聚仙庙水库左岸贴坡式副坝设计及应用

谢玲丽，仇金长，邢茜茜，魏清顺

（1.武汉志宏水利水电设计院，湖北武汉，430070；2.驻马店市水利工程局，河南驻马店，463000；3.山西农业大学城乡建设学院，山西太谷，030801）

聚仙庙水库左岸贴坡式副坝设计及应用

谢玲丽1，仇金长2，邢茜茜1，魏清顺3

（1.武汉志宏水利水电设计院，湖北武汉，430070；2.驻马店市水利工程局，河南驻马店，463000；3.山西农业大学城乡建设学院，山西太谷，030801）

为解决聚仙庙水库因左岸地质条件复杂且稳定性较差而引起的坝体稳定和防渗问题，在对地形及地质岩性进一步分析的基础上，提出了左岸“贴坡式副坝”的设计方案。工程充分利用左岸山体，在其上游面护砌一定厚度的混凝土作为防渗面板，将左坝肩较为单薄的山体全面包围，并设锚杆将左岸山体及其防渗面板连成一个整体，作为左岸的“贴坡式副坝”。经试验验证，这种设计既解决了左岸的稳定和防渗问题，又节省了筑坝工程量和工程投资。“贴坡式副坝”设计方案可为重力坝及类似的工程设计提供借鉴和参考。

聚仙庙水库；贴坡式副坝；稳定；防渗

1 工程概况

聚仙庙水库位于湖北省十堰市张湾区，坝址以上承雨面积24.8 km2，水库总库容327.4万m3，最大坝高50 m，是一座以抗旱应急水源供水、灌溉为主，兼顾防洪等综合利用的小（1）型水库。枢纽工程主要建筑物由砌石混凝土重力坝、左岸导流-冲砂-放空洞、供水灌溉洞及生态放水管等组成。工程等别为IV等，大坝、泄洪建筑物、供水灌溉洞等主要建筑物级别为4级，其他次要及临时建筑物级别为5级。大坝为重现期30年（P=3.33%）洪水设计，重现期200年（P=0.5%）洪水校核，消能防冲建筑物设计标准为重现期20年（P=5%）洪水设计。

坝址区为武当群杨坪组第二亚组绢云钠长片岩，岩性软弱，其大坝左岸地质条件复杂，左岸坝肩山体单薄，渗径较短，片理及裂隙发育，坝肩下游呈临空状，片理面倾向临空面，在纵向横裂隙切割作用下，构成不稳定结构体。由于左岸地质条件复杂，左岸坝体的稳定和防渗问题成为设计的一个难题[1]。

2 左岸坝体设计难度分析及方案比选

2.1 左岸坝体设计难度分析

根据现场勘察的地质岩性情况，聚仙庙水库坝址处出露的岩层为武当群杨坪组第二亚组绢云钠长片岩，可以布置面板坝和重力坝。但由于坝址处河段呈“S”形弯曲，坝线位于河床缩窄的“咽喉”地带，两岸岸坡较陡，局部为陡崖，不利于面板坝的布置。相比之下，由于重力坝体形较小，可以布置在河床缩窄的“咽喉”地带[2-3]。而且，重力坝挡水和泄洪建筑物融为一体，冲砂及取水建筑物镶嵌于坝体内部，不需另设导流建筑物，工程布置紧凑，工程量小，节省工程投资。鉴于以上考虑，故而选择砌石混凝土重力坝作为推荐坝型。

然而，由于左岸山体单薄，渗径较短，存在绕坝肩渗漏的可能[4]，而且岩石片理及裂隙发育，坝肩下游呈临空状，片理面倾向临空面，在纵向横裂隙切割作用下，构成不稳定结构体。由于左岸地质条件复杂，左岸坝体的稳定和防渗问题成为设计的一个难题。

2.2 设计方案比选

鉴于稳定及防渗考虑，聚仙庙水库左岸坝体断面有以下两种方案可供选择：

方案一，充分利用左岸山体，将坝线设在河床缩窄的“咽喉”地带，同时将左岸坝线略向上游倾斜一个角度后向左岸延伸，直至将左坝肩较为单薄的山体整个包围起来，在上游面护砌一定厚度的混凝土作为防渗面板，并设锚杆将防渗面板和山体连在一起，在结合部位进行回填灌浆，在面板的“趾板”下进行防渗帷幕灌浆。这样将左岸山体及其防渗面板连成一个整体，作为左岸的“贴坡式副坝”，与主坝一起共同承担水库的蓄水任务。其坝轴线布置如图1中的坝轴线Ⅰ。

