老虎潭水库工程设计新技术及应用

2014-04-03吴文峰黄荣卫

浙江水利科技 2014年6期

吴文峰，黄荣卫

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州 310002)

1 工程概况

老虎潭水库位于浙江省湖州市境内，坝址地处张村附近的东苕溪支流埭溪上，距下游埭溪镇约6.0km，距湖州市中心直线距离约30.0km。水库总库容9966万m3，为Ⅲ等工程，包括1座主坝和3座副坝，主要建筑物包括拦河坝、泄水、放水和供水建筑物等，为2级建筑物。

拦河坝主坝采用混凝土面板堆石坝和混凝土重力坝混合坝型，坝顶高程54.8m，坝顶总长783.0m。从右岸到左岸依次为重力坝非溢流坝段、重力坝溢流坝段和混凝土面板堆石坝段。重力坝段布置在拦河坝由非溢流坝段和溢流坝段2部分组成，坝顶长度为95.0m，最大坝高为41.8 m。混凝土面板堆石坝段坝顶长度为688.0m，最大坝高为35.5m，河床段趾板基础座落于碾压密实后的砂砾石基础上，坝基上游采用低弹模混凝土防渗墙进行防渗，左岸岸坡段趾板位于弱风化基岩上。

下设南、北副坝，均为混凝土面板堆石坝，坝顶高程54.8m，南副坝最大坝高29.8m，坝顶长180.0m，坝顶宽5.0m，北副坝最大坝高22.3m，坝顶长150.0m，坝顶宽5.0m。上、下游坝坡均为1∶1.3。

老虎潭水库工程于2005年12月28日开工，2008年5月30日下闸蓄水，2009年12月30日引水工程通水。

2 工程地质条件

老虎潭主坝坝址区河谷开阔，呈“U”字型，谷底平坦，宽约670m，坝顶谷宽约780m。上游发育南、中、北3条水系，至张村交汇后河谷宽阔，流经坝址后河谷缩窄，形成口小腹大之库盆地形。两岸山坡坡度左缓右陡，左岸山坡坡度35～40°，右岸山坡坡度50～60°。

左岸趾板强风化带厚度3～5m，弱风化带厚度8～10 m。河谷地形开阔，沿趾板砂卵砾石层厚度5～13m，一般含少量泥，底部及河谷两侧含泥量较高，左侧含泥量可达20%左右。下部基岩全风化带0.0～4.5m;强风化带一般厚度0.5～3.5m;弱风化带一般厚度2.0～9.0m。坝轴线位置曾于1958年进行了全面开挖，后因故停工，基坑内淤积物松散、含泥量较高，另坝基内尚有数个泥浆池，深度较深，沉淀泥层的物理力学差。

当地块石料、堆石料和砂砾料储量丰富，岩性均为灰紫色流纹质晶屑玻屑凝灰岩，岩石较坚硬、抗风化能力较强。

3 设计创新点及新技术应用

3.1 主坝采用面板坝和重力坝相结合的混合坝型

拦河坝由混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝2部分组成，且大部分坝体为混凝土面板堆石坝。坝顶高程为54.8 m，重力坝最大坝高为41.8m;面板坝最大坝高为35.5m。面板坝段及重力坝溢流坝段坝顶按一般交通要求布置，宽6.0m，重力坝非溢流坝段坝顶宽8.0m。

拦河坝总长783.0m，按坝型分为2段，从右岸到左岸依次为混凝土重力坝长95.0m，混凝土面板堆石坝长688.0m。

根据坝址区地形地质条件，重力坝段布置在拦河坝右侧，为常态混凝土重力坝，由非溢流坝段和溢流坝段2部分组成，非溢流坝段长63.0m，溢流坝段长32.0m，最大坝高41.8m。混凝土面板堆石坝段布置在重力坝左侧，最大坝高35.5m，上、下游坝坡均为1∶1.3。坝体堆石分区填筑，分层碾压，自上游至下游依次分4个主要填筑区，另在面板周边缝下游侧及面板滑模施工平台以上设2个特殊填筑区，下游坝坡采用混凝土网格梁间种草皮护坡。主坝枢纽平面布置见图1，主坝混凝土面板堆石坝标准断面见图2。

