魚(yú)枧水庫(kù)瀝青混凝土心墻堆石壩設(shè)計(jì)

范 超，張 穎

(中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014)

魚(yú)枧水庫(kù)位于重慶市南川區(qū)三泉鎮(zhèn)半河社區(qū)上游，地處大溪河右岸一級(jí)支流龍巖江上游半河河段，壩址距半河社區(qū)約2.2 km，距三泉鎮(zhèn)9 km，距南川區(qū)縣城24 km。水庫(kù)是一座滿足水江工業(yè)園區(qū)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及農(nóng)村人畜飲水等綜合利用的Ⅲ等中型工程。壩址控制集雨面積為34.3 km2，水庫(kù)總庫(kù)容1 295萬(wàn)m3，水庫(kù)多年平均可供水量1 637.7萬(wàn)m3，灌溉面積約1.04萬(wàn)畝，農(nóng)村人飲1.29萬(wàn)人。

壩址區(qū)屬侵蝕—?jiǎng)兾g中切“坪”狀中低山地形，兩岸山體寬厚，壩區(qū)河道蜿蜒，河谷寬緩，河谷為橫向谷，剖面形態(tài)呈左岸略陡右岸略緩的不對(duì)稱“V”型。

1 壩體結(jié)構(gòu)布置

大壩壩頂軸線總長(zhǎng)229.40 m，正常蓄水位為711.00 m，設(shè)計(jì)洪水位為711.00 m，校核洪水位為711.62 m，壩頂高程為712.20 m，壩頂寬7 m。壩頂上游設(shè)置防浪墻，防浪墻頂高程713.40 m，墻底高程711.50 m。壩軸線底部最低高程為650.00 m(未含心墻基座高度)，最大壩高62.20 m。

上游壩坡分為二級(jí)坡，坡比均為1∶1.8，折坡點(diǎn)高程為692.00 m，馬道寬3 m。上游圍堰與上游壩腳之間堆放樞紐區(qū)開(kāi)挖棄渣料，棄渣體坡比1∶2.7，棄渣堆放至678.00 m高程。下游壩坡分為四級(jí)坡，從壩頂至壩腳坡比分別為1∶1.8、1∶2.0、1∶2.0、1∶1.8，折坡點(diǎn)高程分別為692.00、672.00、658.00 m，馬道均寬3 m。上游壩坡從壩頂至死水位以下2 m依次鋪設(shè)300 mm厚碎石墊層、200 mm厚C20混凝土預(yù)制塊護(hù)坡。下游壩坡658.00 m高程以上采用C20混凝土框格植草護(hù)坡。

瀝青混凝土心墻中心線位于壩軸線上游1.50 m，心墻頂部高程711.50 m，心墻底部最低高程650.00 m，心墻最大高度61.5 m。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范[1]，本工程心墻頂部厚度0.50 m，底部厚度0.8 m(為壩高的1/78)，心墻傾斜坡度為1：0.002 61，距基座3 m范圍心墻局部逐漸加厚至2.0 m。

瀝青混凝土心墻基座內(nèi)設(shè)有灌漿廊道，廊道軸線與心墻軸線重合，心墻C30混凝土基座底寬6.5 m，高8 m，頂寬6.5 m?；鶅?nèi)灌漿廊道凈空3.0 m×3.5 m。心墻與基座間設(shè)銅片止水二道，心墻與防浪墻連接處設(shè)銅片止水一道。心墻與基礎(chǔ)和岸坡的基座連接處采用厚度逐漸擴(kuò)大的形式連接，擴(kuò)大段高3.0 m，底寬2.0 m。心墻與基座及剛性建筑物連接處的表面應(yīng)鑿毛，噴涂0.15～0.2 kg/m2陽(yáng)離子乳化瀝青或稀釋瀝青，待充分干燥后，涂一層厚度為1～2 cm的砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂。瀝青混凝土心墻堆石壩壩體典型剖面見(jiàn)圖1。

圖1 魚(yú)枧水庫(kù)瀝青混凝土心墻堆石壩壩體典型剖面圖

2 壩體材料及填筑技術(shù)要求

2.1 上、下游壩殼灰?guī)r堆石區(qū)

上、下游壩殼灰?guī)r堆石區(qū)采用庫(kù)區(qū)料場(chǎng)開(kāi)采的灰?guī)r堆石料，要求上壩材料飽和抗壓強(qiáng)度≥45 MPa，軟化系數(shù)≥0.9；灰?guī)r堆石料設(shè)計(jì)干密度為2.16 g/cm3，孔隙率≤21%。最大粒徑不超過(guò)500 mm，碾壓層厚800 mm；小于5 mm的顆粒含量10%～15%；小于0.075 mm的顆粒含量不超過(guò)5%，滲透系數(shù)K>5×10-2cm/s。

