双桥水库碾压式沥青混凝土心墙堆石坝设计
2020-05-18
(四川省水利水电勘测设计研究院，四川 德阳，618000)
1 工程概况
双桥水库位于巴河左岸一级支流龙潭溪上，距平昌县城19km，控制集水面积33.3km2，总库容1784×104m3，是一座以灌溉为主，兼顾灌区农村人畜饮水，并作为城区应急备用水源的中型水利工程，设计灌溉面积5.73×104亩。经多种坝型和防渗材料比较研究，采用碾压式沥青混凝土心墙堆石坝，最大坝高74.9m。
2 坝址工程地质条件
坝址区河谷谷底较狭窄，宽约12m～30m，两岸基本对称，呈“V”型狭谷。河床基岩强风化带一般厚0～3m，弱风化带厚6m～10m；两岸强、弱风化带厚度分别为6m～8m和8m～12m。
坝基土体为孤块石、卵石夹少量砂土，厚度0～3m，结构松散，局部架空。坝基岩体主要为砂岩及粉砂质泥岩，软弱夹层连续性较差，不同埋深均有分布，最大埋深达49m，最小埋深可接近基岩顶面，软弱夹层透水性一般为中等～弱透水。坝址岸坡为阶梯状陡坡，坡角一般30°～50°，局部达60°～80°，大多基岩裸露。
心墙基础清除河床覆盖层和表层强风化带，其余清除松动岩体和弱风化层上层岩体。
坝基、坝肩岩体透水性随深度增加而逐渐减小。相对隔水层以3LU为界，左右岸坡岩体透水带分别厚38m～45m和42m～55m，河床段厚度为20m～25m。
3 天然建筑材料
大坝筑坝材料主要选择大桥沟、谢家祠堂堆石料和溢洪道开挖料。
谢家祠堂堆石料场位于坝址下游，距坝址约200m。有用层为弱风化与新鲜浅灰～灰色厚层～巨厚层状砂岩，成分以石英、长石为主，多为铁硅质胶结。其中夹有一层粉砂质泥岩，岩性软弱。
大桥沟堆石料场距坝址约445m。有用层为弱风化与新鲜浅灰～灰色厚层～巨厚层状砂岩，成分以石英、长石为主，多为铁硅质胶结。其中夹有两层粉砂质泥岩和三层软质砂岩。
溢洪道开挖石渣料主要为黄灰～灰色厚层～巨厚层砂岩及粉砂质泥岩。
沥青混凝土骨料拟采用罗家坝料场天然砂砾石加工，质量和储量均满足要求。
4 大坝设计
4.1 剖面设计
大坝采用碾压式沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程459.00m，心墙底高程384.10m，最大坝高74.9m。坝顶宽8.0m，坝顶轴线长218.8m。大坝上游边坡1∶1.70，下游边坡1∶2.00、1∶2.25，下游坝坡设一级马道，高程429.00m，宽3.0m。下游河床段设堆石排水带，顶部高程388.00m，下游坡脚设置堆石排水棱体，顶宽3.0m，高程399.00m，外边坡1∶1.5。排水带及棱体采用弱风化及新鲜砂岩堆石料填筑。下游坝面设置上坝梯步，净宽5.0m。
心墙与坝壳料之间设2.0m宽的过渡层。心墙下游侧沿高程386.00铺设一层6.0m厚的过渡层与下游堆石排水棱体相衔接。碾压式沥青混凝土心墙堆石坝设计剖面见图1。
图1 碾压式沥青混凝土心墙堆石坝横剖面
4.2 心墙结构
沥青混凝土心墙位于坝轴线上游1.5m处，坝顶高程458.00m，高程402.00m以上宽度0.5m，以下宽度0.6m，心墙基座以上1.2m处宽度由0.6m逐渐扩大至1.2m。
心墙底部设C20混凝土基座，其下进行帷幕和固结灌浆。
在心墙同周边建筑物的连接处设置渐变扩大段，以扩大接触面，适应心墙变形。
5 材料设计
5.1 堆石料
堆石料用于上游坝壳和排水棱体，采用谢家祠堂料场的弱风化和新鲜砂岩料，饱和抗压强度≥30MPa。
5.2 过渡料
过渡料用于心墙两侧和排水棱体前反滤料，采用谢家祠堂料场下部的新鲜砂岩人工破碎料。饱和抗压强度≥30MPa。
5.3 石渣料
坝壳石渣料采用谢家祠堂料场、大桥沟料场强弱风化料和溢洪道开挖料。
筑坝材料主要参数见表1。
表1筑坝材料主要设计控制参数
5.4 沥青混凝土
沥青混凝土要求压实后应满足密度≥2.4t/m3，孔隙率应≤3%，渗透系数应≤1×10-8cm/s，水稳定系数应≥0.9。沥青采用克拉玛依“AH-70”沥青。粗骨料和细骨料采用罗家坝料场天然砂砾石料加工，填料采用普通硅酸盐水泥。通过现场摊铺试验，沥青混凝土施工配合比见表2。
表2施工沥青混凝土配合比
6 基础处理设计
6.1 心墙基础处理
心墙基座以下进行固结灌浆和帷幕灌浆。
固结灌浆布置两排，分别布置在距心墙轴线2.0m的上下游位置，孔距2.0m，深入基岩5.0m。
帷幕灌浆布置两排，分别布置在距心墙轴线1.0m的上下游位置，孔距1.5m，深度控制在进入相对隔水层(q≤3Lu)以下5.0m。左坝肩帷幕灌浆沿轴线延伸37.0m，右坝肩沿轴线延伸70.0m。帷幕灌浆孔为铅直孔，灌浆材料为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。灌浆顺序为先固结后帷幕。
6.2 坝壳基础开挖
河床覆盖层为孤块卵石夹砂土，厚度0～3m。心墙和坝壳地基需将河床和两岸的覆盖层及全风化层范围内清除，心墙置于弱风化基岩上，坝壳置于强风化基岩上，并将表面松动的石块、凹处积土和突出的岩石清除。开挖后的坝壳建基面岸坡应大致平顺，坡度不陡于1∶0.5，当岸坡上缓下陡时，变坡角小于20°。
7 观测设计
根据大坝特点，分别设置了沉降位移观测、心墙应力应变观测、渗漏观测和渗透观测。运行期间对大坝水平位移和垂直位移进行观测，最大水平位移32mm，最大垂直位移35mm，最大渗漏量为0.79L/s，测压管水位较低，基本处于坝基排水带内。
观测结果表明，大坝运行正常。
8 结语
双桥水库于2012年12月25日开工建设，2015年10月30日完工。2018年11月竣工验收，目前工程运行良好。渗漏和沉降观测成果符合类似工程变化规律。
