潭口二库坝体填筑材料选择

刘文勇 崔海涛 王瑞鹏

拟建的潭口二库位于湖北省襄阳市谷城县石花镇西南15.5 km 的北河峡谷内，与下游潭口水库直线距离约10 km。水库主要任务以灌溉、供水为主，兼顾防洪与生态。

1 工程概况

潭口二库设计为一座中型水库，水库正常蓄水位216.00 m，校核洪水位218.14 m，总库容9 115万m3，最大坝高71.8 m。工程主要建筑物由混凝土面板堆石坝、溢洪道、灌溉引水洞等组成。

面板堆石坝坝顶高程218.8 m，防浪墙顶高程220 m，设高1.2 m 的U 形钢筋混凝土防浪墙，坝顶长358.0 m，坝顶宽7 m，最大坝高71.8 m，最大坝底宽232.77 m，上游坝坡1∶1.5；下游根据上坝路的走线布置设有2 级马道，马道宽5.0 m，坝坡为1∶1.36。下游坝脚设有堆石棱体回填，平台高程165.00 m，平台宽度10 m，边坡为1∶1.7。

溢洪道布置在大坝右岸，为岸边开敞式。溢洪道由进口段、闸室段、泄槽段、鼻坎段组成。主体建筑物轴线长158.65 m，堰顶高程201.00 m，闸室共 3 孔，孔口尺寸b×h=12 m×15 m。

灌溉引水隧洞布置在右岸山体中，主要由进水口、压力隧洞、挑流出口等组成。引水线路全长278.84 m，设计引用流量20 m3/s。

面板堆石坝坝体总填筑量约142.51 万m3，如何在满足工程质量的前提下，选择技术可行、造价合理的筑坝材料就成为工程设计中的一大关键。

2 筑坝材料勘察

2.1 开挖料

大坝及附属建筑物开挖利用的弃料均为绿泥纳长石英片岩，新鲜岩石的饱和抗压强度为35 MPa，软化系数为0.65。碾压遇水软化后易湿化，弱风化岩石弃料可充分利用在大坝堆石（Ⅱ）区，强风化弃料可利用在大坝下游堆石区。

2.2 天然砂卵石料

针对工程局部河床天然砂卵石被开采取砂的现状，扩大了砂卵石的勘察范围，对坝区上、下10 km河道范围内，面积较大的、有开采价值的砂卵石料进行了勘察，共勘察了7 个料场，勘探总储量为132 万m（3自然方）。各料场的勘察储量见表1。

表1 天然砂卵石料料场概况一览表

天然砂卵石料用于大坝填筑料，根据力学试验统计值，其干密度为2.16 g/cm3，饱和抗压强度值为66.4 MPa，软化系数0.84。堆积密度1.80～1.85 g/cm3，内摩擦角大于30°，小于5 mm 含量平均值在20%～40%，渗透系数大于1×10-3cm/s。由于人为开采，砂卵石不均匀系数在14.4～215.3，曲率系数在0.4～5.6，级配较差。

河床天然砂卵石经现场勘察，其分布不均匀，不同高程粒径差异较大，大部分砂卵石料场上部漂石、孤石较多。作为超大粒径（粒径60 mm 以上）的孤石、漂石占勘察储量的38%，泥质成分约占5%，具连续级配要求的只有约81.4 万m3。孤石、漂石成分为绿泥纳长石英片岩，约占60%，浅粒岩、变粒岩等酸性岩块约占30%，其它石英团块、辉绿岩、闪长岩等约占10%。

河床漂石破碎后，按设计提出的干密度、级配参数，试验所得垫层料、过渡料、排水料等级配料孔隙率、渗透指标均满足设计要求。

2.3 块石料

经勘察坝区上、下游及外围，选取了3 个石料场，各石料场的勘察储量详见表2。

表2 石料场勘察储量统计表

K1：涨潮铺石料场。料场分布在坝区涨潮铺村河湾右岸山坡，岩性为钠长绢云石英片岩，距离坝区1.7 km，运距近，岩石湿抗压强度为35 MPa，软化系数0.65，但由于片理发育，碾压后片状物、石粉含量均较高，不能作为混凝土骨料使用。作为主堆石料，其软化系数偏低，碾压遇水软化后易板结。考虑其运距较近，开采有用储量60万m3，可作为坝后下游堆石区填筑料使用时，或填筑于坝体浸润线以上部位。

K2：红马庙石料场。料场分布呈一走向北西向山梁，较陡峻。地表覆盖层薄，料场基岩裸露。地表以下有2 m 厚风化较强岩体，下部岩体新鲜完整。开采剥离比5∶1，现可开采有用储量60万m3。料场至坝区，运距约40 km。

