黃 麗，王建峰

(1.貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

納革水庫(kù)混凝土面板堆石壩優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

黃 麗，王建峰

(1.貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

納革水庫(kù)壩址區(qū)地形地貌、地質(zhì)條件較復(fù)雜，土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性較差，存在崩塌和壩基(肩)滲漏等問題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘并綜合考慮建壩河段、壩址區(qū)軟弱夾層發(fā)育、工程占地、施工工藝及投資經(jīng)濟(jì)效益等因素，優(yōu)選C25W8鋼筋混凝土面板堆石壩方案.經(jīng)樞紐布置及細(xì)部結(jié)構(gòu)的多次優(yōu)化調(diào)整，結(jié)合深挖回填、固結(jié)灌漿、帷幕防滲和庫(kù)首邊坡支護(hù)等工程措施后，壩址區(qū)不良地質(zhì)條件得到有效處理.

納革水庫(kù);土質(zhì)邊坡；混凝土面板堆石壩；固結(jié)灌漿

納革水庫(kù)位于六枝特區(qū)隴腳布依族鄉(xiāng)大壩村花德河納革支流上，距鄉(xiāng)政府8.2 km，是以灌溉、供水為主，兼有農(nóng)村人畜飲水等功能的一項(xiàng)綜合性水利工程.納革水庫(kù)為西南五省(自治區(qū)、直轄市)重點(diǎn)水源工程近期建設(shè)規(guī)劃的小(1)型水庫(kù).水庫(kù)校核洪水位1 291.70 m，總庫(kù)容373×104m3，正常蓄水位1 288.0 m，相應(yīng)庫(kù)容301×104m3，最大壩高56.0 m，向納革灌區(qū)、隴腳鄉(xiāng)鎮(zhèn)毛供水量517×104m3/a，并下放環(huán)境用水111.9×104m3/a.工程等別Ⅳ等，工程規(guī)模小(1)型，其永久性主要建筑物為4級(jí)，壩型為混凝土面板堆石壩.針對(duì)水庫(kù)存在的土質(zhì)邊坡失穩(wěn)、壩基(肩)軟弱夾層發(fā)育、地基沉降及滲透變形等問題，將根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件，結(jié)合選擇的混凝土面板堆石壩壩型，對(duì)大壩樞紐布置、壩體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)等進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析，優(yōu)選技術(shù)、經(jīng)濟(jì)均較合理的設(shè)計(jì)方案.

1 壩址地形地質(zhì)條件

納革水庫(kù)處于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，工程區(qū)地貌類型屬侵蝕、剝蝕的中低山，山勢(shì)較雄厚，但受巖性及構(gòu)造的影響，溝谷縱橫，沖溝發(fā)育，起伏差較大，高程1 100～1 650 m，起伏差達(dá)550 m，工程處于郎岱向斜核部，區(qū)內(nèi)總體地勢(shì)西南、東北高，中間低.建庫(kù)河段呈蛇曲展布，由郭家寨左支流、木場(chǎng)箐右支流組成，地形上緩下陡，邊坡上部地形坡度20°～25°，中下部地形坡度50°～60°.自然狀態(tài)下，土質(zhì)邊坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài).但在公路開挖的內(nèi)側(cè)和坡度大于40°的局部地段，土質(zhì)邊坡表層有失穩(wěn)現(xiàn)象，應(yīng)引起重視.水庫(kù)蓄水后，土體力學(xué)性能降低，土質(zhì)邊坡產(chǎn)生滑動(dòng)的可能性大[1].納革水庫(kù)壩址地形地貌(見圖1).

圖1 納革水庫(kù)壩址地形圖

庫(kù)區(qū)第四系覆蓋層廣布，基巖僅在河流、溝谷及陡崖處出露，組成庫(kù)岸邊坡主要為土質(zhì)邊坡.水庫(kù)基巖地層為侏羅系郎岱群石英砂巖、砂質(zhì)泥巖，巖質(zhì)軟硬相間.出露巖層產(chǎn)狀：65°∠20°.左支流右岸巖層呈切向產(chǎn)出；右支流左岸邊坡為順向坡，兩者均未見大規(guī)模切剖面及臨空面、地表拉裂縫的存在.邊坡覆蓋層厚度4～9 m，強(qiáng)風(fēng)化厚度8～12 m，埋深10.2～27 m，主要位于弱風(fēng)化基巖頂部.

