黄家湾水库混凝土面板堆石坝设计

2014-04-26伍承驹

陕西水利 2014年3期

关键词：软质黄家堆石坝

伍承驹

（贵州省水利水电勘测设计研究院贵州贵阳 550000）

黄家湾水库面板堆石坝坝高82.1m，基础为软质岩，岩石的饱和单轴抗压强度小于30MPa，为了保障大坝基础的稳定性，针对软质岩石基础的特性，对大坝基础采取有效的处理措施，使大坝结构设计更趋于合理。

1 工程概况

黄家湾水库位于格凸河中游河段，拟建坝址位于紫云县板当镇黄家湾河段上，地理位置：东经 106°11′～106°13′，北纬 25°47′～25°48′，距紫云县城18km，有公路通至坝址，交通较方便。

黄家湾水库位于格凸河中游，坝址以上集雨面积969km2，河长91.23km，主河道平均比降3.63‰，多年平均流量18m3/s，多年平均年径流量5.68亿m3，设计正常蓄水位1055m，相应库容14380万m3，死水位1035m，相应库容5640万m3，调节库容8740万m3。主要枢纽建筑物有大坝、溢洪道、放空底孔、引水隧洞、厂房等，大坝为面板堆石坝，坝顶高程1057m，最大坝高82.1m。黄家湾水利枢纽工程是综合利用的水利工程，主要任务以城乡生活和工业供水、农业灌溉为主，并结合发电。水库总库容16610万m3，工程等别为Ⅱ等，工程规模属大（2）型。

2 建坝河段工程地质条件分析

2.1 地形地貌

可选坝段位于格凸河上游黄家湾东西向宽缓河谷段，纵向长约1.4km。初选上、下两个坝址比较，上坝址位于东西向河段进口处200m，下坝址距上坝址600m左右。

2.2 地质构造

坝段位于江洞沟向斜东翼近核部，未发现大断层，岩层陡倾倒转，产状N10°～30°E/SE∠40°～65°,总体为单斜构造，层状结构。但褶皱发育，层间错动软弱夹层发育。主要发育裂隙有六组，以①、②、④组最发育。

层面及层间错动夹层：坝址由于受构造挤压影响，层面发育，泥页岩岩层内形成较多的层间错动夹层，后期风化改造使泥化程度加剧，主要表现为泥页岩破碎，呈鳞片状夹砂质碎颗或鳞片，并伴有层间揉皱，多在夹层顶底部形成起伏的光面及镜面。在ZK3、ZK5等钻孔以及PD2平洞有揭露，遇水易泥化，强度明显降低。

通过上述分析可以得出在本工程中，工程地基基础为软质岩地基。

3 大坝设计难点问题

3.1 软质岩问题

通过对该大坝地质条件分析，可以得知其地层岩性属于软岩类，往往存在湿陷问题。会产生以下问题：

（1）强度和稳定性问题。当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。

（2）压缩及不均匀沉降问题。当地基在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形时，会影响结构物的正常使用。特别是超过结构物所能容许的不均匀沉降时，会引起建筑物地上主体的墙体开裂甚至破坏。

（3）水量损失问题。地基的渗漏量超过容许值时，会发生水量损失导致发生事故。因此必须对软质岩地基进行防渗处理。

3.2 大流量泄洪问题

本工程下泄流量高达2183m3/s，下泄高度大于80m，考虑到溢洪道下游基岩岩性主要为泥岩，抗冲能力很差，溢洪道下游挑流段基础需要进行处理。

4 黄家湾水库面板堆石坝设计要点

4.1 大坝基础设计

通过上文的分析和研究，得知本工程坝基基础为软质岩石地基，因而在施工中为了保证大坝建造的稳定性，须采取必要的地基基础处理。

4.1.1 基础开挖设计

下坝址为较对称“V”型横向谷，出露地层为T2b2-4薄～中厚层状砂岩、砂质泥岩，T2b2-5薄层砂质泥岩、泥岩夹少量砂岩及第四系冲积、坡积层。河床大部分地段基岩裸露，深潭及河流阶地部分覆盖层厚2m～5m。两岸坡1050m高程以下基岩裸露，覆盖层零星分布。1050m高程以上覆盖层厚0.5m～2.5m，边坡稳定。上游部分的坝基开挖，将趾板设于弱风化岩石上，开挖深度5.9m～15.6m，开挖坡比：覆盖层1∶1，强风化1∶0.75，弱风化1∶0.5，单级坡高宜小于8m。趾板下游0.5倍坝高范围以内要求开挖至与趾板同高程，趾板下游0.5倍坝高范围以外坝体地基可只开挖至强风化基岩上部。

4.1.2 固结灌浆设计

固结灌浆施工的特点是“围、挤、压”，就是先将灌浆区圈围住，再在中间插孔灌浆挤密最后逐序压实，这样易于保证灌浆质量，所以，固结灌浆的施工次序必须遵循逐渐加密的原则。

在黄家湾面板堆石坝设计中，趾板与基岩连接部位，为了提高趾板基础的整体性，提高抗冲击能力，避免帷幕灌浆时破坏趾板，形成漏浆，灌浆时不起压，趾板地基需进行固结灌浆，按3排布置，在防渗帷幕的上游布置一排，下游布置两排。孔、排距2.5m，梅花型布置，孔深5m。

4.1.3 帷幕灌浆设计

坝区强风化岩体及局部弱风化岩体节理裂隙较发育，据钻孔压水试验统计，岩体透水率q=0.2 Lu～1.3Lu，最大可达37Lu(ZK11号钻孔)，局部透水率较大；两岸强风化深度大，坝基(肩)及两岸存在裂隙性绕渗漏问题，需作帷幕灌浆处理。

在面板堆石坝帷幕灌浆设计中，灌浆帷幕一般是沿趾板中心线布置。一般情况下主帷幕深度不宜小于坝前最大水深的30%。帷幕深度的简单公式如下：

式中，D——帷幕深度，m；

H0——坝前最大水深，m；

C——常数，一般取8m～25m。

在本工程中，防渗帷幕线坝体部分沿趾板线布置，两坝肩垂直岸坡往山体延伸，以正常蓄水位1055m与地下水位的交点为帷幕端点，帷幕线总长551m，帷幕深度按深入岩体透水率为3Lu区域内5m。帷幕灌浆孔按单排孔，孔距3m布置。帷幕灌浆按III序施灌，I序孔作为先导孔进行灌浆试验,两个I序次孔之间插一个Ⅱ序次孔和两个Ⅲ序次孔。第一序次孔距12m，逐序在中间布孔。灌浆材料为纯水泥浆，灌浆后透水率控制值为1Lu。初拟帷幕表层段灌浆压力值为0.4MPa～0.7MPa，孔底段为1.0MPa～1.2MPa。帷幕灌浆总进尺12780m，有效进尺12580m，无效进尺200m。

4.1.4 边坡支护设计

两岸自然边坡为斜向坡，局部强风化深度较大。基础开挖深度5.9m～15.6m，开挖边坡主要由覆盖层及强风化岩体构成，呈散体及碎裂块体结构，层面与裂隙存在不利结构组合，开挖边坡稳定性差,变形破坏形式主要为覆盖层滑坡或坍塌，强风化岩体崩塌或坍滑，需加强临时支护。对于开挖边坡，清除局部不稳定岩体，边坡采用喷锚支护处理措施，喷C25混凝土厚100mm，边坡设Φ25的砂浆锚杆，根长4.5m，间、排距2m，同时坡顶采取排水措施。