楊東河水電站混凝土面板堆石壩設(shè)計

高 飛

(中鐵水利水電規(guī)劃設(shè)計集團有限公司，南昌 330001)

1 工程概況

楊東河(渡口)水電站工程位于重慶市石柱縣和湖北省利川市建南鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址座落在兩省(直轄市)界河河段磨刀溪上游渡口處(石柱縣黃水鎮(zhèn)楓木鄉(xiāng)花郎坪和建南鎮(zhèn)太陽坪交界處)，距建南鎮(zhèn)17km。

楊東河(渡口)水電站屬Ⅲ等中型工程，校核洪水標準為2000a一遇，設(shè)計洪水標準為100a一遇。水庫校核洪水位1089.35m，總庫容3325萬m3，正常蓄水位1086m，相應(yīng)庫容3017萬m3，調(diào)節(jié)庫容2678萬m3，為年調(diào)節(jié)水庫，電站裝機容量48MW，保證出力8.58MW，裝機年利用3360h，多年平均年發(fā)電量1.61億kW·h，等效年發(fā)電量2.04億kW·h。

工程主要建筑物由攔河壩、泄洪洞、泄洪沖沙(放空)洞、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠房等組成。攔河壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程1090.0m，最大壩高88.0m。

2 壩址工程地質(zhì)條件

2.1 堆石壩壩體地基特性及設(shè)計參數(shù)

河床段覆蓋層為松散砂卵礫石，厚約15～25m，孔隙率約15%～20%；下伏基巖為砂質(zhì)泥巖、石英砂巖互層，河床基巖呈弱風(fēng)化～微風(fēng)化，弱風(fēng)化帶厚約7.0～11.50m。岸坡覆蓋層為崩坡積塊石層，下伏基巖為砂質(zhì)泥巖和石英砂巖，砂質(zhì)泥巖遇水易軟化。左岸高程1066 m、右岸高程1056 m以上為懸崖陡壁，基巖裸露，為弱風(fēng)化石英砂巖，巖石強度較高。

2.2 趾板地基特性及設(shè)計參數(shù)

岸坡趾板覆蓋層為崩坡積層巨石、塊石土，結(jié)構(gòu)松散。強風(fēng)化帶不厚，巖石強度低，應(yīng)予全部挖除。趾板建于弱風(fēng)化中下部較完整基巖上。左岸高程1066m、右岸高程1056 m以上為懸崖陡壁，基巖裸露，為弱風(fēng)化石英砂巖，巖石強度較高。

河床趾板覆蓋層為砂卵礫石，厚約15～19m，結(jié)構(gòu)松散，透水性強～極強，須全部清除或設(shè)置防滲墻，建議墻底深入弱風(fēng)化巖2～3 m；下伏基巖無強風(fēng)化帶，均為弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖夾石英砂巖。

壩基、壩肩巖體透水性特征，河床及兩岸壩肩均存在透水帶，兩岸地下水位低于正常蓄水位，存在壩基及繞壩滲漏問題。

3 混凝土面板堆石壩結(jié)構(gòu)布置

3.1 混凝土面板堆石壩結(jié)構(gòu)布置

1)大壩斷面設(shè)計：混凝土面板堆石壩壩頂高程1090.00m，防浪墻頂高程1091.20m，河床段清基后，壩基趾板底高程1002.00m，相應(yīng)最大壩高88.0m。壩頂寬度為7.00m，壩頂長度為275.6m。壩頂路面為C25F50混凝土路面，厚20cm，底部為厚20cm的碎石墊層。上游壩坡為1∶1.4；下游壩坡1055m以上壩坡為1∶1.25，并設(shè)上壩公路，1055m以下壩坡為1∶1.3。上游面在高出正常蓄水位1086.00m以上0.5m處，即高程1086.50m 以上設(shè)直立擋墻至防浪墻頂，墻高4.70m，在上游側(cè)底部設(shè)置寬0.70m檢查行走用的小道。下游面在高程1087.90m以上設(shè)直立擋墻，墻高2.50m。