基巖邊坡自然狀態(tài)下總體處于穩(wěn)定狀態(tài)，受巖性影響，巖體風(fēng)化深度大，水庫(kù)區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為淺層的、小范圍的覆蓋層滑坡，如壩址河段公路邊HP1—HP6.據(jù)此推測(cè)水庫(kù)蓄水后，庫(kù)岸穩(wěn)定主要表現(xiàn)為土質(zhì)邊坡坍岸穩(wěn)定，位置主要集中在左、右兩支流夾持部位，庫(kù)首一帶斜坡.水庫(kù)蓄水后，水庫(kù)存在誘發(fā)較大規(guī)?；碌目赡苄?，庫(kù)首岸坡需進(jìn)行支護(hù)處理，邊坡經(jīng)支護(hù)處理后，水庫(kù)具備成庫(kù)條件[2-3].壩址河谷呈不對(duì)稱“V”型，左岸地形坡度約25°，右岸較陡，坡度約30°～45°，持力層巖性為中厚—厚層石英砂巖夾砂質(zhì)泥巖，巖質(zhì)軟硬相間，弱風(fēng)化巖體質(zhì)量為AⅢ夾CⅣ類.主要工程地質(zhì)問題：(1)趾板：泥巖與砂巖呈互層狀分布，弱風(fēng)化帶巖體為AⅢ夾CⅣ類，多層次軟硬相間層狀砌體結(jié)構(gòu).因泥巖巖質(zhì)軟弱，塑性變形大，砂巖裂隙較發(fā)育，將造成趾板地基不均勻沉降和滲透變形問題，需對(duì)趾板地基進(jìn)行加固和不均勻變形處理[4-5].在基坑開挖中，應(yīng)留泥巖保護(hù)層和防治基坑承壓涌水問題.(2)右岸：強(qiáng)風(fēng)化帶巖體為碎裂散體結(jié)構(gòu)，為AⅣ夾CⅤ類，塑性變形大，滲透穩(wěn)定性差.由于右岸地形單薄，右肩1 280 m高程趾板將座落在強(qiáng)風(fēng)化J2ln1—3基巖上.趾板地基不均勻沉降和滲透變形問題較左岸和河床段突出，除了對(duì)趾板地基進(jìn)行固結(jié)、防滲和不均勻變形處理外，還需對(duì)單薄山脊地形進(jìn)行加固和防滲處理.(3)左岸：泥巖夾層發(fā)育，塑性變形大，砂巖裂隙發(fā)育，左岸趾板主要工程地質(zhì)問題是地基不均勻沉降和滲透變形問題，必須對(duì)趾板地基進(jìn)行固結(jié)、防滲和不均勻變形處理.

2 混凝土面板堆石壩首部樞紐布置

首部樞紐由C25W8混凝土面板堆石擋水壩+右岸岸邊溢洪道+右岸取水兼放空隧洞+農(nóng)田灌溉管道+村鎮(zhèn)供水管及泵站等組成.

2.1 混凝土面板堆石壩

壩型采用混凝土面板堆石壩，計(jì)算確定壩頂高程為1 292.0 m，最大壩高56.0 m，壩頂寬9.0 m，長(zhǎng)178.5 m.防浪墻頂高程1 293.2 m，河床趾板建基面高程1 234.0 m，上游壩坡為1 ∶1.5，下游坡度1 ∶1.45.

2.2 右岸岸邊溢洪道

溢洪道布置于右岸，堰頂高程1 288.0 m，堰頂凈寬20.0 m，不設(shè)閘門.堰面曲線方程為：y=0.189x1.85，堰面曲線與1 ∶1的斜線相切，后接反弧段，反弧半徑為5 m，中心角為35.037°，后接泄槽段.出口為消力池段，消力池總長(zhǎng)38.0 m，寬度為15.0 m，邊墻高度為8.0 m，下接下游河道.

2.3 取水兼放空隧洞

岸邊式取水塔布置于壩址上游右岸支流約55 m處，由進(jìn)口明渠段、攔污柵、喇叭口、漸變段、下彎段組成.進(jìn)口明渠底板高程1 243.5 m，長(zhǎng)12 m，喇叭口前設(shè)移動(dòng)式攔污柵，孔口斷面為6.67 m×8.33 m，后設(shè)1.0 m×1.0 m檢修閘門一扇，閘門底板高程為1 252.5 m.取水通過有壓導(dǎo)流洞作為輸水隧洞，隧洞洞徑2.0 m，長(zhǎng)170 m.出口接φ1 016×8 mm鋼管至蝶閥室，通過用閥門控制，后接灌溉、供水管道.

3 擋水壩結(jié)構(gòu)特性參數(shù)計(jì)算

3.1 壩頂安全超高及壩頂高程計(jì)算

表1 壩頂安全超高及壩頂高程計(jì)算成果

結(jié)合表1計(jì)算成果，壩頂高程的控制指標(biāo)為校核洪水位加非常運(yùn)用條件下的壩頂超高，考慮沉降超高后，壩頂設(shè)高1.5 m的防浪墻，墻頂高程取為1 293.50 m，壩頂高程為1 292.0 m.

