珊溪水庫增設量水堰關鍵技術方案研究

盧陳濤，馬得蓮，滕玉楠

（1.天津大學 建筑工程學院，天津 300072；2.浙江珊溪經濟發(fā)展有限責任公司，浙江 溫州 325000）

珊溪水庫工程始建于1997年，工程初步設計階段，為了減少工程投資，采用壩基內埋設滲壓計代替量水堰觀測設施。隨著時間的推移，滲壓計逐步失效，給大壩滲流觀測帶來困難。

混凝土面板堆石壩滲流量大小是趾板、面板、周邊縫、接縫和基礎防滲等施工質量和運行狀況的綜合反映。珊溪水庫大壩兩側山體內部的地下水位觀測孔僅能定性研究兩岸巖體的滲漏情況，無法對大壩滲漏作出評價，因此，恢復大壩的滲流觀測設施是珊溪水庫的現(xiàn)實需要。

本工程擬采取壩后增設量水堰設施，但存在建設量水堰是否具備地質條件、是否影響工程正常功能（發(fā)電、供水、灌溉、防洪等）的利用、施工的技術難點及最佳選址和量水堰建成后如何運用等諸多技術難題。因此，本文開展對珊溪水庫大壩壩后增設量水堰技術方案的研究。

1 工程地質條件

珊溪水庫樞紐壩址位于珊溪鎮(zhèn)上游1km的飛云江峽谷間河段上，河谷呈“U”型，谷寬140～160m，谷底高程42～47m。兩岸山脊高程210～240m，地形不對稱，右岸較陡，平均坡角40°～45°，呈凸形坡，左岸略緩，平均坡角30°～40°。

擬建場地位于已建成珊溪水庫大壩下游側的壓坡平臺區(qū)，平臺面積1.45萬m2，地面高程60m，現(xiàn)為景觀綠化區(qū)。上游大壩壩型為混凝土面板堆石壩，壩頂高程156.80m；左岸接泄洪洞出水渠邊墻，右岸接基巖邊坡，有一斜坡通道連接上壩道路；其下游為廠房出水渠，出水渠左邊渠壁由超徑石回填至平臺以1∶2坡度放坡，并用干砌塊石護面構筑，右邊渠壁為進廠公路擋墻。

本工程區(qū)基巖50年超越概率10%的地震動峰值加速度0.05g，地震基本烈度小于6°，區(qū)域構造穩(wěn)定性好。場區(qū)無大的斷層分布，無滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地質現(xiàn)象，場地穩(wěn)定，適宜建（構）筑物布置。結合建筑物布置與要求，擬建量水堰下部的混凝土防滲墻伸入到厚度大、堅硬、完整、透水性微弱的中風化基巖中，必要時，防滲墻底部再進行一定深度的帷幕灌漿防滲處理。

2 量水堰

2.1 限制條件

量水堰主要包括截斷砂礫石層滲漏的混凝土防滲墻、堰渠及相應的觀測設備等?；炷练罎B墻底部需深入基巖，左岸與泄洪洞右側出露基巖或出口挑流鼻坎邊墻相接，右岸插入廠房上游出露基巖山體內，以阻斷滲漏水流，同時考慮到大壩防滲設計時，已將防滲帷幕延至兩岸山體內與地下水位線相接，且山體相對雄厚，巖體相對較好，為弱～微透水性，一般Lu≤3，繞壩滲漏相對較弱，因此混凝土防滲墻截斷的主要是壩體和壩基滲漏水流。

量水堰布置需考慮以下因素：

（1）防滲墻軸線需盡可能遠離大壩，需盡可能避開大塊石集中部位；

（2）防滲墻施工平臺需高于4臺機組滿發(fā)水位48.38m；

（3）盡可能減短防滲墻軸線長度。

2.2 防滲墻軸線論證

由于壩下游發(fā)電尾水渠常年有水，在壓坡體坡腳布置防滲墻，施工難度較大。為減少施工對水庫正常運行的影響，保證量水堰建成后的正常運行，施工平臺需高于4臺機發(fā)電水位48.38m。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，將量水堰布置在大壩下游超徑塊石壓坡平臺較合適?？紤]壩后壓坡平臺實際地形，并結合實際地質條件，選擇上、下2個防滲墻軸線，即上墻線和下墻線進行比選。

