解元水库续建工程大坝处理方案研究

王成全

(南充市水旱灾害防御中心，四川 南充，637000)

水库工程具有灌溉、防洪等综合作用[1-2]。早期修建的水库工程主要依据当时的经济、社会、科技水平综合确定，在长期的发展、运行过程中无法满足当前的灌溉、防洪等需求[3-7]。针对这一类型水库工程采取续建工程建设是十分必要的，可提高水库工程效益，促进当地经济发展。水库续建工程涉及范围广，影响重大，需要选取合适的方案，以保证工程实施效果和综合效益。

1 工程概况

解元水库位于构溪河中游右岸的青杠树河上，枢纽地处阆中市解元乡三村罗家沟，水库集雨面积25.5km2，总库容2899万m3，兴利库容1291万m3。原设计解元水库大坝为浆砌石直墙干砌石坝，最大坝高59.1m，坝顶长度188.8m，坝顶宽7m，最大坝底宽84.5m，上游边坡1∶0.3、1∶0.1，下游边坡1∶1.5，下游设二级宽3m的马道。筑坝材料分区自上游而下依次是浆砌条石直墙体，最大底宽20m，建基面高程364.00m；干砌毛条石体，最大底宽20m，建基面高程376.00m；干砌块石体，最大底宽29.9m，建基面高程376.00m；干砌毛条石体，最大底宽14m。

2 坝址方案分析

坝址处两岸地形呈V形河谷，如果坝址往上游布置，两岸逐渐开阔，坝轴线增长，工程量增加，同时，库容会因此减小，导致石滩水利工程灌区设计灌面达不到要求；如果坝址往下游布置，则随着坝址离塔溪寺河(石滩水库所在河流)与青杠树河(解元水库所在河流)的交汇点愈近，坝址左岸愈单薄且左岸坡风化严重，不利于水库蓄水，同时，为达到石滩水利工程灌区设计灌面要求，坝高将增加，工程量增大。所以原来规划设计的坝址是安全可靠、经济合理的，正因为如此，历次规划设计，均未再调整解元水库坝址。

除上述原因外，还为了最大限度利用已建部分工程以节约投资，因此，本次设计推荐在原坝址处进行工程枢纽布置。

3 大坝方案分析

3.1 坝型方案比选

3.1.1 混凝土重力坝

大坝在原有坝体基础上续建，采用C15混凝土砌筑，既能保证砌筑质量，又能充分利用当地建材，特别是下游拆除的干砌毛条石及干砌块石。大坝坝顶高程423.74m，坝顶宽7m，上游边坡1∶0.1，下游边坡1∶0.75，坝底建基面高程364.00m(376.00m)，坝底最大宽度46.35m，最大坝高为59.74m，坝顶长192.8m。溢洪道设在大坝深基坑坝段，为坝顶开敞式溢洪道，净宽24m，中间设宽1.5m的隔墩两个，溢洪道顶为7m宽钢筋混凝土公路桥。为了大坝的安全、便于水库检修以及施工导流，在大坝右岸设置放空洞兼导流洞。取水口布置在大坝左岸一天然冲沟侧，总长13.1m。

3.1.2 钢筋混凝土面板堆石坝

在现有坝体基础上，利用坝区附近料场及枢纽各建筑物开挖出满足要求的石渣料填筑。大坝坝顶高程424.96m，坝顶宽7m，上下游边坡均为1∶1.5，最大坝高60.96m，最大坝底宽140.5m，坝顶长186.72m。溢洪道布置在大坝右岸，轴线距右坝肩25m。放空洞与取水口的布置同混凝土重力坝。

根据两种坝型的布置方案，混凝土重力坝枢纽建筑工程投资比混凝土面板堆石坝多338.63万元，但两种坝型各具优缺点(见表1)。

表1 坝型优缺点分析

综合以上比较分析，混凝土重力坝方案投资稍大。但面板堆石坝面临着与浆砌石直墙干砌石坝同样的问题，石料质量、数量难以满足坝体方量的需要，易给工程留下隐患。而采用混凝土重力坝，下游拆除的石质较好的干砌毛条石及干砌块石可充分利用。从方便施工、利于实施、加快施工进度的原则及便于工程今后的运行安全、运行管理等因素综合考虑，推荐混凝土重力坝的枢纽布置方案。

