潭口二庫壩體填筑材料選擇

劉文勇 崔海濤 王瑞鵬

擬建的潭口二庫位于湖北省襄陽市谷城縣石花鎮(zhèn)西南15.5 km 的北河峽谷內(nèi)，與下游潭口水庫直線距離約10 km。水庫主要任務(wù)以灌溉、供水為主，兼顧防洪與生態(tài)。

1 工程概況

潭口二庫設(shè)計為一座中型水庫，水庫正常蓄水位216.00 m，校核洪水位218.14 m，總庫容9 115萬m3，最大壩高71.8 m。工程主要建筑物由混凝土面板堆石壩、溢洪道、灌溉引水洞等組成。

面板堆石壩壩頂高程218.8 m，防浪墻頂高程220 m，設(shè)高1.2 m 的U 形鋼筋混凝土防浪墻，壩頂長358.0 m，壩頂寬7 m，最大壩高71.8 m，最大壩底寬232.77 m，上游壩坡1∶1.5；下游根據(jù)上壩路的走線布置設(shè)有2 級馬道，馬道寬5.0 m，壩坡為1∶1.36。下游壩腳設(shè)有堆石棱體回填，平臺高程165.00 m，平臺寬度10 m，邊坡為1∶1.7。

溢洪道布置在大壩右岸，為岸邊開敞式。溢洪道由進(jìn)口段、閘室段、泄槽段、鼻坎段組成。主體建筑物軸線長158.65 m，堰頂高程201.00 m，閘室共 3 孔，孔口尺寸b×h=12 m×15 m。

灌溉引水隧洞布置在右岸山體中，主要由進(jìn)水口、壓力隧洞、挑流出口等組成。引水線路全長278.84 m，設(shè)計引用流量20 m3/s。

面板堆石壩壩體總填筑量約142.51 萬m3，如何在滿足工程質(zhì)量的前提下，選擇技術(shù)可行、造價合理的筑壩材料就成為工程設(shè)計中的一大關(guān)鍵。

2 筑壩材料勘察

2.1 開挖料

大壩及附屬建筑物開挖利用的棄料均為綠泥納長石英片巖，新鮮巖石的飽和抗壓強(qiáng)度為35 MPa，軟化系數(shù)為0.65。碾壓遇水軟化后易濕化，弱風(fēng)化巖石棄料可充分利用在大壩堆石（Ⅱ）區(qū)，強(qiáng)風(fēng)化棄料可利用在大壩下游堆石區(qū)。

2.2 天然砂卵石料

針對工程局部河床天然砂卵石被開采取砂的現(xiàn)狀，擴(kuò)大了砂卵石的勘察范圍，對壩區(qū)上、下10 km河道范圍內(nèi)，面積較大的、有開采價值的砂卵石料進(jìn)行了勘察，共勘察了7 個料場，勘探總儲量為132 萬m（3自然方）。各料場的勘察儲量見表1。

表1 天然砂卵石料料場概況一覽表

天然砂卵石料用于大壩填筑料，根據(jù)力學(xué)試驗統(tǒng)計值，其干密度為2.16 g/cm3，飽和抗壓強(qiáng)度值為66.4 MPa，軟化系數(shù)0.84。堆積密度1.80～1.85 g/cm3，內(nèi)摩擦角大于30°，小于5 mm 含量平均值在20%～40%，滲透系數(shù)大于1×10-3cm/s。由于人為開采，砂卵石不均勻系數(shù)在14.4～215.3，曲率系數(shù)在0.4～5.6，級配較差。

河床天然砂卵石經(jīng)現(xiàn)場勘察，其分布不均勻，不同高程粒徑差異較大，大部分砂卵石料場上部漂石、孤石較多。作為超大粒徑（粒徑60 mm 以上）的孤石、漂石占勘察儲量的38%，泥質(zhì)成分約占5%，具連續(xù)級配要求的只有約81.4 萬m3。孤石、漂石成分為綠泥納長石英片巖，約占60%，淺粒巖、變粒巖等酸性巖塊約占30%，其它石英團(tuán)塊、輝綠巖、閃長巖等約占10%。

河床漂石破碎后，按設(shè)計提出的干密度、級配參數(shù)，試驗所得墊層料、過渡料、排水料等級配料孔隙率、滲透指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。

2.3 塊石料

經(jīng)勘察壩區(qū)上、下游及外圍，選取了3 個石料場，各石料場的勘察儲量詳見表2。

表2 石料場勘察儲量統(tǒng)計表

K1：漲潮鋪石料場。料場分布在壩區(qū)漲潮鋪村河灣右岸山坡，巖性為鈉長絹云石英片巖，距離壩區(qū)1.7 km，運距近，巖石濕抗壓強(qiáng)度為35 MPa，軟化系數(shù)0.65，但由于片理發(fā)育，碾壓后片狀物、石粉含量均較高，不能作為混凝土骨料使用。作為主堆石料，其軟化系數(shù)偏低，碾壓遇水軟化后易板結(jié)。考慮其運距較近，開采有用儲量60萬m3，可作為壩后下游堆石區(qū)填筑料使用時，或填筑于壩體浸潤線以上部位。

K2：紅馬廟石料場。料場分布呈一走向北西向山梁，較陡峻。地表覆蓋層薄，料場基巖裸露。地表以下有2 m 厚風(fēng)化較強(qiáng)巖體，下部巖體新鮮完整。開采剝離比5∶1，現(xiàn)可開采有用儲量60萬m3。料場至壩區(qū)，運距約40 km。