2.2.1 地質條件

兩個防滲墻軸線部位地質條件一致，即表部0.5m厚砂壤質填土，中上部為7~15.5m厚超徑石回填層，中下部15~20m厚沖洪積層，下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)磨石山組流紋斑巖。因此2個部位布置防滲墻的施工難度相當。

2.2.2 防滲墻軸線

上墻線因泄洪洞右側靠近大壩部位有基巖出露，防滲墻軸線較下墻線短；以防滲墻布置于60m高程平臺為例，上墻線軸線長234.71m，下墻線軸線長274.38m，比上墻線長39.67m。

2.2.3 開挖量

上墻線因位于平臺內側，且平臺右側有一斜坡通道，墻頭頂高程60m時，開挖量2.35萬m3，墻頭頂高程50m時，開挖方量16萬m3。下墻線位于壓坡平臺外側，墻頭頂高程60m時，開挖量1.8萬m3，墻頭頂高程50m時，開挖量9.2萬m3。

因此上墻線方案開挖量比下墻線方案要多，且隨著墻頂高程的降低，開挖量急劇增加。

綜上，兩個部位布置防滲墻的施工難度相當，上墻線布置方案的防滲墻軸線要短于下墻線，而上墻線布置方案的開挖量要大于下墻線。從施工難度及投資上看，兩個部位布置防滲墻方案均無明顯優(yōu)劣。

2.3 方案擬定

兩個軸線在防滲墻布置上無明顯優(yōu)劣，需從防滲墻布置方案（不同防滲墻墻頂高程）上論證各方案的可行性，以便擇優(yōu)選取。

因工程開挖量巨大，投資較大，且坦岐村渣場容量有限，可能涉及征地移民，而工程征地移民不現(xiàn)實，因此上墻線僅選擇小開挖方案（墻頭頂高程60m方案）進行比選。

2.3.1 方案1：墻頭頂高程60m

防滲墻軸線布置于壓坡平臺內側 （上墻線），左岸與泄洪洞右側出露基巖相接，右岸插入廠房上游出露基巖山體內。

沿混凝土防滲墻軸線清除表層2m厚的超徑塊石，在超徑塊石及覆蓋層中設剛性混凝土防滲墻，防滲墻以上設常態(tài)混凝土墻頭。量水堰出水渠位于混凝土防滲墻下游，出水渠軸線與混凝土防滲墻軸線垂直布置，渠底高程58.5m，堰板開口底高程59.5m。

2.3.2 方案2：墻頭頂高程60m

防滲墻軸線布置于壓坡平臺外側（下墻線），左岸與泄洪洞出口挑流鼻坎邊墻相接，右岸插入廠房上游出露基巖山體內；沿混凝土防滲墻軸線清除表層2m厚的超徑塊石，在超徑塊石及覆蓋層中設剛性混凝土防滲墻，防滲墻以上設常態(tài)混凝土墻頭。

量水堰出水渠位于混凝土防滲墻下游，出水渠軸線與混凝土防滲墻軸線垂直布置，渠底高程58.50m，堰板開口底高程59.5m。

2.3.3 方案3：墻頭頂高程50m

防滲墻軸線布置于壓坡平臺外側 （下墻線），挖除防滲墻軸線下游的全部超徑塊石，形成一高程50m的施工平臺，在河床覆蓋層中設剛性混凝土防滲墻，防滲墻以上設常態(tài)混凝土墻頭；防滲墻左岸與泄洪洞出口右側基巖相接，右岸插入廠房上游出露基巖山體內。

2.4 方案布置及工程量

2.4.1 方案1

量水堰施工平臺布置在大壩下游超徑塊石回填平臺上，即高程60m。防滲體采用混凝土防滲墻，防滲墻軸線布置成直線，左岸與泄洪洞右側出露基巖相連，右岸插入廠房上游出露基巖山體內。

量水堰出水渠布置在樁號墻0+031.42m處，與防滲墻軸線垂直布置。量水堰防滲墻和出水渠施工完成后，墻頭、岸墻兩側及出水渠邊墻外側均以砂礫石回填，并在回填區(qū)表面砌60cm厚的大塊石與平臺60m高程齊平。

2.4.2 方案2

量水堰施工平臺布置在大壩下游超徑塊石回填平臺外側，即高程60m。防滲體采用混凝土防滲墻，防滲墻軸線布置成直線，左岸與泄洪洞出口挑流鼻坎邊墻相接，右岸插入廠房上游出露基巖山體內。

