二龍灘水庫面板堆石壩設計淺析

(四川省水利水電勘測設計研究院規(guī)劃設計分院，四川 德陽，618000)

1 工程概況

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，是一座農業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)供水等綜合利用的Ⅲ等中型水利工程，混凝土面板堆石壩按3級建筑物設計。樞紐工程主要建筑物包括混凝土面板堆石壩、右岸無壓泄洪隧洞、右岸導流放空洞及取水隧洞。壩址區(qū)地震動峰值加速度值為0.1g，對應地震基本烈度為Ⅶ度，工程設防烈度為7度。

2 工程建設條件

工程區(qū)位于四川盆地南部及邊緣地帶，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)內地質構造簡單，屬于典型的紅層地區(qū)，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、粉砂質泥巖與泥質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，下伏基巖為粉砂質泥巖、泥質粉砂巖不等厚互層夾砂巖。河床壩基段巖體基本無強風化帶，弱風化帶厚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泥巖、泥質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粘土含碎石，組成壩基巖體為砂巖夾薄層粉質泥巖、泥質粉砂巖。

3 混凝土面板堆石壩設計

3.1 大壩布置設計

大壩壩頂高程418.00m，壩頂寬8.0m，最大壩高50.0m，壩頂長240.0m。大壩上游邊坡1∶1.5，下游邊坡1∶2.0、1∶2.25，在高程398.00m處設一級馬道，馬道寬2.00m；下游壩坡自高程398.00至壩頂設一條壩后公路。壩頂設置C30混凝土防浪墻，墻頂高程419.20m。

3.2 壩體材料分區(qū)及壩料設計

壩體從上游至下游依次為：上游石渣壓重鋪蓋(E)、上游壓坡鋪蓋(石粉)(F)、墊層區(qū)(B)及特殊墊層區(qū)(D)、過渡區(qū)(C)、上游堆石區(qū)(A1)、下游壩殼石渣區(qū)(A2)，壩料分區(qū)設計如附圖。

附圖 壩體材料分區(qū)

(1)A1區(qū)——主堆石料

主堆石料主要采用新鮮砂巖料，最大粒徑600mm～800mm，粒徑小于5mm顆粒含量為5%～15%，粒徑小于0.075mm顆粒含量≤5%。填筑時不得發(fā)生粗料集中架空現(xiàn)象，壓實后應具有自由排水性能，滲透系數(shù)≥1.0×10-2cm/s，設計干密度≥2.07g/cm3，碾壓后孔隙率≤23%。

(2)A2區(qū)——石渣料

石渣料主要采用強、弱風化砂泥巖料。最大粒徑600mm～800mm，粒徑小于5mm顆粒含量為10%～20%。填筑時不得發(fā)生粗料集中架空現(xiàn)象，石渣料透水性良好，碾壓后的滲透系數(shù)≥5.0×10-3cm/s，設計干密度為≥2.10g/cm3，碾壓后孔隙率≤22%。

(3)B區(qū)——墊層料

墊層料采用新鮮砂巖加工而成。要求連續(xù)級配，最大粒徑80mm～100mm，粒徑小于5mm的顆粒含量為35%～55%，粒徑小于0.075mm顆粒含量為4%～8%，設計干密度≥2.12g/cm3。碾壓后的孔隙率為≤20%，滲透系數(shù)為(1.0～10.0)×10-4cm/s，相對密度≥0.90。

(4)C區(qū)——過渡料

過渡料采用新鮮砂巖加工而成。級配連續(xù)，最大粒徑200mm～300mm，粒徑小于5mm顆粒含量10%～20%，粒徑小于0.075mm顆粒含量≤5%，透水性良好，滲透系數(shù)≥1.0×10-2cm/s，設計干密度≥2.10g/cm3，孔隙率≤21%，相對密度≥0.90。

(5)D區(qū)——特殊墊層料

特殊墊層料外購灰?guī)r獲得，最大粒徑40mm，粒徑小于5mm顆粒含量為35%～55%，粒徑小于0.075mm顆粒含量為5%～8%，級配連續(xù)且自身滲透穩(wěn)定。碾壓后的孔隙率≤17%，設計干密度≥2.24g/cm3，相對密度≥0.90。

(6)E區(qū)——上游蓋重石渣料

夏冰一邊往后門走，一邊回頭看，不想踢翻了一個花盆，花盆掉進水池里，激起一股水花，一聲悶響在靜夜里格外刺耳?！罢l？”夏冰聽得身后方向傳來一聲詢問，心里一驚，立即矮在樹影里，緊握手槍，渾身冒汗。過了好一會兒，并不見人，才小心地站起來，四處打量。

蓋重石渣料采用大壩壩肩、泄洪隧洞開挖利用料填筑，最大粒徑600mm，按照設計尺寸、坡度、高程施工，利用機械作業(yè)時的自重壓實。

(7)F區(qū)——壓坡鋪蓋(石粉)

大壩上游壩坡鋪蓋石粉(人工砂)采用灰?guī)r作母巖加工，外購成品獲得。鋪料時按設計尺寸、坡度、高程填筑，利用機械作業(yè)時的自重壓實。

3.3 混凝土面板設計

二龍灘水庫大壩面板采用C30W8F100混凝土，由于壩高不高，面板厚度采用40cm等厚設計，單層雙向配筋。為避免局部應力集中使混凝土壓壞，在面板垂直縫、周邊縫1m范圍內設置雙層雙向的邊緣加強鋼筋。

根據壩址處河谷地形分析，結合壩體三維有限元分析計算結果，面板兩岸坡部分處于受拉區(qū)，河床中央部分處于受壓區(qū)。據此設計面板壓性垂直縫9條，縫間距為12m；張性垂直縫左岸5條，縫間距為6m；右岸11條，縫間距分別為12m和6m。