該料場區(qū)域地質(zhì)上處于青峰-襄樊-廣濟(jì)斷裂以北，巖性為晚元古期火成巖體輝綠巖（βμ22）。料場巖石飽和抗壓強(qiáng)度66.2 MPa，軟化系數(shù)0.85，硫酸鹽及硫化物含量小于0.2%，無減活性。質(zhì)量符合SL 251—2000《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》。

K3：高橋河石料場。料場分布呈一走向北西至南東的山梁，較陡峻。地表覆蓋層薄，料場基巖裸露。地表以下有約3 m 厚風(fēng)化較強(qiáng)巖體，下部巖體新鮮完整?，F(xiàn)可開采有用儲量300 萬m3。石料場至壩區(qū)，運距約58 km。

該石料場區(qū)域地質(zhì)上處于青峰-襄樊-廣濟(jì)斷裂以南，巖性為寒武系下統(tǒng)水井沱組（C11）中厚層微晶灰?guī)r夾泥質(zhì)條帶灰?guī)r。料場巖石飽和抗壓強(qiáng)度75.7 MPa，軟化系數(shù)0.86，無堿活性，質(zhì)量滿足要求。

2.4 筑壩料評價

（1）天然砂卵石料場分布在壩址上、下游10 km河床范圍，河床開闊平坦，但多個料場運距較遠(yuǎn)，且需修料場道路。符合連續(xù)級配要求的天然砂卵石料約81.4 萬m3，占勘探儲量的72%，大壩主堆石（Ⅰ）區(qū)填筑時應(yīng)優(yōu)先選用具連續(xù)級配要求的砂卵石。料場孤石、漂石約51 萬m3，占勘探儲量的38%，破碎篩分后可用于大壩級配填筑料。

（2）大壩填筑主堆石（Ⅱ）區(qū)及下游堆石區(qū)可充分利用大壩及附屬建筑物的開挖棄料，質(zhì)量、儲量滿足要求。

（3）塊石料所選K1 料場軟化系數(shù)偏低，可作為壩后下游堆石區(qū)填筑料使用，或填筑于壩體浸潤線以上部位。K2、K3 料場剝離工作量小，質(zhì)量較好，但運距偏遠(yuǎn)。大壩混凝土骨料可選取K2 紅馬廟石料場石料加工而成，質(zhì)量與儲量滿足大壩混凝土骨料要求。

3 壩體斷面與材料分區(qū)

3.1 壩體填筑分區(qū)

根據(jù)壩體標(biāo)準(zhǔn)剖面，從上游至下游依次分為10 個區(qū)。

（1）混凝土面板：頂部厚30 cm，底部厚50 cm。

（2）墊層料區(qū)：面板下為半透水性墊層，控制邊坡1∶1.5，水平寬度3 m。

（3）過渡料區(qū)：墊層區(qū)與主堆石區(qū)之間設(shè)置過渡料區(qū)，用于緩沖兩區(qū)之間的級配陡變。過渡料區(qū)控制邊坡1∶1.5，水平寬度3 m。

（4）主堆石區(qū)Ⅰ。

（5）反濾過渡料區(qū)。

（6）砂卵石排水區(qū)。

（7）主堆石區(qū)Ⅱ。

（8）下游堆石區(qū)。

（9） 壩腳為堆石棱體區(qū)，頂部高程165.0 m，頂寬10 m，邊坡為1∶1.7，超徑石回填。

（10）下游壩面設(shè)0.5 m 厚干砌塊石護(hù)坡。

壩體標(biāo)準(zhǔn)剖面如圖1 所示。

3.2 筑壩料質(zhì)量控制

壩體各分區(qū)回填質(zhì)量控制見表3。

4 料特規(guī)劃設(shè)計

據(jù)地質(zhì)情況，大壩主堆石（Ⅰ）區(qū)填筑時優(yōu)選具連續(xù)級配要求的砂卵石；孤石、漂石破碎篩分后可用于大壩級配填筑料；大壩及附屬建筑物開挖利用料均為綠泥納長石英片巖，微風(fēng)化巖石棄料可充分利用在大壩堆石（Ⅱ）區(qū)，弱、強(qiáng)風(fēng)化棄料可利用在大壩下游堆石區(qū)。

圖1 壩體標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

表3 壩體填筑質(zhì)量控制表

本工程筑壩料來源較多，質(zhì)量與開采條件不一，需根據(jù)壩體分區(qū)的填筑質(zhì)量要求，結(jié)合各料場的特點和實際位置，對各個料場進(jìn)行總體利用規(guī)劃。

4.1 天然砂卵石料源

本工程可由SL1—SL7的7個砂卵石料場提供滿足主堆石級配要求的料源總量約70.80 萬m3（自然方），可滿足大壩主堆石Ⅰ區(qū)填筑用料。其中，SL1～SL4 砂卵石料場位于壩址上游庫區(qū)，SL5—SL7 位于壩址下游，壩體填筑應(yīng)根據(jù)開采難易、運輸條件、施工期水流控制等進(jìn)行統(tǒng)籌安排，科學(xué)規(guī)劃施工。

SL4、SL5、SL6 砂卵石料場的大塊漂石可用于制備壩體填筑用級配料，其余砂卵石料場作為備用料場，儲量和質(zhì)量均能滿足要求。

4.2 塊石料源

壩體填筑用料料源，除主堆石Ⅰ區(qū)采用砂卵石料源外，其余大壩填筑料全部由建筑物開挖料供給，不再另設(shè)石料場開采石料。

5 結(jié) 語

通過對潭口二庫工程大壩壩體填筑料的綜合比選，力求在保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上做到切實可行，目前該工程很快將開工。