方案二，坝体避开左岸山体，将坝线略向上游平移，坝轴线为直线，使溢流坝段挑流鼻坎末端恰好落在“咽喉”地带的起始处，左岸山体就像大坝的一个“推力墩”，增强了左坝肩坝体的稳定性。其坝轴线布置如图1中的坝轴线Ⅱ。

以上两种方案中，方案一将左岸山体作为坝体的一部分，既能满足左岸坝体的稳定性，又解决了左岸的防渗问题[5-6]，且工程量较小，投资较少。但是由于左坝岸山体上游面为陡崖，局部倒悬，因此进行上游混凝土的护砌和施工时需慎重对待。方案二避开了左岸山体的不利地形，坝体的稳定及防渗处理较为方便。但由于上游为突然开阔的平缓地带，坝线上移必将导致坝轴线延长，工程量及工程投资将会显著增加。经综合比较，左岸选择方案一的“贴坡式副坝”作为推荐方案。

图1 重力坝平面布置示意图Fig.1 The plane of the gravity dam

3 左岸贴坡式副坝方案设计

3.1 大坝平面布置

聚仙庙水库大坝为砌石混凝土重力坝，由左、右岸非溢流坝段和河床溢流坝段组成，坝轴线全长218 m，共分7个坝段。河床部位建基面高程为357.00 m，坝底最大宽度45.43 m，坝顶高程407.00 m，上、下游侧均设1.2 m高的栏杆，坝顶宽4 m，最大坝高50 m。坝体内河床部位设灌浆排水廊道，廊道净空尺寸为2.5 m×3.5 m。

泄洪型式采用溢流坝坝顶泄洪，堰顶高程403.50 m，无闸控制，共分7孔，每孔净宽8 m，总净宽56 m，最大下泄流量425.48 m3/s（P=0.5%）。堰面曲线采用WES曲线，坝后采用挑流消能。溢流坝顶设闸墩及交通桥与两岸坝段连接。

导流-冲砂-放空洞（简称底孔）布置在左岸，为导流、冲砂、泄空等综合利用的多功能涵洞。底孔为坝内箱涵，全长58 m，由进口段、闸室段、洞身段和出口段组成。进口底高程365.00 m，高出河床约2 m，洞身为方涵，孔口尺寸为2.0 m×2.5 m，设计流量35.89 m3/s，出口采用面流消能。

供水灌溉洞布置在大坝左岸的贴坡式副坝内，为坝内埋管+隧洞的形式，全长47 m，由进口闸室段、洞身段和出口段组成。进口底高程375.00 m，设计流量0.803 m3/s。进口闸室段采用竖井式，进水口采用分层取水。聚仙庙水库大坝平面布置如图1所示。

3.2 左岸贴坡式副坝横剖面设计

根据重力坝稳定应力计算的结果，拟定河床处非溢流坝横剖面见图2。从图中可以看出，由于坝址处地质岩性较软，因此拟定的剖面较大，工程量较多。

左岸贴坡式副坝横剖面如图3所示。

可以看出，左岸贴坡式副坝充分利用了左岸山体，在其上游面护砌一定厚度的混凝土作为防渗面板，将左坝肩较为单薄的山体整个包围起来，并设锚杆将上游面混凝土和山体连在一起，在结合处进行回填灌浆，在面板的“趾板”下进行防渗帷幕灌浆，将左岸山体及其防渗面板连成一个整体，作为左岸的“贴坡式副坝”。与图2相比，左岸贴坡式副坝方案设计既解决了左岸坝体的稳定及防渗问题，又大大节省了工程量及工程投资。

图2 河床处非溢流坝横剖面Fig.2 Lateral section of non-overflow dam at river bed

图3 左岸贴坡式副坝横剖面Fig.3 Lateral section of attaching slope type auxiliary dam at left bank