主坝在开阔河谷上充分利用当地建筑材料，有利于大型机械施工。该混合坝型的应用加快了施工进度，节省了工程投资，为工程尽快发挥效益创造了有利条件。

图1 主坝枢纽平面布置图

图2 主坝混凝土面板堆石坝标准断面图

3.2 主坝面板堆石坝基础处理特点

坝址区河谷开阔，河床分布有厚度约15.0m的砂卵砾石覆盖层，坝轴线附近存在1958年开挖遗留的深坑 (最大深度约10.0m，长度约50.0m)，并分布有水塘，塘内淤积有淤泥及其它松散物质，左侧河床尚有数个人工开挖的泥浆池，地质条件相对较差且较复杂。施工过程中经现场开挖，挖除了表部淤泥层等，经地质鉴定后，再采用块石料进行回填，并进行分层碾压，块石级配与碾压参数要求同主堆石区。另外，混凝土面板堆石坝河床左岸防渗墙下游侧坝基在碾压过程中发现局部存在淤泥等软弱夹层。施工中对上述范围坝基要求挖除至15.8m高程，同时采取设置排水沟、必要时挖除下游堰坝等措施，要求降低地下水位至建基面以下1.0m。防渗墙下游1.0m以外范围坝基先回填1层块石料 (粒径不大于40cm)进行静压挤密，再回填垫层料，垫层料级配和其他要求与坝体垫层区填筑料相同。

目前面板坝坝体沉降已趋稳定，蓄水后大坝累计最大沉降量约1cm，仅为坝高的0.03%，基础处理效果达到了设计要求。

3.3 面板坝坝基防渗设计特点

混凝土面板堆石坝河床段上游基础采用低弹模混凝土防渗墙进行防渗，防渗墙墙顶高程19.8m，最大墙深约16.0m，墙体厚度0.8m。墙体材料为低弹模混凝土，28d弹性模量不大于10000.0MPa，28d抗压强度不小于10.0 MPa，28d抗拉强度不小于1.0MPa，抗渗等级不低于W6。防渗墙底部进行帷幕灌浆处理，灌浆平台高程为20.6m，设防渗帷幕1道，孔距2.5m，要求伸入相对隔水层 (q≤5 Lu)以下5.0m，帷幕设计防渗标准为不大于5Lu［1］。

主坝混凝土面板堆石坝基础防渗采用低弹模混凝土防渗墙，结合局部墙底进行帷幕灌浆的处理方案，较好地解决了深厚砂砾石覆盖层的防渗问题，为简化施工导流及施工度汛创造了条件，取得了较好的坝基防渗效果。

3.4 面板坝与重力坝之间衔接的设计特点

面板坝与重力坝之间的衔接是混合坝型设计的一个技术难点，设计过程中利用重力坝进水渠布置最高达41.0m的混凝土重力式挡墙，将2种坝型分隔。导墙基础座落于弱风化基岩上，最大墙高41.0m。上游导墙伸缩缝、导墙与面板之间接缝按面板坝周边缝型式布置，缝底设止水铜片，缝表面设“SR”柔性填料和PVC盖片，内嵌沥青松木板，厚1.2cm。上游导墙左侧与面板周边缝、河床段趾板、防渗墙头部及坝顶防浪墙接缝中的止水铜片，右侧与溢流坝段接缝中的止水铜片连接形成一个封闭的止水系统。面板坝临导墙附近设特殊垫层区和垫层区，加强小型振动碾碾压。水库蓄水后导墙稳定，相邻面板坝未产生不均匀沉降变形，周边缝运行正常。

3.5 面板堆石坝施工期上游面固坡型式特点

本工程面板堆石坝垫层面采用混凝土挤压边墙代替传统的砂浆固坡型式，挤压式边墙结构断面为不对称梯形，以铰接的方式使边墙可适应垫层区的变形，其底部不会形成空腔，有效避免空腔对面板的不利影响。墙高度为垫层料的设计铺填厚度，本工程垫层料的铺填厚度为40cm，故确定挤压式边墙单层高度为40cm。边墙上游侧坡度与混凝土面板堆石坝的上游坝坡相同，为1∶1.3。顶部宽度太大会降低边墙适应变形的能力，顶部宽度太小会造成边墙成型困难，容易坍塌。本工程混凝土挤压边墙顶部宽度确定为l0cm，边墙下游侧坡度采用8∶1。挤压边墙断面见图3。

挤压边墙作为占进原垫层料内的齿型混凝土墙，处于面板与垫层之间，因此，除须起固坡作用外，还要求具有低强度、低弹模、半透水的特性。由于本工程河床段趾板基础座落于厚覆盖层上，且坝面坡面较陡，因此挤压边墙混凝土28d抗压强度应控制在5MPa左右，以减少面板建基面的约束。老虎潭面板坝挤压边墙设计指标见表1［2］。