3.2 大壩標(biāo)準(zhǔn)橫剖面

納革水庫(kù)為中壩，壩頂高程1 292.00 m，壩頂寬9 m，其上游設(shè)高4.7 m的“L”型C20鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程1 293.20 m，頂寬0.6 m，底部高程1 288.50 m，寬4.1 m.上游側(cè)設(shè)1 m寬交通、觀測(cè)及檢修平臺(tái)，防浪墻厚0.6 m，分縫間距12 m，縫間設(shè)銅片止水.壩頂為混凝土交通路面，路面凈寬6.8 m，厚0.2 m，混凝土路面基礎(chǔ)為0.4 m厚碎石墊層.路面下游側(cè)為C20鋼筋混凝土擋墻.壩體分區(qū)從上游到下游分別為蓋重區(qū)、上游鋪蓋區(qū)、墊層區(qū)(趾板下游側(cè)增設(shè)特殊墊層區(qū))、過渡層區(qū)、主堆石區(qū)(含主堆石排水區(qū))及下游次堆石區(qū)[8].主堆石料來源于隴腳鄉(xiāng)政府駐地花徳河北面長(zhǎng)嶺崗，距壩址距離約12 km,上游壩坡設(shè)計(jì)為1 ∶1.5，下游壩坡為1 ∶1.45.上游壩面1 262.00 m以下設(shè)置土料鋪蓋區(qū)，上游坡1 ∶1.75，頂寬2.5 m.墊層區(qū)寬度主要受所承受水力梯度、材料特性及河谷地形，施工工藝等方面的影響，面板后墊層水平寬3 m，在趾板下游側(cè)設(shè)置特殊墊層區(qū).過渡區(qū)水平寬3 m，頂高至1 288.5 m.納革水庫(kù)擋水大壩標(biāo)準(zhǔn)橫剖面(見圖2).

河床部位的趾板坐落在J2ln1—2石英砂巖中部，建基面高程為1 234.00 m.趾板后基礎(chǔ)水平開挖15 m，以適應(yīng)墊層料向下游延伸的需要.趾板后基礎(chǔ)采用掛網(wǎng)噴0.15 m厚C15混凝土，錨桿采用φ28@1.5 m×1.5 m，L=6 m.為了適應(yīng)壩體變形，對(duì)面板采取分垂直縫處理.兩壩肩附近左右岸面板分別設(shè)6條和3條張性垂直縫，河床段面板共設(shè)4條壓性垂直縫，間距均為12.00 m.在趾板與面板間設(shè)周邊縫，周邊縫縫寬12 mm，縫內(nèi)設(shè)12 mm厚瀝青浸漬杉木板，底部止水采用“F”型紫銅止水片[9].

3.3 壩基處理

(1)基礎(chǔ)開挖

基礎(chǔ)開挖將形成5～10 m的邊坡，為覆蓋層和巖質(zhì)邊坡，左岸壩肩開挖邊坡基本為順向坡，且?guī)r層傾角小于開挖邊坡角，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利，應(yīng)采取削坡或支護(hù)措施，對(duì)順向坡部位進(jìn)行及時(shí)掛網(wǎng)噴錨支護(hù)處理.右岸壩肩開挖邊坡屬逆向坡，邊坡削坡后較穩(wěn)定.邊坡開挖建議坡比：覆蓋層1 ∶1.25； 強(qiáng)風(fēng)化基巖：1 ∶1～1 ∶0.75.土質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性較差，雨季時(shí)會(huì)出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，開挖時(shí)應(yīng)注意削坡或支護(hù)處理措施.覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化基巖層，巖體透水性較大，應(yīng)采取排水措施，土質(zhì)邊坡覆蓋層開挖邊坡1 ∶1.5.

(2)開挖邊坡處理

壩基(壩肩)開挖邊坡采用掛網(wǎng)噴錨支護(hù).開挖邊坡設(shè)置水泥砂漿錨桿，采用φ25L=3.0 m，3.0×3.0 m梅花形布置；設(shè)φ50 L=4.0 m排水孔，孔向邊坡傾斜8°，5.0 m×5.0 m梅花形布置；掛網(wǎng)采用φ8鋼筋網(wǎng)，間排距20 m×20 cm；噴C20混凝土對(duì)邊坡進(jìn)行封閉.

(3)固結(jié)灌漿

在趾板與基巖連接部位，為了提高趾板基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性，需要進(jìn)行固結(jié)灌漿.固結(jié)灌漿孔共兩排，孔距3 m，排距3 m，孔深5 m，固結(jié)灌漿總進(jìn)尺900 m左右.