量水堰出水渠布置在樁號墻0+121.69m處，與防滲墻軸線垂直布置。量水堰防滲墻和出水渠施工完成后，墻頭、岸墻兩側以及出水渠邊墻外側均以砂礫石回填，并在回填區(qū)表面砌60cm厚的大塊石與平臺60m高程齊平。

2.4.3 方案3

挖除防滲墻軸線下游及上游距防滲墻6m范圍內的全部超徑塊石，即在防滲墻軸線下游及上游距防滲墻6m范圍內形成高程50m的施工平臺，防滲墻軸線上游按照1∶1.5的坡度放至原壩后超徑石回填平臺60m高程，同時將挖除的超徑塊石運至大壩左岸下游5km的坦岐村堆放。防滲體采用混凝土防滲墻，防滲墻軸線布置成直線，左岸與泄洪洞出口挑流鼻坎邊墻相接，右岸插入廠房上游出露基巖山體內。

量水堰出水渠布置在樁號墻0+064.50m處，與防滲墻軸線垂直布置。量水堰防滲墻和出水渠施工完成后，墻頭、岸墻兩側及出水渠邊墻外側均以砂礫石回填至50m高程，并在平臺表面砌60cm厚的大塊石。

2.5 量水堰方案的選擇論證

從3個方案的布置與工程投資，對方案1、方案2及方案3進行比較。

巖體稀土元素含量∑REE為116.43×10-6，∑Ce/∑Y比值為2.66，δEu為0.61。(La/Sm)N值為3.47，(Gd/Yb)N為0.91；為富輕稀土型。δEu<0.7，表明巖漿為上地殼經不同程度的部分熔融形成的。

2.5.1 施工難度

（1）各方案地質條件一致。

（2）方案1防滲墻最大深度33m，需穿過最大厚度19m的超徑塊石層。

（3）方案2防滲墻最大深度33m，需穿過最大厚度14.5m超徑塊石層。

（4）方案3防滲墻最大深度23m，超徑塊石層最大厚度僅4.5m。

防滲墻深度均不深，但超徑塊石層中防滲墻造孔、護壁困難，從施工難度上看，方案1難度最大，方案2其次，方案3挖除表層10m后超徑塊石層僅余4.5m厚，因此方案3的施工難度最小。

2.5.2 施工布置

方案1、方案2布置在壩后60m高程壓坡平臺上，方案3布置在開挖后的50m高程平臺上，各施工設施布置方便，施工場地寬闊，鉆孔機械、泥漿池等設施均有布置空間，施工不存在干擾，對施工進度、施工質量均無影響；施工平臺均高于4臺機發(fā)電水位48.38m高程，施工期間對水庫正常運行影響較小，且施工期安全可以保證。

2.5.3 開挖量

方案1、2開挖量均較少，受壓坡平臺右側斜坡通道影響，方案1較方案2的開挖量多0.5萬m3，兩個方案的開挖料均可臨時堆放在壓坡平臺上，等施工完后就地回填即可；方案3因需開挖至50m高程施工平臺，開挖量較大，總開挖量9.2萬m3，壩后壓坡平臺無法堆存，需將其運送至大壩左岸下游5km的坦岐村施工場地堆放。

2.5.4 防滲墻施工

方案1軸線長234.71m，防滲墻工程量5850m2，方案2軸線長274.38m，工程量8010m2，方案2比方案1的軸線長度長40m，工程量多2160m2；防滲墻鉆孔要穿過超徑塊石層，造孔難度大，成槽困難，容易卡鉆，且不容易固壁，對施工進度和施工質量均有一定影響。方案3防滲墻軸線長248.20m，防滲墻工程量5202m2，整個防滲墻僅左岸存在少量超徑塊石，防滲墻主要位于沖洪積層中，施工難度較小，因此施工進度和施工質量均可得到保證。

方案3防滲墻工程量較少，施工難度最小，施工工期可相應縮短，防滲墻工程投資也可大幅減少。

2.5.5 大壩影響

3個方案在施工期均對大壩存在一定影響，但防滲墻軸線離大壩防滲帷幕及混凝土面板的距離均較大，對大壩結構的影響有限；方案1在60m高程處距大壩最近距離20m，方案2、方案3防滲墻軸線距離大壩超過50m，因此方案2方案3更有為有利。