2.2 下游壩殼利用料石渣區(qū)

下游壩殼利用料石渣區(qū)采用庫(kù)區(qū)料場(chǎng)開(kāi)采的頁(yè)巖料、樞紐區(qū)的開(kāi)挖利用料(剔除覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖料)，要求軟化系數(shù)≥0.65；該區(qū)石渣料設(shè)計(jì)干密度為2.14 g/cm3，孔隙率≤22%。最大粒徑不超過(guò)500 mm，碾壓層厚800 mm；小于5 mm的顆粒含量10%～15%；小于0.075 mm的顆粒含量不超過(guò)5%，滲透系數(shù)K>1×10-2cm/s。

2.3 心墻過(guò)渡區(qū)

心墻過(guò)渡區(qū)應(yīng)滿足心墻與壩殼料之間變形的過(guò)渡要求，且具有良好的排水性和滲透穩(wěn)定性，具有滿足施工要求的承載力。心墻上下游過(guò)渡區(qū)采用相同的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

心墻過(guò)渡區(qū)采用0～80 mm的人工加工碎石料。心墻和過(guò)渡區(qū)沿壩高上下游各3.0 m寬不變，即過(guò)渡料的寬度沿壩高變化。

過(guò)渡料應(yīng)具有連續(xù)的級(jí)配，具有較強(qiáng)的抗水性和抗風(fēng)化能力。設(shè)計(jì)干密度為2.20 g/cm3，孔隙率≤18%。小于5 mm的顆粒含量25%～40%；小于0.075 mm的顆粒含量不超過(guò)5%。滲透系數(shù)K>1×10-1cm/s。

2.4 下游壩腳排水棱體

排水棱體頂高程658.00 m，頂寬3 m，外坡坡比1∶1.8，內(nèi)坡坡比1∶1.4，內(nèi)坡設(shè)40 cm厚粗砂40 cm厚碎石反濾層。排水棱體采用庫(kù)區(qū)料場(chǎng)開(kāi)采的灰?guī)r堆石料，要求上壩材料飽和抗壓強(qiáng)度≥45 MPa，軟化系數(shù)≥0.9；設(shè)計(jì)干密度為2.16 g/cm3，孔隙率≤25%。排水棱體最大粒徑不超過(guò)800 mm，碾壓層厚1 000 mm，小于5 mm的顆粒含量10%～15%；小于0.075 mm的顆粒含量應(yīng)不超過(guò)5%，滲透系數(shù)K>5×10-2cm/s。

2.5 上游壩腳棄渣壓腳堆放區(qū)

上游圍堰與上游壩腳之間堆放樞紐區(qū)開(kāi)挖棄渣料，棄渣體坡比1∶2.7，棄渣堆放至678.00 m高程。采用樞紐區(qū)開(kāi)挖棄渣任意料回填，設(shè)計(jì)干密度為1.90 g/cm3。排水棱體最大粒徑不超過(guò)800 mm，碾壓層厚1 000 mm，滲透系數(shù)K>1×10-3cm/s。

本工程壩體填筑材料技術(shù)要求如表1，碾壓參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

表1 壩體填料技術(shù)要求

2.6 瀝青混凝土心墻材料及技術(shù)要求

瀝青混凝土心墻根據(jù)施工方法的不同，有碾壓式和澆筑式兩種型式。目前澆筑式瀝青混凝土心墻壩的設(shè)計(jì)方法與理論還不成熟，已建工程主要是經(jīng)驗(yàn)型的，且基本位于寒冷地區(qū)，壩高多在20～40 m[2]?？紤]本工程歷年極端最低氣溫-5.8℃，且南川地區(qū)低溫歷時(shí)較短，本工程壩體填料填筑量較大，為加快施工進(jìn)度，采用碾壓式致密中粒瀝青混凝土，原材料包括瀝青、骨料、填料和摻料等。瀝青初選90號(hào)水工瀝青或道路瀝青。粗骨料采用堿性巖石(灰?guī)r)破碎的碎石，細(xì)骨料選用人工砂或天然砂，填料采用石灰?guī)r粉、白云巖粉等堿性巖石加工的石粉。為提高瀝青混凝土的水穩(wěn)定性，可在瀝青中摻加抗剝落劑(消石灰2～3%)和在礦料中摻用消石灰、普通硅酸鹽水泥或其他高分子材料，外加石棉可提高瀝青混凝土的抗壓、抗拉強(qiáng)度，減少流動(dòng)性，外加量1%。原材料技術(shù)要求見(jiàn)表2～表5。