2)壩體分區(qū)：壩體分區(qū)填筑，分層碾壓，自上游至下游依次分為7個主要填筑區(qū)[1]： 2A區(qū)墊層區(qū)、2B區(qū)特殊墊層區(qū)、3A區(qū)過渡區(qū)、3A1區(qū)壩頂靜碾?yún)^(qū)、3B區(qū)主堆石區(qū)、3C區(qū)下游堆石區(qū)和3E區(qū)排水區(qū)，下游壩腳至河道下游跌坎段設(shè)置縱向排水帶，縱向排水帶底寬20m，高4m。壩體與壩基交界面設(shè)置反濾層和排水層厚均為80cm，下游壩面與棄渣場棄渣間設(shè)置一層排水層和一層60kN/m2有紡?fù)凉げ?，下游面排水層水平?.0m。在上游壩腳處設(shè)1A區(qū)粉細砂鋪蓋區(qū)和1B區(qū)石渣蓋重區(qū)，蓋重區(qū)河床段頂高程1011.0m，頂寬29m；緩坡段粉細沙鋪蓋厚3.0m，其上石渣蓋重區(qū)厚2.0m，沿垂直趾板“X”線方向等厚布置。大壩防滲面板厚0.35～0.55m，大壩下游壩面干砌塊石護坡厚40cm。

3)防滲體系：堆石壩體上游為大壩防滲體系，主要由鋼筋混凝土防滲面板、上游混凝土防浪墻、混凝土趾板、混凝土防滲墻、混凝土連接板、混凝土趾墻、灌漿帷幕及分縫間的止水等組成。

面板采用C30W10F100鋼筋混凝土，上部與混凝土防浪墻相接，底部座落于混凝土趾板上。面板采用滑模施工，面板垂直縫間距為6～12m。在接近周邊縫1m處轉(zhuǎn)彎，使其與周邊縫呈垂直正交，以避免面板在周邊縫處出現(xiàn)尖角。周邊縫和面板張性垂直縫均設(shè)二道止水，底部為止水銅片，頂部為SR塑性嵌縫填料止水，面板壓性垂直縫設(shè)底部止水銅片一道止水。上游混凝土防浪墻座落在高程1086.50m的壩體上，與防滲面板相接，水平接縫設(shè)置底部止水銅片和頂部SR填料二道止水[2]，墻頂高程1091.20m，墻高4.70m，為了適應(yīng)壩體沉陷和溫度變化，伸縮縫與面板垂直對齊為通縫，在迎水面設(shè)SR填料止水一道，表面黏貼環(huán)氧玻璃絲布3層。

趾板位于面板周邊與基礎(chǔ)交界處，為面板連接體，同時兼作基礎(chǔ)帷幕灌漿和固結(jié)灌漿的蓋板，趾板采用C30W10F100鋼筋混凝土。緩坡段趾板右岸1002.00～1050.00m高程、左岸1002.00～1058.00m趾板寬度為7.0m，厚度60cm，趾板基礎(chǔ)采用錨桿錨固，錨桿間距1.5m，單根長4.5m，基礎(chǔ)進行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，固結(jié)灌漿孔為三排，孔距3.0m，排距2.0～2.5m，帷幕灌漿為一排，孔距2.0m，孔深要求深入相對不透水層(q≤3Lu)以下5.0m。

左岸1058.00～1086.50m高程、右岸1050.00～1086.50m從陡壁底部緩坡上修筑貼坡式高趾墻，外側(cè)邊坡1∶0.25，墻基位于弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖上，墻頂直接與混凝土面板相連接，墻頂與混凝土面板之間伸縮縫按周邊縫設(shè)計。

河床段趾板底高程1002.00m，置于砂礫石基礎(chǔ)上，趾板與砂礫石基礎(chǔ)間設(shè)置特殊墊層和厚15cmC30素混凝土墊層，河床段趾板與緩坡段趾板交界處設(shè)置C25混凝土齒墻，齒墻與防滲墻間設(shè)垂直銅片止水一道，與連接板和齒墻間銅片止水焊接，形成完整防滲體系。

趾板沿“X”線方向每隔10m設(shè)一伸縮縫，伸縮縫頂部采用設(shè)SR填料水平止水一道，豎向設(shè)置止水銅片一道與周邊縫止水銅片焊接形成完整防滲體系。

河床段砂礫石基礎(chǔ)采用C25W8F50混凝土防滲墻處理，防滲墻厚度0.8m，嵌入弱風(fēng)化層50cm，防滲墻高度6.0～16.5m，墻體以下設(shè)1排帷幕灌漿防滲，灌漿孔孔距2.0m，孔深要求深入相對不透水層(q≤3Lu)以下5.0m[3]。防滲墻與趾板間連接采用混凝土連接板，連接板長3.5m，厚60cm。混凝土連接板與混凝土趾板和混凝土防滲墻間設(shè)伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)二道止水，底部為止水銅片，頂部為SR塑性嵌縫填料止水。