该料场区域地质上处于青峰-襄樊-广济断裂以北，岩性为晚元古期火成岩体辉绿岩（βμ22）。料场岩石饱和抗压强度66.2 MPa，软化系数0.85，硫酸盐及硫化物含量小于0.2%，无减活性。质量符合SL 251—2000《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》。

K3：高桥河石料场。料场分布呈一走向北西至南东的山梁，较陡峻。地表覆盖层薄，料场基岩裸露。地表以下有约3 m 厚风化较强岩体，下部岩体新鲜完整。现可开采有用储量300 万m3。石料场至坝区，运距约58 km。

该石料场区域地质上处于青峰-襄樊-广济断裂以南，岩性为寒武系下统水井沱组（C11）中厚层微晶灰岩夹泥质条带灰岩。料场岩石饱和抗压强度75.7 MPa，软化系数0.86，无碱活性，质量满足要求。

2.4 筑坝料评价

（1）天然砂卵石料场分布在坝址上、下游10 km河床范围，河床开阔平坦，但多个料场运距较远，且需修料场道路。符合连续级配要求的天然砂卵石料约81.4 万m3，占勘探储量的72%，大坝主堆石（Ⅰ）区填筑时应优先选用具连续级配要求的砂卵石。料场孤石、漂石约51 万m3，占勘探储量的38%，破碎筛分后可用于大坝级配填筑料。

（2）大坝填筑主堆石（Ⅱ）区及下游堆石区可充分利用大坝及附属建筑物的开挖弃料，质量、储量满足要求。

（3）块石料所选K1 料场软化系数偏低，可作为坝后下游堆石区填筑料使用，或填筑于坝体浸润线以上部位。K2、K3 料场剥离工作量小，质量较好，但运距偏远。大坝混凝土骨料可选取K2 红马庙石料场石料加工而成，质量与储量满足大坝混凝土骨料要求。

3 坝体断面与材料分区

3.1 坝体填筑分区

根据坝体标准剖面，从上游至下游依次分为10 个区。

（1）混凝土面板：顶部厚30 cm，底部厚50 cm。

（2）垫层料区：面板下为半透水性垫层，控制边坡1∶1.5，水平宽度3 m。

（3）过渡料区：垫层区与主堆石区之间设置过渡料区，用于缓冲两区之间的级配陡变。过渡料区控制边坡1∶1.5，水平宽度3 m。

（4）主堆石区Ⅰ。

（5）反滤过渡料区。

（6）砂卵石排水区。

（7）主堆石区Ⅱ。

（8）下游堆石区。

（9） 坝脚为堆石棱体区，顶部高程165.0 m，顶宽10 m，边坡为1∶1.7，超径石回填。

（10）下游坝面设0.5 m 厚干砌块石护坡。

坝体标准剖面如图1 所示。

3.2 筑坝料质量控制

坝体各分区回填质量控制见表3。

4 料特规划设计

据地质情况，大坝主堆石（Ⅰ）区填筑时优选具连续级配要求的砂卵石；孤石、漂石破碎筛分后可用于大坝级配填筑料；大坝及附属建筑物开挖利用料均为绿泥纳长石英片岩，微风化岩石弃料可充分利用在大坝堆石（Ⅱ）区，弱、强风化弃料可利用在大坝下游堆石区。

图1 坝体标准断面图

表3 坝体填筑质量控制表

本工程筑坝料来源较多，质量与开采条件不一，需根据坝体分区的填筑质量要求，结合各料场的特点和实际位置，对各个料场进行总体利用规划。

4.1 天然砂卵石料源

本工程可由SL1—SL7的7个砂卵石料场提供满足主堆石级配要求的料源总量约70.80 万m3（自然方），可满足大坝主堆石Ⅰ区填筑用料。其中，SL1～SL4 砂卵石料场位于坝址上游库区，SL5—SL7 位于坝址下游，坝体填筑应根据开采难易、运输条件、施工期水流控制等进行统筹安排，科学规划施工。

SL4、SL5、SL6 砂卵石料场的大块漂石可用于制备坝体填筑用级配料，其余砂卵石料场作为备用料场，储量和质量均能满足要求。

4.2 块石料源

坝体填筑用料料源，除主堆石Ⅰ区采用砂卵石料源外，其余大坝填筑料全部由建筑物开挖料供给，不再另设石料场开采石料。

5 结 语

通过对潭口二库工程大坝坝体填筑料的综合比选，力求在保证工程质量的基础上做到切实可行，目前该工程很快将开工。