附廓水庫砌石重力壩加高擴建設計

□高 勇(貴州省水利水電勘測設計研究院)

1.工程概況

附廓水庫位于貴州省黔西縣洪水鄉，大壩加高擴建后是以灌溉、縣城及沿線村寨供水為主、兼有縣城防洪、發電功能的綜合水利工程。

水庫所在野紀河屬長江流域烏江水系左岸的一級支流，主源發源于金坡鄉老溝頭，水庫壩址以上集水面積87.6 km2。設計流域內多年平均氣溫13.9℃，最冷月1月平均氣溫3.5℃，最熱月7月平均23.1℃，極端最高氣溫35.4℃，極端最低氣溫-10.4℃。多年平均相對濕度82.0%，多年平均最大風速12.9 m/s。多年平均降水量985.8 m m，多年平均水面蒸發量1288.4 m m。

水庫始建于1957年，次年建成蓄水后經1959年、1960年兩次洪水，大壩壩基壩身漏水嚴重，后于1963年10月完成了大壩的加固。1996年6月30日，水庫左壩肩下游部分岸坡段發生滑坡，1997年對其進行了固結灌漿、修建抗滑擋墻等處理措施，1999年8月，經專家對水庫進行安全鑒定，確定為三類壩。2003年對大壩進行了除險加固處理后，水庫方可正常運行；2010年12月，附廓水庫加高擴建工程正式開工建設。

水庫加高前正常蓄水位1268.8 m，相應庫容為1190 m3，校核水位1269.82 m，相應庫容1230萬m3；水庫加高擴建后正常蓄水位1273.8 m，相應庫容為1956 m3，校核水位1276.01 m，相應庫容2380萬m3。

2.大壩樞紐布置

大壩樞紐由大壩、溢洪道、取水管、沖砂底孔、廠房等主要建筑物組成。砌石重力壩在原壩體基礎上進行加高，左、右岸設重力墩及副壩，壩頂高程1276.5m，最大壩高34.9m，壩頂長258.368m，壩頂總寬6.5 m（副壩頂寬4.5 m）。

溢洪道為壩身表孔溢流，布置在河床中部，共設2孔，每孔凈寬4 m，堰頂高程1270.3 m，溢流堰用W ES曲線接直線段，而后采用反弧段挑流消能。

原取水口布置在右岸壩身，進口底板高程1247.0 m，孔口為2孔，閘門孔口尺寸為0.6×0.6 m。原沖沙底孔布置在溢洪道右側，總長29.08 m，進口底板高程1242.5 m，設0.6×0.6 m平面檢修閘門一扇。原廠房布置在右岸，屬于地面式廠房，受大壩加高影響拆除的廠房外墻需重建，但不移動水輪發電機。

大壩樞紐布置圖見圖1。

圖1 附廓水庫大壩加高擴建樞紐布置圖

3.大壩結構設計

3.1 壩體加高材料

原壩體材料部分為石灰砂漿、水泥粘土砂漿、水泥砂漿砌塊石。

加高部分壩體材料從壩體材料的適應性、經濟性、施工簡捷性等多方面綜合選擇，可選擇的材料有水泥砂漿砌塊石、混凝土、細石混凝土砌毛石等。水泥砂漿砌塊石具有與原壩體材料性質相似的特點，但施工速度較慢，而且造價較高。混凝土材料施工簡便，但其材料力學性質與原壩體材料力學性質差異較大，不利于壩體變形相容，而且大體積混凝土溫控措施比較復雜，其溫度場和應力場趨于穩定需要相當長的時間，從而帶來對老壩體及新、老壩體結合面的不利影響，此外，混凝土造價也比較高。細石混凝土砌毛石的物理力學性質與原壩體材料性質相近，變形相協調，砌筑速度快，且具有造價低的優點。因此，選擇C10細石混凝土砌毛石作為大壩加高的主要材料。

3.2 壩體體型設計

3.2.1 原壩體體型

原大壩為漿砌石重力壩（壩軸線為拱形），壩頂高程1269.3 m，建基面高程1241.6 m，壩頂寬3 m，壩底寬21 m，最大壩高27.7 m，壩頂長度190.6 m。壩體上游面底部坡比1∶0.04，下游坡1：0.75，壩體廊道斷面型式為1.5 m×2.25 m（寬×高）的城門洞形。

3.2.2 大壩加高體型設計

大壩加高設計仍采用單圓心單曲重力壩（壩軸線為拱形），因水庫是黔西縣城唯一的供水水源，施工期間要保證縣城供水，且水庫已運行多年，上游庫內有大量泥沙淤積，放空較困難，故加高方式采用后幫式加高。非溢流壩段標準斷面建基面高程為1238.6 m、溢流壩段標準斷面建基面高程為1240.6 m。

壩體標準斷面按重力壩斷面設計，上游面不考慮加厚壩體，壩頂上游面垂直加高，下游壩坡設計為1∶0.8，溢流壩泄槽段堰面與非溢流壩下游坡面齊平。大壩加高后壩總長258.4 m，其中拱形壩段長165.8 m，壩頂寬6.5 m，壩底最大厚度30.708 m，最大壩高34.9 m，壩頂高程1276.5 m。詳見下表1。

表1 壩體幾何（拱形部分）特性表

3.3 壩體結構設計

3.3.1 壩體分區材料

原壩體上游面設170#混凝土防滲墻，頂厚1 m，底厚1.8 m，沿高程降低方向逐漸變厚，坡比1∶0.04；防滲體下游壩體主要為石灰砂漿砌塊石，頂厚2m，下游坡1：0.75。加高部分壩體采用預制C15混凝土塊作為壩下游護面，預制混凝土塊尺寸為0.5×0.3×0.2 m。