3.3 重力坝稳定及应力计算

根据SL 25-2006《砌石坝设计规范》及SL 319-2005《混凝土重力坝设计规范》，大坝应进行抗滑稳定及应力计算。坝基岩石为武当群杨坪组第二亚组绢云钠长片岩，地层单一，岩石抗剪强度指标建议值：混凝土/绢云钠长片岩（弱风化）抗剪断摩擦系数f′＝0.85，抗剪断凝聚力C′＝0.65 MPa，抗剪摩擦系数f＝0.56，坝基弱风化岩石抗压强度地质建议值4.0 MPa。根据DL 5073-2000《水工建筑物抗震设计规范》的规定，由于本工程地震设计烈度为Ⅵ度，故不需考虑地震的影响。设计荷载组合分为基本组合和特殊组合。由大坝稳定及应力计算结果可知，大坝在荷载基本组合和特殊组合情况下稳定及应力均满足规范要求。

单薄山体的渗透稳定性直接决定了水库能否安全运行，为此，采用二维有限元对上游混凝土面板作为防渗处理工况下的稳定性进行计算分析。根据有限元计算结果及山体地质特征，将该剖面中稳定性较差的地段作为极限平衡分析法的研究对象，进行边坡极限平衡稳定性计算，证明山体稳定性能够满足设计要求。

该设计在后期施工中，根据坝体变形及施工条件进行混凝土面板分缝分块，垂直缝的间距为15 m。在两坝肩附近的面板设张性垂直缝，其余部分的面板设压性垂直缝。由于混凝土面板应力变形状态受水压力、面板混凝土材料特性、河谷形状等因素的影响，面板结构设计的可行性、可靠性决定了面板裂缝的产生及面板裂缝的数量。当混凝土受到的综合应力超过设计值时，面板混凝土就不可避免产生裂缝。根据工程要求，对于宽度≤0.2 mm的裂缝，采用单组分聚脲进行涂刷覆盖处理，涂刷厚度2.5～3 mm，涂刷宽度12～16 cm。对于宽度＞0.2 mm的裂缝，先采用化学灌浆（环氧类补强、聚氨酯类防渗），然后用单组分聚脲涂刷覆盖。

4 结语

通过对聚仙庙水库大坝左岸进行“贴坡式副坝”的方案设计，使左岸山体及上游防渗面板连成一个整体，作为左岸的“贴坡式副坝”，既解决了左岸的稳定和防渗问题，又节省了筑坝工程量和工程投资。“贴坡式副坝”设计方案为重力坝设计提供了一种新思路，获得了评审专家的一致认可，并在工程中得以成功应用，可为类似的工程设计提供借鉴和参考。 ■参考文献：

[1]李亮.新疆某供水工程调蓄水库大坝设计[J].甘肃水利水电技术,2014,50(8):42-44．

[2]张友刚.实例探析水库大坝设计[J].河南水利与南水北调, 2013(22):35-36．

[3]张光斗,王光纶.水工建筑物[M].北京:水利电力出版社，1994．

[4]马丹.菩萨庙水库大坝渗流计算及稳定分析[J].水利科技与经济,2009(12):78-79.

[5]胡玥.泥岩对大坝设计的影响综述[J].黑龙江水利科技, 2014,42(6):107-108．

[6]李婷婷,师英虎.浅析水库大坝设计要点[J].科技风,2013 (5):144．

作者邮箱：xlli1018@163.com

Design and application of attaching slope type auxiliary dam at left bank of Juxianmiao reservoir

XIE Ling-li,QIU Jin-zhang,XING Qian-qian and WEI Qing-shun

Wuhan Zhihong Hydropower

Design Institute

In order to solve the problem of stability and seepage caused by complicated geological condi⁃tions at the left bank of Juxianmiao reservoir,scheme of attaching slope type auxiliary dam at the left bank is put forward based on site investigation of the topography and geological conditions.By pouring certain thickness of concrete as a control panel upstream and setting the anchor to make mountain on the left bank and the anti-seepage panel as a whole,scheme of attaching slope type auxiliary dam makes full use of the mountain on the left bank.It is verified by experiment that this scheme not only solves the stability and seepage problems on the left bank,but also saves engineering quantity and investment.It is worthy of reference for similar projects.

Juxianmiao reservoir;attaching slope type auxiliary dam;stalibity;seepage prevention

TV314

B

1671-1092（2015）04-0012-04

2015-01-20；

2015-03-17

谢玲丽（1976-），女，河南驻马店人，工程师，主要从事水利水电工程设计。