福建省霞浦县大墘里水库工程大坝设计

孟志华

（宁德市水利局，福建 宁德 352000）

1 工程概况

大墘里水库位于霞浦县东冲半岛柏溪流域黄梅坑支溪中下游，以供水为主、兼有灌溉功能，日供水量3630 t/d，灌溉面积110亩。水库坝址以上流域面积4.14 km2，水库正常蓄水位52.0 m，总库容111.20万m3，工程规模为小（一）型，工程等别为Ⅳ等。初步设计推荐水库大坝为砌石重力坝，坝轴线总长175.05 m，最大坝高34.9 m。洪水标准为30年一遇设计，200年一遇校核。工程于2015年11月底动工建设，2017年11月底完工，2019年9月通过完工验收。

2 坝址选择及地形地质条件

2.1 坝址选择

工程坝址的选择要考虑工程区的地形地质条件、水利枢纽的布置、淹没情况和经济条件等多方面因素。经现场踏勘，仅大墘里自然村头上游90 m～400 m河段河谷相对较狭窄，河谷两岸山体也较雄厚，地形条件可供建坝。因此在该河段310 m范围选择了上、下两个坝址。由于下坝址断面两岸山顶高程较低，基本接近坝顶高程，加之左岸弱风化岩埋藏比上坝址深，两岸山体较上坝址断面更为单薄，比较后选用上坝址方案。

2.2 地形地貌

大坝坝址处河谷呈不对称“V”字型，两岸山体总体呈左陡右缓，左岸地形坡度一般28°～40°，右岸地形坡度15°～38°，河床底高程20.1 m～23.4 m，在右岸50.0 m高程附近山脊折向北西向，地表以低矮灌木为主。

2.3 地质条件

在前期地勘中，对拟建坝址断面地质勘探完成2条探槽和6个钻孔。根据2条探槽揭示，坝址处地质构造以走向为NW、NE向的规模较小的断裂构造为主，其中对大坝影响较大的有右岸J21、J22、J23节理裂隙，三组节理裂隙密集分布，对坝基防渗有一定影响。

根据6个钻孔资料显示，左右岸坡面均覆盖第四系残坡积层及强风化岩体，左岸覆盖厚3 m～7.7 m；右岸覆盖厚5 m～16.5 m；河床覆盖有1.0 m～3.0 m厚的第四系冲洪积地层，河床段坝址基岩为钾长花岗斑岩，岩体较完整。6个钻孔具体地质情况见表1。

表1 6个钻孔具体地质情况表

在钻孔注水、压水实验时，尤其右岸坝肩JK3钻孔在埋深19 m～20.4 m处回水较弱，透水率q＝10.8 Lu～54.3 Lu，呈中等透水性，推断右岸坝基存在渗漏问题。坝址工程地质剖面图

见图1。

3 大坝设计

3.1 坝型选择

在前期设计时，根据地勘情况，对浆砌石拱坝和砌石重力坝两种坝型进行比选。由于拱坝方案对地质条件要求较高，特别是受力较大的两岸坝肩位置，但该工程坝址断面两岸坝肩上部基础地质条件差，拱坝基础开挖、处理工程量大，右岸32.80 m高程以上还需设置高达22.1 m的重力墩，因而砌石拱坝方案与砌石重力坝方案工程投资较为接近，只略减少投资93.20万元。考虑到拱坝施工工艺要求较高、施工难度较大、施工工期相对较长，砌石重力坝施工简单，施工工期短。因此综合比较推荐采用砌石重力坝坝型。

图1 坝址工程地质剖面图

3.2 坝轴线选择

坝址处河谷呈不对称“V”字型，左岸山体较为雄厚，右岸在坝址断面上游有一条小支流，坝址断面下游50 m河道出现弯道，同时，右岸坝肩山体在50.0 m高程附近山脊折向北西向。如果坝轴线采用直线，则右岸大坝坝体将靠近小支流，对大坝基础处理影响较大。经比较，重力坝坝轴线利用地貌特征拟采用折线布置方案，即右岸挡水坝段坝轴线在桩号0+116.69处向下游偏转35°，避开小支流造成的不利防渗处理（地形单薄、基础破碎）的基础地质情况，使右端坝轴线沿右岸山脊布置。

3.3 开挖线确定

大坝建基面位置开挖深度必须根据坝高、坝型、岩性及风化程度等因素综合确定，大墘里水库建基面基岩开挖界限确定为弱风化中上部。根据地勘资料分析，大坝两岸残坡积层、强风化层松散，易产生渗透变形，确定左岸坝基开挖深度8 m～14.1 m，右岸坝基开挖深度8 m～17.7 m，河床坝基开挖深度2 m～3 m。此外，为满足坝体侧向稳定并方便施工，根据两岸岩层风化情况，在左岸30 m、42 m高程和右岸25.5 m、33 m、45.5 m高程分别设置开挖平台。原设计开挖线见图1中开挖线1。