(4)帷幕灌漿

大壩河床段帷幕線沿趾板布置，左岸向山體延伸120 m左右，右岸經(jīng)溢流堰后橫穿右岸埡口向山體延伸30 m左右，河床部位帷幕深度按1倍水頭考慮，總體帷幕下限高程可控制在1 200.00 m左右.帷幕線總長(zhǎng)600 m，總進(jìn)尺14 201 m，有效進(jìn)尺為9 445 m.采用單排孔方案，孔距為3 m.

4 結(jié) 論

納革水庫(kù)壩址河谷呈不對(duì)稱“V”型，建庫(kù)河段呈蛇曲展布，壩址區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，受不良地質(zhì)發(fā)育、巖性及巖體風(fēng)化深度大等因素的影響，水庫(kù)蓄水后土質(zhì)邊坡表層失穩(wěn)問題嚴(yán)重，存在誘發(fā)較大規(guī)模滑坡的可能性.為確保水庫(kù)擋水壩具有較高安全穩(wěn)定性，提高工程建設(shè)投資經(jīng)濟(jì)效益，在樞紐整體布置和結(jié)構(gòu)計(jì)算中進(jìn)行了詳細(xì)論證分析，優(yōu)選合理的設(shè)計(jì)方案以降低施工難度和減少建設(shè)占地.

(1)公路開挖和水庫(kù)蓄水后，土質(zhì)邊坡土體力學(xué)性能將降低，尤其在水位消落和水頭壓力增大等工況下，土質(zhì)邊坡產(chǎn)生滑動(dòng)的可能性大，必須對(duì)庫(kù)首邊坡進(jìn)行支護(hù)處理.壩基(肩)軟弱夾層發(fā)育，對(duì)壩基(肩)抗滑穩(wěn)定影響大，加之右岸山體單薄，導(dǎo)致抗力巖體單薄，對(duì)壩肩抗滑穩(wěn)定不利.

(2)結(jié)合壩址區(qū)地形地貌和水文地質(zhì)條件，兩河匯合口以下300 m的河谷地段作為建壩河段具有唯一性.優(yōu)選混凝土面板堆石壩攔河壩工程+右岸岸邊溢洪道+右岸取水兼放空隧洞等組成的C25W8混凝土面板堆石壩方案.

(3)結(jié)合調(diào)洪計(jì)算，最終確定壩頂高程1 292.0 m，防浪墻頂高程1 293.50 m.壩體總共分為6個(gè)分區(qū)，采取深挖回填、固結(jié)灌漿、帷幕防滲和庫(kù)首邊坡支護(hù)等工程處理措施后，壩址區(qū)具備成庫(kù)條件.

[1] 成克雄.八岔林水庫(kù)混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)[J].小水電,2014,177(3):34-37.

[2] 李 劍.石堡子水庫(kù)工程混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)[J].甘肅水利水電技術(shù),2010,46(7):35-36.

[3] 陸秉山,彭章超.云南黑龍水電站壩型選擇初探[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2013(2):58-61.

[4] 陳 煒.白眉水庫(kù)面板堆石壩應(yīng)力變形分析[J].吉林水利,2012(9):33-36.

[5] 何米杏.五里壩水庫(kù)工程混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2014,26(4):36-39.

[6] 龔常青.新屯水庫(kù)混凝土面板堆石壩方案[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2014(10):144-146.

[7] 冉毅碧.大沙壩水庫(kù)混凝土面板堆石壩優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2015(4):90-92.

[8] 李龍波.楊柳水庫(kù)混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)[J].四川水利,2016,37(4):52-54.

[9] 楊平榮,譚劍波.水庫(kù)混凝土面板堆石壩優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2014，26(4):28-30.

OptimalDesignofConcreteFaceRockfillDamofNageReservoir

HUANG Li1, WANG Jian-feng2

(1.Guizhou Hydraulic Research Institute, Guiyang 550002, China; 2.College of Water Conservancy and ArchitecturalEngineering, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China)

The complex conditions of topography and geology, adverse geological development, poor lithology, rock mass weathering and other influencing factors lead to side slope collapse and dam foundation damage and other problems in Nage Reservoir. The design scheme of C25W8 reinforced concrete face rockfill dam was optimally chosen by considering the dam building area, the soft layer development in dam area, the project land covering, the construction technology, the investment economic benefit and other factors. After the design calculation and multiple optimal adjustment, combining with the engineering treatment measures such as deep excavation backfill, consolidation grouting, curtain anti-seepage and reservoir slope protection, the geological conditions of the site are effectively dealt with to fulfill the reservoir construction, which has been examined and approved at present.

Nage Reservoir; soil slope; concrete face rockfill dam; consolidation grouting

2016-08-24

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(20156905)

黃 麗(1984-)，女，貴州貴陽(yáng)人，碩士，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作.

TV431

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1008-536X(2016)12-0025-04