3.4 混凝土趾板設計

趾板既要保證與混凝土面板和基巖的連接，構成完整的擋水防滲體系，又需兼有灌漿蓋板的作用，是混凝土面板壩中重要的防滲結構。本工程壩址區(qū)基巖埋深較淺，故設計趾板置于弱風化或新鮮基巖上，厚0.5m，寬5m，采用C30W8F100混凝土澆筑，并對趾板下游15m范圍內基礎掛φ6鋼筋網噴15cm厚的C20混凝土鋪蓋以延長滲徑。趾板基準線由面板底面與趾板底面的交線(X線)控制。

趾板頂部布置單層雙向鋼筋，每向配筋率0.4%，靠近周邊縫處設抗擠壓鋼筋。為加強趾板與基礎的連接，趾板下設4排直徑25mm的錨筋，排距1.5m，間距2m，呈梅花型布置。錨筋長4.8m，上端與趾板內鋼筋焊接，錨筋孔孔徑≥45mm，采用M30水泥砂漿壓力封孔。

3.5 接縫止水設計

本工程接縫型式主要有趾板伸縮縫、周邊縫、面板垂直縫、面板與防浪墻水平縫、防浪墻結構縫5種。

(1)趾板伸縮縫：趾板設伸縮縫時，伸縮縫應與面板的垂直縫錯開。最新的《混凝土面板堆石壩接縫止水技術規(guī)范》(DL/T 5115-2016)建議趾板伸縮縫設兩道止水。本工程趾板中部設GB復合“W”型銅片止水，在縫口預留“V”形槽，縫面采用GB柔性填料，再以PVC防滲保護蓋片封閉。

(2)周邊縫：周邊縫在整個面板壩防滲體系中，工作條件最差，在施工期和運行期會產生張開、沉降和剪切三向位移，是左右接縫中變形最大，防滲最薄弱環(huán)節(jié)。本工程周邊縫設兩道止水，底部設“F”型銅止水，縫頂預留“V”型槽，在槽底設φ50mmPVC棒，其上設GB復合波浪形橡膠止水帶并通過不銹鋼螺桿錨栓及扁鋼固定，再填充GB柔性填料，上敷三元乙丙橡膠復合板，兩側用膨脹螺栓固定。

(3)面板垂直縫：均設置兩道止水?？p底設“W”型銅片止水，縫頂開槽設PVC棒，GB柔性填料及三元乙丙橡膠復合板封閉，采用不銹鋼扁鋼及螺桿錨栓固定。

(4)面板與防浪墻水平縫：按照周邊縫止水設計，布置底部銅片止水及頂部塑性填料止水。

(5)防浪墻結構縫：考慮沉降變形協(xié)調，防浪墻沿長度方向結構分縫與面板垂直縫對齊，縫內設一道銅片止水，分別于防浪墻水平縫頂部塑性填料止水及底部銅片止水粘接牢靠。

3.6 壩基處理

趾板基礎置于弱風化巖體上部，由于巖石裂隙仍較發(fā)育，透水性較強，對趾板基礎進行固結灌漿。固結灌漿共沿趾板基準線布置3排，孔距2.0m，排距1.5m，深8.0m。

壩址區(qū)風化帶巖體為強～中等透水，壩基、壩肩巖體均存在壩基及壩肩繞壩滲漏問題，須進行帷幕灌漿。防滲帷幕沿趾板基準線布置兩排，孔距2.0m，排距1.5m，帷幕灌漿深度按深入透水率q≤5Lu巖層以下5.0m控制。左、右壩肩防滲帷幕分別延伸70m和90m。防滲帷幕軸線總長475.24m。

4 大壩安全監(jiān)測設計

本工程安全監(jiān)測項目主要有：

(1)變形監(jiān)測。主要包括：表面變形觀測，共設置4條視準線，平行于壩軸線。在上游壩坡布置1條臨時觀測視準線，壩頂及下游壩坡共布置3條視準線，進行水平及沉降位移觀測；內部變形觀測，采用水平分層布置方式，共設置2層，布置有引張線式水平位移計和水管式沉降儀；周邊縫變形觀測，設8支三向測縫計；面板脫空觀測，共布置2條面板脫空監(jiān)測斷面，4支兩向脫空測縫計。

(2)滲流監(jiān)測。在趾板、防滲帷幕后及壩體底部共設置13支自動滲壓計觀測壩體孔隙壓力及浸潤線，并在左右壩肩各設置3支自動化繞滲儀。下游壩腳設截水墻及三角形量水堰。

(3)環(huán)境量監(jiān)測。在上游壩面設觀測水尺和1支深水溫度計觀測庫水位及庫水溫。

5 結語

二龍灘水庫地處四川盆地南部，是典型的紅層地區(qū)，砂、泥巖儲量豐富，新鮮砂巖強度高，灰?guī)r運距相對較遠，砂礫石料缺乏。由于受地理條件限制，壩址控制集水面積和多年平均來水量遠大于水庫庫容，泄水建筑物規(guī)模及開挖工程量較大?；炷撩姘鍓蜗掠蝹炔捎檬钪?，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。

面板壩墊層料及過渡料對壩料要求較高，一般采用灰?guī)r等堅硬巖作為筑壩材料。但本工程灰?guī)r運距相對較遠，而壩址區(qū)新鮮砂巖飽和抗壓強度最高達90MPa，平均60MPa～70MPa，經筑壩材料室內試驗研究及計算分析，墊層料及過渡料采用新鮮砂巖加工獲得，加快了施工進度，節(jié)約了投資，取得了較好的效果。