4 设计调整

4.1 开挖后发现的问题

在2016年6月左右岸坝基开挖过程中，左岸35 m高程以上挖至设计开挖面后发现风化异常，多有夹层，与原JK1钻孔揭示的49.21 m高程下为弱风化结论不符；右岸在桩号0+150.2～0+175.05段，开挖至约39 m设计高程，也发现下部有多个泥夹层和全风化层，与原JK3钻孔揭露的46.56 m高程以下为弱风化钾长花岗斑岩不符，表明该工程地质构造较预测复杂，各种岩层相互交错，特别是左右岸有多层全风化和强风化软弱夹层带和破碎带，大坝两岸基础全、强风化范围及深度均较原钻孔预测偏差较大，左岸仅通过现场预判尚无法明确最终开挖深度，为避免盲目开挖，需重新对左岸进行补孔钻探（补孔位置见坝址工程地质剖面图），补孔揭示左岸桩号0-003.1～0+027.59范围需增加开挖深度约6.3 m。右岸结合现场开挖情况，同步调整开挖深度，即增加5 m～12.8 m，清除不利的泥夹层和全风化层，避免坝基渗流。

4.2 坝体设计调整方案

根据地质补勘和坝基开挖情况，考虑到左岸坝肩风化严重和右岸坝肩山体单薄，大坝开挖涉及两种方案选择：一是维持原砌石坝方案，两岸继续增加基础开挖深度及宽度、坝端向两岸山体延伸，直至满足大坝建基面地质条件要求；二是适当减少大坝两端轴线方向延伸开挖长度，但需对大坝两岸端头与岸坡作特殊接头处理。为此拟将原浆砌石重力坝方案和浆砌石重力坝+两岸土坝接头方案进行比选。

1）维持浆砌石重力坝方案。大坝左岸起始桩号调整为0-003.1，右岸调整为0+189.25，坝轴线长变为192.35 m。为降低泄洪对左岸山体的冲击影响，溢流坝段向右整体平移5 m，左挡水坝段长74.54 m，右挡水坝段长99.16 m，溢流坝段长18.65 m。右岸挡水坝在桩号0+116.69处向下游偏转35°后沿右岸山脊延伸布置。大坝坝顶高程54.90 m，坝底高程20.0 m，最大底宽30.14 m，坝顶宽4 m。溢流坝段采用开敞式自由溢流，堰顶高程52.00 m。坝体C15砼砌毛石量4.17万m3，土石方开挖量9.69万m3，工程可比投资2648.89万元。

2）浆砌石重力坝+两岸土坝接头处理方案。桩号0+044.64～0+123.3坝段采用浆砌石重力坝，左岸47.74 m和右岸65.95 m的坝段采用沥青混凝土心墙土石坝坝型。大坝坝顶高程54.90 m，其中重力坝和溢流坝段布置与重力坝坝型方案基本一致；土石坝坝顶宽6 m，左岸最大坝高24.9 m，最大坝宽139.86 m；右岸最大坝高29.4 m，最大坝宽164.18 m。土石坝防渗采用沥青混凝土垂直心墙，心墙厚0.8 m，心墙两侧各设0.5 m厚的过渡层。重力坝两端与土石坝接头采用插入式接头。左右岸土石坝坝体填筑量约为17万m3，重力坝坝体C15砼砌毛石量约3万m3，开挖量7.27万m3，工程可比投资为2737.56万元。

3）方案选择。首先，浆砌石重力坝+两岸土坝接头处理方案左右岸的土石坝工程量相对较大，且浆砌石重力坝方案比浆砌石重力坝+两岸土坝接头处理方案节省投资88.67万元。其次，在工程范围内，砂砾石料缺乏，且土石坝对水土保护和环保保护要求较高，增大水保环保投资。最后，土石坝在坝体与坝基、岸坡和重力坝接触薄弱带易引起裂缝、渗流等渗透变形，且混合坝型施工复杂，质量难以保障。为提高施工效率、缩短工期、尽早供水，综合比较后全坝段仍全部采用浆砌石重力坝。

4.3 坝基开挖线调整

根据地质勘察和坝基实际开挖情况，河床段露出弱风化基岩，基岩完整较坚硬，基本与原地勘报告揭露情况一致，而左右岸与原地勘结果出入较大，左岸坝基35 m高程以上较原设计增加开挖6.3 m，开挖宽度增加约6 m～8.79 m，基础往左岸山体延长3.1 m，其中44.3 m高程弱风化底板呈20°角向上延伸，51.9 m高程强风化基岩呈内倾角向下部延伸，与弱风化底板在内部4 m～5 m处连接，故此高程段开挖呈三角楔块。坡比根据开挖坡面基岩情况按坡率放坡，49.8 m高程以上坡比调整为1∶0.75，为保障边坡稳定，修建挡墙。右岸三组节理裂隙密集分布段风化现象强烈，为防止大坝坝基渗漏，将该段坝基开挖至20.0 m高程；桩号0+150.2～0+175.05段原设计高程下部的多个泥夹层和全风化层，由45.5 m～59.3 m高程加深开挖6 m～13 m，开挖宽度增加6 m～18 m，基础往右岸山体延长14.2 m，右岸山体边坡开挖坡比调整为1∶0.75，为保障边坡稳定，护面进行加固处理。实际开挖线见图1中开挖线2。