3.2 陡壁段趾板布置

攔河壩左岸1058m高程以上(右岸1050m高程以上)趾板布置于兩岸陡壁，兩岸陡壁自然邊坡較陡(坡度達85°左右)，局部邊坡為倒懸。

趾墻采用C25W8F100混凝土，左岸趾墻建基面高程1058.00～1055.00m，右岸趾墻建基面高程1055.00～1045.00m，趾墻最大高度為41.5m，最小頂寬1.2m，底面寬度3～5m。陡壁段趾墻總長110.4m，其中左岸長48.6m、右岸長61.8m。為降低墻背滲透水壓力，趾墻墻身設(shè)置城門型孔[4]，孔寬3.0m，高4.5～6.5m，孔內(nèi)砌筑干砌塊石。趾墻與基巖接觸面采用錨桿和錨桿束錨固，錨桿間距2.0m，單根長4.5～9.0m，錨桿束間距3.0m，單束長20m。底面基礎(chǔ)進行固結(jié)灌漿，趾墻與陡壁接觸面進行固結(jié)灌漿、接觸灌漿和帷幕灌漿，帷幕灌漿孔位于趾墻上部，帷幕灌漿孔為一排，與水平成30°角打設(shè)，帷幕灌漿孔孔距2.0m，孔深要求深入相對不透水層(q≤3Lu)以下5.0m。趾墻底面基礎(chǔ)進行全面固結(jié)灌漿，灌漿孔孔距2.5m，梅花型布置；趾墻墻背與陡壁接觸面灌漿孔孔距3.0m，梅花型布置，固結(jié)灌漿孔孔深均為8.0m。趾墻沿周邊縫展開方向每隔12～20m設(shè)伸縮縫，伸縮縫頂部設(shè)一道止水銅片，止水銅片嵌入陡壁基巖50cm，止水槽采用水泥砂漿回填。

趾墻基礎(chǔ)如為砂質(zhì)泥巖，應(yīng)立即采用厚10cm的C25噴混凝土保護。為了保證施工安全，須預(yù)先清除趾墻、趾板范圍內(nèi)陡壁上的危巖體WY301～WY309，開挖石方上壩填筑。趾墻頂以上高度10m范圍內(nèi)采用M30水泥砂漿錨桿錨固，固坡錨桿采用Φ25鋼筋，單根長9.0m，錨桿間距2.0m，梅花型布置。

3.3 陡壁邊坡處理

1)陡壁卸荷裂隙處理：兩岸坡水平強卸荷帶內(nèi)節(jié)理多為微張～張開，有的黃褐色黏土充填，平均裂隙間距約5m；弱卸荷帶內(nèi)節(jié)理多為閉合，裂面水蝕痕跡明顯，平均裂隙間距約10m。左岸水平強卸荷帶寬度(水平)約5.0m，右岸水平強卸荷帶寬度約5～6m，各單條卸荷裂隙延伸長度均<30m。

根據(jù)赤平投影分析，左岸A、B兩個區(qū)段巖質(zhì)邊坡卸荷裂隙與層面的結(jié)構(gòu)面組合位于穩(wěn)定區(qū)，初判陡壁屬于穩(wěn)定邊坡。右岸C區(qū)段巖質(zhì)邊坡卸荷裂隙與層面的結(jié)構(gòu)面組合位于穩(wěn)定區(qū)，初判陡壁屬于穩(wěn)定邊坡；但是卸荷裂隙及其次生裂隙構(gòu)成結(jié)構(gòu)面位于滑動區(qū)，裂隙密集帶易形成掉塊。

為限制左岸卸荷裂隙進一步發(fā)展，對攔河壩左岸裂隙發(fā)育坡段進行錨固處理，并進行回填灌漿。在左岸泄洪洞內(nèi)打設(shè)錨索以錨固裂隙發(fā)育邊坡，錨索采用鋼絞線，單束錨索拉力1000kN，深度約30m，共需約22組錨索。并利用錨索孔進行灌漿，灌漿壓力≤0.3MPa。

另外，為了保證壩區(qū)施工安全，須預(yù)先清除趾墻、趾板范圍內(nèi)陡壁上的危巖體WY301～WY309，開挖石方上壩填筑。趾墻頂以上高度10m范圍內(nèi)采用M30水泥砂漿錨桿錨固，固坡錨桿采用Φ25鋼筋，單根長9.0m，錨桿間距2.0m，梅花型布置。