表2 水工瀝青混凝土所用瀝青的技術(shù)要求

表3 粗骨料的技術(shù)要求

表4 細(xì)骨料的技術(shù)要求

表5 填料的技術(shù)要求

水工瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)中，級(jí)配指數(shù)、油石比、填料含量是影響水工瀝青混凝土強(qiáng)度、變形和防滲性能的主要因素[3]。本工程參考類似工程經(jīng)驗(yàn)通過(guò)試驗(yàn)方法進(jìn)行選擇，瀝青混凝土配合比參數(shù)范圍可為：瀝青占瀝青混合料總量的6%～7.5%，填料占礦物總量的10%～14%，骨料的最大粒徑不宜大于19 mm，級(jí)配指數(shù)0.35～0.44。

2.7 瀝青混凝土技術(shù)要求

瀝青混凝土主要技術(shù)要求見(jiàn)表6。

表6 心墻瀝青混凝土主要技術(shù)要求

3 基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)

3.1 壩基處理

壩體覆蓋范圍內(nèi)清除河床和漫灘范圍內(nèi)的表層粉土及沖積砂卵礫石層，以及壩基與岸坡上的草皮、樹(shù)根、含有植物的表土、蠻石、垃圾及其它廢料，清除巖石壩基和岸坡表面松動(dòng)石塊、凹處積土和突出的巖石。瀝青砼心墻基座置于較完整的弱風(fēng)化灰?guī)r上部，基座建基面高程643.00 m?；撞考皟蓚?cè)設(shè)置Φ25錨筋，錨筋長(zhǎng)5 m，間排距2 m。

3.2 岸坡處理

左岸岸坡壩橫0+165.520～壩橫0+229.400段強(qiáng)卸荷帶較深，無(wú)法全部挖除，瀝青混凝土心墻基座置于較完整弱風(fēng)化頁(yè)巖中上部，基座底部及兩側(cè)設(shè)置Φ25錨筋，錨筋長(zhǎng)9 m，間排距2 m，錨筋深入強(qiáng)卸荷帶不小于3 m。同時(shí)固結(jié)灌漿孔深入強(qiáng)卸荷帶。其中壩橫0+165.520～壩橫0+194.220段基座底部采用C30混凝土回填至設(shè)計(jì)基座底高程。

右岸岸坡壩橫0+100.520～壩橫0+000.000段瀝青混凝土心墻基座置于清除強(qiáng)卸荷帶后較完整弱風(fēng)化頁(yè)巖中上部，基座底部及兩側(cè)設(shè)置Φ25錨筋，錨筋長(zhǎng)5 m，間排距2 m。

4 壩基防滲處理

4.1 基礎(chǔ)帷幕灌漿

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范[4]，壩基帷幕灌漿深入相對(duì)不透水層(q≤5Lu)以下5 m，帷幕灌漿深入兩岸的長(zhǎng)度為水庫(kù)正常蓄水位與相對(duì)不透水層在兩岸的相交處。大壩帷幕灌漿采用單排灌漿孔，孔距2 m，大壩帷幕灌漿通過(guò)心墻基座內(nèi)的灌漿廊道，壩頂左岸灌漿軸線長(zhǎng)72.6 m，其中灌漿平洞長(zhǎng)45 m，灌漿平洞2.5 m×3.0 m(寬×高)。右岸為在建高速公路，灌漿平洞施工較困難，帷幕灌漿軸線在右岸壩頂轉(zhuǎn)折后向上游延伸49 m至高速公路擋墻墻腳。同時(shí)在灌漿末端增設(shè)8孔傾斜式帷幕，斜孔傾向山體一側(cè)，與垂直帷幕孔豎向夾角30°，8個(gè)斜孔均鉆深30 m。

4.2 基礎(chǔ)固結(jié)灌漿

瀝青混凝土心墻基座底面與基礎(chǔ)接觸面整個(gè)范圍內(nèi)布置固結(jié)灌漿，基座底寬7 m，布置灌漿孔2排，通過(guò)心墻基座內(nèi)的灌漿廊道實(shí)施有蓋重固結(jié)灌漿?；鶐r固結(jié)灌漿鉆孔垂直基巖面，間距3 m，固結(jié)灌漿深入基巖6.0 m。

5 壩坡穩(wěn)定分析

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)和《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL386-2007)的規(guī)定[4-5]進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析，本工程采用簡(jiǎn)化畢肖普(SimplifiedBishop)法和摩根斯頓-普賴斯法(Morgenstern-Price)進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算程序采用河海大學(xué)工程力學(xué)系和南京水準(zhǔn)科技有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)AutoBank6.1。壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算成果見(jiàn)表7。

表7 壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算成果表

通過(guò)對(duì)重慶市魚(yú)枧水庫(kù)工程瀝青混凝土心墻堆石壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算及分析，可以得到，在穩(wěn)定滲流期、水位降落期、竣工期和非常降落期等各種工況下壩坡的安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果均能滿足土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。