆石壩。

〔1〕SL274-2001，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

〔2〕SL228-2013，混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

〔3〕SL501-2010，土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2010.

〔4〕高希章，楊志宏.紫坪鋪水利樞紐工程混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)[J].水利水電技術(shù)，2002，33(11)：14-17.

唐全民(1981.10-)，男，工程師，二龍灘水庫項(xiàng)目設(shè)總，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。■

TV222.5∶TV641

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