2)趾板開挖陡壁邊坡處理：在兩岸混凝土趾墻上游，由于趾板基礎(chǔ)的開挖將揭露兩岸陡壁坡腳處砂質(zhì)泥巖與石英砂巖分界處邊坡，左岸邊坡范圍為自趾墻至發(fā)電引水進水口處，長約116m；右岸邊坡約44m。為阻止部分邊坡下部砂質(zhì)泥巖受風(fēng)化，確保邊坡安全，該段邊坡采用C25混凝土錨桿墩支護，墩間邊坡采用C25掛網(wǎng)噴混凝土保護。錨桿墩間距4.0m，墩頂部采用頂梁聯(lián)系，頂梁與墩子斷面尺寸均為1.0×1.5m，頂梁與墩子采用錨桿錨固，錨桿采用Φ25鋼筋，單根長4.5m，錨桿間距1.5m，梅花型布置。掛網(wǎng)噴混凝土厚15cm，掛網(wǎng)鋼筋為Φ8，鋼筋網(wǎng)格為20×20cm。

3)緩坡段趾板基礎(chǔ)開挖邊坡支護：緩坡段趾板基礎(chǔ)開挖邊坡大部分為砂質(zhì)泥巖，基礎(chǔ)開挖后應(yīng)對基礎(chǔ)和邊坡進行支護。趾板上游開挖邊坡采用厚15cmC25錨噴混凝土支護，掛網(wǎng)鋼筋采用Φ8，鋼筋網(wǎng)格為20×20cm。趾板下游開挖邊坡采用厚10cmC25錨噴混凝土支護，掛網(wǎng)鋼筋采用Φ6，鋼筋網(wǎng)格為30×30cm。趾板基礎(chǔ)采用厚5cmC25噴混凝土保護。以防止砂質(zhì)泥巖風(fēng)化。

4 設(shè)計計算

4.1 攔河壩兩岸陡壁穩(wěn)定計算

4.1.1 陡壁邊坡滑動穩(wěn)定分析

折線滑動法計算說明圖，見圖1；陡壁邊坡滑動穩(wěn)定計算成果表，見表1。

圖1 折線滑動法計算說明圖

表1 陡壁邊坡滑動穩(wěn)定計算成果表

續(xù)表1 陡壁邊坡滑動穩(wěn)定計算成果表

從以上結(jié)果可以看出，各工況下邊坡滑動穩(wěn)定系數(shù)均>1.5，邊坡穩(wěn)定，右岸由于石英砂巖與砂質(zhì)泥巖層面傾角為內(nèi)傾，邊坡穩(wěn)定性較好。

4.1.2 傾覆穩(wěn)定分析

陡壁傾覆穩(wěn)定計算說明圖，見圖2；陡壁邊坡傾覆穩(wěn)定計算成果表，見表2。

圖2 陡壁傾覆穩(wěn)定計算說明圖

表2 陡壁邊坡傾覆穩(wěn)定計算成果表

從以上結(jié)果可以看出，各工況下邊坡滑動穩(wěn)定系數(shù)均>1.4，邊坡穩(wěn)定。

4.2 趾墻穩(wěn)定計算

趾墻穩(wěn)定計算說明圖，見圖3；趾墻穩(wěn)定計算成果表，見表3。

圖3 趾墻穩(wěn)定計算說明圖

表3 趾墻穩(wěn)定計算成果表

由表中計算結(jié)果可以看出，趾墻穩(wěn)定基本滿足規(guī)范要求，墻體越高，穩(wěn)定性越好。本工程趾墻與陡坡接觸面進行接觸灌漿，且采用錨桿錨固等工程措施，可有效降低墻背的滲水壓力，能有效改善基礎(chǔ)面的應(yīng)力分布。

5 結(jié) 語

楊東河水電站壩址區(qū)兩岸陡壁以下基礎(chǔ)下伏基巖為砂質(zhì)泥巖和石英砂巖不等厚互層，基巖強弱風(fēng)化層較深厚，砂質(zhì)泥巖屬軟巖～較軟巖，其弱風(fēng)化巖石飽和抗壓強度較低，遇水易軟化且抗風(fēng)化能力低，河床段覆蓋層為砂卵礫石，松散，厚度較厚，且厚度最大達20m。因此，從壩基處理、建壩材料、料場棄渣及施工技術(shù)等方面考慮，壩址處適宜建造混凝土面板堆石壩。

文章就混凝土面板堆石壩的設(shè)計要點進行了簡要的闡述，由于壩址處兩岸地形較陡，面板堆石壩陡坡段趾板施工較困難，是面板堆石壩防滲體系的薄弱位置，因此，作者著重對陡壁段趾板的布置以及陡壁邊坡的處理進行了詳細的論述分析，并對其進行復(fù)核計算，結(jié)果均符合相關(guān)規(guī)定。本工程已完建多年，至今運行良好，為今后類似工程積累了寶貴的設(shè)計經(jīng)驗。