3.2 下游干砌石处理

下游干砌毛条石及干砌块石坝体建基面高程376.00m，已建至391.50m，高度15.5m，此部分坝体须处理才能达到要求。为此，做了下述两个方案同精度比较。

方案一：拆除方案

充分利用大坝上游浆砌石直墙，拆除下游原干砌毛条石体及干砌块石体，拆除的干砌条石可回收利用。

方案二：充填灌浆方案

在干砌石体部分布置3m×3m灌浆孔，灌注M10水泥砂浆胶结干砌石体以达到重力坝体要求。

方案比较见表2。

表2 下游已成干砌石部分的处理方案比选

3.3 基础处理及坝体防渗

根据地质钻孔资料及建坝后观察，坝基及坝肩岩石透水性强，为维持大坝稳定，在上游389.70m处预留3.5m宽灌浆平台布置2排帷幕灌浆孔，孔距2.0m，排距1.5m，帷幕孔呈梅花形布置，伸入相对不透水层(q=3Lu～5Lu)以下3m～5m，最大帷幕灌浆孔孔深60m。左坝肩外延50m，右坝肩外延70m。

根据地质钻孔资料，在左岸坝肩岩层中夹泥质砂岩透镜体和砂质泥岩薄层，砂岩青灰色，中细粒结构，厚层块状，岩石完整，岩性较坚硬，泥质砂岩透镜体和砂质泥岩薄层强度相对较低；右岸坝肩新鲜砂岩层存在小量囊状风化体，砂岩呈弱风化状，灰黄色，岩体完整性相对较差，强度相对较低。施工时先清除较软弱的强风化带，且基面呈台阶开挖，同时进行灌浆处理防止渗透。左岸坝肩的透镜体，通过固结灌浆提高破碎带物理力学性能从而达到设计要求。在保证坝基岩强度及透水性满足要求时，再进行大坝混凝土浇筑施工。

根据地勘资料，在原堆石体建基面376.00m至重力墙建基面364.00m之间分布有2组破碎带，高程分别为371.74m～374.50m、364.44m～365.14m。371.74m～374.50m破碎带有1～2层，每层之间相距较近，且此高程范围岩石处于弱风化带内，通过固结灌浆提高破碎带物理力学性能达到设计要求的可能性是完全具备的。固结灌浆孔距3m，排距3m，孔深至363.00m。

3.4 坝体构造

已建深基坑坝段与两岸坝段之间未设沉降缝，根据重力坝构造要求，宜设置沉降缝，但391.50m以下的上游侧为已成浆砌石体，不具备设置沉降缝的条件，且坝基岩石新鲜完整，破碎带已处理，加载后不会产生较大沉降变形，故391.50m以下不设沉降缝，仅391.50m以上坝体设缝，缝内设2道橡胶止水带及1道止水铜片。

混凝土防渗心墙每隔8m～10m设1道伸缩缝，缝内根据高程不同而设置1～2道止水铜片。

为减少坝基及坝体渗透压力，在新建坝体部分391.50m高程设尺寸为2m×2.5m的排水廊道，其下采用机械造孔方式设置排水孔，深入建基面以下5m，孔径15cm，孔距4m；其上竖向排水管为预埋管径为15cm的无砂混凝土管，间距4m，水平排水管为混凝土管，管径30cm，间距10m。

3.5 抗剪稳定性计算

荷载组合见表3。

表3 荷载组合

抗剪强度稳定计算公式：

式中：K为安全系数；f为摩擦系数，f取值0.55；∑W、∑P为滑动面上的法向、切向分力总和。

根据大坝布置，分别验算了沿建基面364.00m、376.00m、391.50m高程滑动的抗滑稳定，抗剪强度稳定计算成果见表4。经计算满足要求。

表4 抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数

4 结论

为了提高解元水库的供水能力，满足当地用水需求，提出使用原址加高的方案进行处理。通过比选采用重力坝+清除下游干砌石的方案，有利于降低施工难度，保证工程处理质量。通过复核计算分析，加固后的水库大坝安全性满足相关要求。