4.4 右岸坝肩防渗处理

针对右岸地质条件差，裂隙密集，基岩破碎，建基面断层、裂隙和夹层分布，透水率高等问题，采取如下防渗措施：

1）加深J21、J22、J23三组裂隙坝段坝基的开挖，固结灌浆由2.5 m×2.5 m加密间距1.1 m～2.0 m，在基础垫层施工完有盖重情况下进行，灌浆压力0.3 MPa～0.4 MPa，J5、J7节理裂隙位置采用刻槽回填C20砼塞。

2）桩号0+125.0～0+185.8坝段，原设计帷幕灌浆孔距上游侧坝轴线2 m，在帷幕灌浆时，存在灌浆压力小、吸浆量比较大，透水率较大等问题，故在原帷幕灌浆孔处的下游2 m，增设一排27个帷幕灌浆孔，与上一排交错布置，孔距2.5 m，基岩孔口段灌浆压力0.5 MPa，帷幕灌浆孔实际孔深25.66 m～28.6 m，深入相对不透水层4 m。此外，在右岸坝体设加强帷幕灌浆孔3个，孔深26.3 m，灌浆压力0.3 MPa。

3）右岸山体延伸段，首先设两排共23个帷幕灌浆孔，孔距2.0 m，灌浆深18.7 m～27.2 m，灌浆孔深由坝端向山体逐渐递减，灌浆压力0.2 MPa。但压水试验结果显示最大透水率为7.44 Lu，说明可能存在坝肩山体渗漏问题，又对大坝右岸坝肩山体进行地质钻孔勘察（共钻取3个孔）。钻孔显示，大坝右岸坝肩山体35 m高程以上岩土层为中～强透水，35 m高程以下岩土层为弱～微透水，为防止坝肩山体渗漏，在右岸山体延伸段又增设一排25个帷幕灌浆孔，孔距2.5 m，灌浆深7.87 m～23.92 m，灌浆孔深由坝端向山体逐渐增加，灌浆压力0.4 MPa～0.6 MPa。由于3#初检孔压水试验结果显示最大透水率为6.93 Lu，又增加3个补灌孔，灌浆深20.01 m～22.37 m，同时之前的3个初检孔也做为补灌孔，再进行压水试验，透水率均在3 Lu以下。右岸山体防渗帷幕灌浆布设位置见图2。

图2 右岸山体防渗帷幕灌浆布设位置图

右岸坝体设帷幕灌浆68个孔，压水试验透水率为0.0 Lu～3.6 Lu；右岸山体延伸段设帷幕灌浆54个孔，孔顶高程为现有山体地表，灌浆顶高程为54.9 m，灌浆结束后用水泥浆封孔，压水试验透水率为1.0 Lu～3.0 Lu；均小于设计要求的5 Lu，满足设计要求。

5 结语

1）从该工程可知，在前期地勘中，左岸JK1钻孔与右岸JK3钻孔位置各种岩层相互交错，并有多层全风化和强风化软弱夹层带和破碎带，导致大坝土石方开挖和砌体工程量较原设计分别增加3.1万m3和0.8万m3，主要工程投资增加约400多万元，且无形中延长了施工工期，蓄水效益相应延后。故前期的地勘工作是否精准、投入是否充分，对工程设计、投资和工期控制都会带来较大影响，即使在地形地貌条件不理想而导致坝址、坝形选择余地不大的工程场址，也同样具有重大意义，表明了地质勘察是水利工程建设的重要组成部分，不容忽视。

2）本工程的后期开挖方案选择，是在两岸风化程度经补充地勘后可预见的范围内，不再做坝型方案大的调整，而采用继续深开挖方式处理，既考虑大坝本身的经济、技术性，还兼顾考虑坝形调整所带来的建筑材料及对水土保持和环境等各方面的影响。

3）重力坝开挖深度的变化也会同时引起基础开挖宽度的变化，对基坑开挖作业面范围影响较大。当两岸风化情况更加严重、深开挖可能将引起两岸山头更大范围的开挖并形成新的高边坡稳定问题时，应全面分析坝体结构和地形、地貌条件的适应性情况，有条件的场址可采用混合坝型方案或防渗刺墙方案，解决好大坝左右端头与两岸山体的衔接、防渗问题，可以减少山体大量开挖引发的其他问题，也不失为一项解决方案。