锦凌水库土坝坝体防渗结构型式比选

2014-07-12董枫枫

中国水能及电气化 2014年4期

董枫枫

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)

1 锦凌水库工程概况

锦凌水库工程位于锦州市境内的小凌河干流上，是列入小凌河流域规划、锦州城市总体规划及城市防洪规划的重要骨干工程。坝址位于锦州市近郊区的后山河营子村，距锦州市9.5km，坝址以上控制流域面积3029km2，占总流域面积的58.8%，坝址以上多年平均年径流量3.56亿m3，水库总库容8.14亿m3，水库工程规模为大 (2)型。水库任务是以承担锦州市的防洪和供水为主，并兼顾改善地下水环境。

根据水库综合利用开发要求，锦凌水库主要建筑物由拦河坝、泄水建筑物和引水建筑物组成，锦凌水库坝址处河谷宽约800m，左岸山坡略陡，右岸则较缓，枢纽为以土石坝为基本坝型的混合坝，由左岸土坝坝段、左岸连接段、挡水重力坝段、溢流坝段、底孔坝段、引水坝段、右岸连接段及右岸土坝坝段组成(见图1)。

图1 锦凌水库效果图

锦凌水库正常蓄水位60.00m，相应库容5.94亿m3，死水位41.00m，死库容0.41亿m3，防洪限制水位59.60m，设计洪水位 (0.2%)61.52m，防洪高水位(1%)61.09m，校核洪水位 (0.02%)63.66m，总库容8.14亿m3;兴利库容5.58亿m3;城市与工业多年平均日供水24.5万t(从河道取水4.2万t)，环境多年平均供水流量为1.13m3/s。

2 锦凌水库土坝概况

锦凌水库土坝分左、右岸两部分，左岸土坝长499.0m，右岸土坝长351.5m，总长850.5m。坝体利用防浪墙挡水，防浪墙顶高程66.00m，坝顶高程64.80m。坝顶宽为8.00m。

左岸坝体上游坝坡为1∶2.5，下游坝坡分为两级，坝面坡比由上至下为1∶2.25、1∶2.50。贴坡排水体边坡为1∶3.25。最大坝高36.10m。

右岸坝体上游坝坡为1∶2.50，下游坝坡分为两级，坝面坡比由上至下为1∶2.25、1∶2.50。

坝体上游坝面为干砌石护坡，厚0.4m，下设0.3m厚碎石和0.3m厚粗砂反滤层。下游坝面采用碎石护坡，厚0.3m。为便于运行管理，在坝体下游设一级马道，左岸马道高程52.00m，右岸马道高程56.00m，马道顶宽均为2.0m。坝脚高程39.00m以下部位设置贴坡排水体。

土坝坝基防渗采用混凝土防渗墙，墙下设帷幕灌浆。

3 坝体防渗结构比选

根据防渗体在坝体的表部或者中央部位等的不同，有斜墙、心墙等坝型。

斜墙坝与心墙坝在结构、稳定性、抗震性、施工等方面各有优缺点。

斜墙坝具有下列优点:

a.斜墙坝最大优点是可提前填筑下游坝体。这样就加快了施工进度，均衡了劳力安排，节省了造价。

b.如果通过坝体对基岩灌浆，在斜墙坝能节约钻孔长度，施工干扰也较小。

c.当坝基覆盖层较厚时，开挖截水槽后，如采用土斜墙，就可不必全部回填，既节省回填量，又可利用截水槽挖出来的砂卵石筑坝。

心墙坝具有下列优点:

a.坝的剖面较小，土料抗剪强度低时差别更大。

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b.在同一水力坡降时，心墙剖面小于斜墙，故土料施工进度较快，费用较省。如土料用量相同时，心墙的水力坡降较小，抗渗性能高。

c.不论心墙的建基高程有何变化，心墙轴线总是不变的，斜墙的中心线则随建基高程而变化，但建基高程常须在开挖中最终确定，故给设计和施工带来困难。

综上所述，斜墙坝和心墙坝都适用于锦凌水库土坝坝体防渗结构，结合该工程的具体情况，最终确定以施工方便、费用较省的心墙坝作为坝体防渗结构型式。

4 坝体防渗材料比选

常用的土坝坝体防渗材料是土料、沥青混凝土和钢筋混凝土，由于钢筋混凝土心墙不利于检修，且坝下游部分所需剖面较大，结合该工程的具体情况，仅对黏土、沥青混凝土防渗材料进行比较分析。

a.沥青混凝土心墙。利用沥青混凝土作为防渗心墙的工程比较多，它不易产生裂缝，较适应坝体的变形，因此日益得到广泛的应用;但该工程坝基覆盖层较厚，坝体采用沥青混凝土防渗心墙受力复杂，并且心墙施工需与坝体填筑同时进行，施工干扰大，施工进度较慢，漏水的检查比较困难，也不容易维修。

b.黏土心墙。黏土心墙坝适应变形能力强，施工期孔隙压力消散快，稳定性高;结合坝体填筑料抗剪强度的提高，坝坡可放陡，减少坝体填筑量;便于与岸边和非土质建筑物连接。但黏土心墙对土料的物理力学指标要求较高，施工中需严格控制。

对上述两种防渗材料，选取典型断面按单宽坝体进行投资比较，结果见下表。

土坝防渗材料工程量及投资比较表

根据料场调查情况，该工程区有足够的质量合格的黏土料场，并且黏土心墙方案投资较少，因此坝体采用黏土心墙防渗。

5 黏土心墙断面尺寸的确定

心墙断面应自上而下逐渐加厚，根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)的规定，心墙顶部水平宽度不宜小于3.0m，底部厚度不宜小于水头的1/4。该工程最大水头为30.0m，底部相应最小厚度为7.5m。

设计中考虑黏土心墙边坡稳定要求、心墙与坝壳填筑料的沉降牵制作用及机械施工填筑的有效厚度影响，心墙上下游坡比均采用1∶0.2，则实际心墙底部厚度达到7.0～16.7m，最大渗透比降为1.98，满足设计要求。

6 坝体防渗结构型式

经坝体防渗结构比选、坝体防渗材料比选，确定锦凌水库土坝坝体结构为黏土心墙砂砾坝，利用防浪墙挡水，防浪墙顶高程66.00m，坝顶高程64.80m。心墙顶高程63.60m。左右岸坝顶宽度均为8.00m。防渗体采用黏土心墙结构，心墙顶部宽度为3.0m，心墙底部最大宽度为16.7m，心墙上下游坡比均为1∶0.2。心墙上部与钢筋混凝土防浪墙紧密连接，心墙外侧设反滤层，上游厚1.2m、下游厚1.5m。心墙底部开挖至砂卵石层面下0.5m。土坝典型剖面见图2。