3.3.2 新老壩體結合部位的處理

壩體加高前對原壩體下游面拆除成階梯狀（臺階高1 m，寬0.75 m，尖角切掉成斜面）并將壩體表面松動和碎石沖洗干凈，同時在新舊壩體之間設置錨桿以提高粘接強度，每個臺階設置錨桿1根（間距1 m），排距2 m，錨桿采用φ25鋼筋，根長4 m，深入原壩體2 m，另外再澆筑一層厚度為30 cm的C15混凝土以加強新老壩體結合面的粘結力。

3.3.3 壩體防滲及分縫止水

1961年對大壩進行加固中，在上游面增設混凝土防滲墻，混凝土標號為R170，經復核，正常蓄水位加高5 m后混凝土防滲墻抗滲性能仍然能夠滿足現行規范防滲要求，因此，壩體防滲體在原混凝土防滲墻的基礎上直接加高至壩頂。防滲材料選用C20混凝土，抗滲標號W 6，抗凍標號F100，厚0.8 m，防滲墻與砌石體間設置錨拉鋼筋，錨筋為φ18，長1 m，與水平面成30°夾角，插入砌石體50 cm，錨筋間、排距為1.5 m，呈梅花型布置。新建防滲墻每隔15 m分縫，縫寬2 cm，縫間采用銅片止水，新老防滲墻間也用銅片止水。加高后的壩型仍延用重力壩，加高部分壩體沿弧線方向每15 m壩段分縫，縫寬2 cm，不設止水，新老壩面間的集水可以從縫間排出。

3.3.4 壩體排水

原壩體在防滲墻下游3 m處設置有垂直排水管，直徑150 m m，間距2.5 m，另外，在1244.1 m高程設置有水平排水管排水，但2003年大壩除險加固灌漿時，部分漿液進入排水管中，導致排水管堵塞失效。因此，加高設計中重新設置豎向排水孔，豎向排水孔直徑150 m m，間距2.5 m，深入壩基10 m。施工時，從壩頂鉆孔至廊道，再鉆至壩基，從而使承壓水通過豎向排水孔滲入廊道，再由廊道內三角堰下的排水孔排出。

大壩加高后，新老壩面間如有滲水，會給大壩安全帶來一定隱患，設計考慮在新壩體結合面處設置水平排水管向下游排水。排水管共設3層：第1層排水管中心高程為1249.00m，第2層排水管中心高程為1259.00m，第3層排水管中心高程為1269.00m，排水管徑φ50 m m，間距4 m。

3.3.5 壩頂結構

壩頂寬6.5m，壩上游側設C15鋼筋混凝土防浪墻，厚0.3 m，按照壩頂超高計算確定防浪墻高程為1277.7 m，墻體凈高1.2 m；下游側設有φ50鋼管欄桿，凈高1.2 m；壩頂鋪C15混凝土路面，厚0.15 m。

4.壩基處理

壩基經處理后應具有足夠的強度承受壩體的壓力，同時應具有足夠的整體性和均勻性，以滿足壩體抗滑穩定的要求和減小不均勻沉陷。設計中將加高部分的壩體挖至弱風化中上部，并清除破碎巖體，再采用C15混凝土墊層回填，厚0.8 m，為使基礎更加完整可靠，對基礎進行固結灌漿，間、排距3 m，呈梅花型布置，孔深8 m，進尺1804 m。

5.庫首防滲處理

根據地質勘察資料，2003年除險加固時，壩體已作過壩體補強及壩基防滲帷幕灌漿處理，水庫在現狀條件下，壩、基肩巖體已基本無滲漏現象，透水率小于防滲控制標準5 Lu，說明除險加固后壩體防滲是可靠的，故壩基部分只考慮固結灌漿，利用原帷幕而不考慮新增防滲措施。大壩加高后，水庫正常蓄水位達到1273.8 m，壩兩岸基礎高于原正常水位1268.8 m，且庫首兩岸局部可能產生裂隙性滲漏以及繞滲，因此，設計考慮通過單排防滲帷幕灌漿對其進行防滲處理，防滲控制標準：透水率q＜5 Lu。

防滲帷幕線路的選擇原則：防滲布置選擇了接弱透水巖體。左岸防滲帷幕長284 m，右岸防滲帷幕長321 m，單排灌漿孔距多數為3 m，設計灌漿總進尺13035 m，其中有效進尺5591 m，無效進尺7444 m。

6.結論

根據壩體材料的適應性、經濟性、施工簡捷性等多方面綜合考慮，選擇細石混凝土砌毛石作為大壩加高的主要材料，從而保證加高部分壩體的物理力學性質與原壩體材料性質相近，變形相協調。大壩加高擴建壩體防滲、庫首防滲結合原壩體除險加固的實施情況，從而減少壩體防滲、庫首防滲工程量。

新、老壩體間澆筑一薄層混凝土并采用錨筋連接，加強了新、老壩體整體協調性，從而改善了壩基應力狀態。在不放空水庫的前提下，大壩采用后幫式加高設計保證了縣城的供水需求，為省內其它類似工程提供了工程經驗。

[1]貴州省水利廳主編.砌石壩設計規范（SL25-2006）.北京：中國水利水電出版社，2006.

[2]水利部長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院主編.混凝土重力壩設計規范（SL319-2005）[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[3]周建平，鈕新強，賈金生.重力壩設計二十年[M].北京：中國水利水電出版社，2008.