綜上所述，3個方案在技術上均可行。但方案1、方案2需在厚度最大14.5m的超徑塊石層中造孔，施工難度大，施工過程中的不確定因素較大，因此投資和工期也較難控制，防滲墻質量也難以保證。各方案比較如表3。

表3 各方案優(yōu)劣比較

3 量水堰設計及基礎處理

量水堰布置在大壩下游挖除部分超徑塊石后所形成的施工平臺上，該平臺高程50m。

量水堰防滲墻軸線呈直線布置，為不影響大壩下游壩坡穩(wěn)定和廠房正常發(fā)電，防滲墻軸線盡量向下游移，左岸與泄洪洞右側出露基巖相接，右岸插入廠房上游出露基巖山體內。量水堰防滲墻全長248.20m，墻厚0.8m，兩側分別與3m厚岸墻相接，頂部設防滲墻頭墻。出水渠布置在樁號墻0+064.50m處，其軸線與防滲墻軸線垂直。出水渠全長28.04m，上游與量水堰防滲墻預留缺口連接，下游接入廠房尾水渠，渠內設有不銹鋼量水堰堰板和鋼尺，觀測壩體與壩基的滲漏量。

量水堰防滲墻墻頂高程48m，墻頂上設2.0m高的立?，F(xiàn)澆常態(tài)混凝土墻頭，墻頭與防滲墻之間采用鍵槽連接，并設銅片止水。兩岸分別插入混凝土岸墻1.0m，岸墻基礎均置于基巖上。右岸及河床部位防滲墻底部進行孔距2m、深5m固結灌漿處理；左岸防滲墻底部進行孔距2m、深20m固結灌漿處理。

量水堰出水渠為矩型斷面，斷面尺寸1.8m×1.5m（寬×高），渠底高程48.50m。

量水堰出水渠底板下設30cm厚的碎石墊層和10cm厚的C15混凝土，墻頭及出水渠兩邊墻外側采用砂礫石料回填至高程50m，表面砌60cm塊石。

量水堰基礎開挖主要包括防滲墻下游超徑塊石的開挖、防滲墻左右岸墻和出水渠開挖。防滲墻上游開挖坡度1∶1.5；左、右側岸墻均開挖至基巖面下1.0m，開挖底寬均2.0m，開挖邊坡1∶1.0；量水堰出水渠開挖底高程47.70m，開挖底寬3.6m，左、右側開挖坡比1∶1.0。

量水堰防滲墻和出水渠施工完成后，墻頭和岸墻兩側及量水堰出水渠邊墻外側均采用砂礫石料回填至50m高程，并在其上鋪設60cm大塊石護面。

4 混凝土防滲墻論證評價

4.1 墻厚

本工程混凝土防滲墻位于大壩下游，為大壩量水堰部分設施，其主要作用是截斷砂礫石的滲漏，因此防滲墻上、下游水頭差較小，如果單從防滲墻允許的水力梯度考慮，防滲墻厚度較薄，但考慮到防滲墻耐久性、簡化施工等方面的因素，防滲墻體厚度取0.8m。

4.2 墻體、墻頭及岸墻材料

由于防滲墻墻體施工為水下槽段混凝土澆筑，其強度一般只有空氣中澆筑的50%～90%，因此防滲墻混凝土采用混凝土強度等級C25，防滲等級W8；防滲墻配筋以30kg/m3控制。

防滲墻頂墻頭及兩側岸墻起保護作用，施工均為立?，F(xiàn)澆，其混凝土材料強度等級和防滲等級與防滲墻體相同。

4.3 防滲墻嵌入基巖深度

防滲墻嵌入基巖的深度一般為0.3～1.2m，本工程防滲墻要求嵌入基巖1.0m。

4.4 防滲墻與左、右岸坡的連接

防滲墻體在左、右岸坡均采用在岸墻混凝土中預留槽孔，墻體插入預留槽孔方式與其連接。左、右岸墻基礎均置于岸坡基巖線下1m。

4.5 防滲墻體與其上墻頭接縫和墻頭內施工縫處理

防滲墻體與頂部墻頭接縫和墻頭內施工縫均采用預留“凹”型鍵槽連接，并在接縫部位設置并縫鋼筋和止水。

5 結語

通過對3個方案的施工難度、開挖量、工期控制、對大壩安全影響和投資進行詳細比對，選定方案3作為最終方案。

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