德日蘇寶冷水庫土工膜心墻堆石壩設(shè)計(jì)

陳俊喜，趙鵬飛，郝 明

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110006）

1 工程概況

德日蘇寶冷水庫位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市巴林右旗境內(nèi)，是查干沐淪河干流唯一的骨干工程，水庫控制流域面積8427.4 km2，占全流域總面積的73.3%，水庫的主要任務(wù)是生態(tài)保護(hù)、工業(yè)和灌區(qū)供水等綜合利用。樞紐建筑物包括主壩、副壩及水庫尾水部位的防洪堤。主壩包括357.2 m土工膜心墻堆石壩、103 m泄洪沖沙閘（9孔）及48 m混凝土重力壩（3段）。水庫總庫容為0.988億m3，水庫為Ⅲ等工程，主要建筑物主壩、副壩等級(jí)均為3級(jí)。水庫按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水位（汛限水位）為603.8 m，2000年一遇洪水校核，校核洪水位（正常蓄水位）為604.60 m，死水位598.0 m。

2 地質(zhì)條件

主壩壩址區(qū)地層自上而下分為：

1）層耕植土。埋深約0.5 m左右，分布在壩址區(qū)右岸。

2）層粉土。最大埋深2.0 m，呈稍密狀態(tài)，分布在壩址區(qū)右岸。

3）層中細(xì)砂。灰白色，呈松散～中密狀態(tài)，埋深在0.8～3.0 m，為沖洪積物。厚度介于1.0～1.5 m之間，主要礦物成分為長石及石英，主要分布于河床及河漫灘頂部。

4）層礫砂。灰白色，松散～稍密，局部夾有粗砂、園礫、角礫、卵石等。粒徑不均，最大粒徑約20 cm，磨圓度一般，埋深變化較大，底板埋深5.0～26.8 m。

5）層安山巖。灰紫色，質(zhì)地堅(jiān)硬，具氣孔、杏仁構(gòu)造。

3 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水庫主壩壩型為復(fù)合土工膜心墻堆石壩，壩頂高程609.00 m，最大壩高21.00 m，壩頂寬取7.0 m，在壩頂設(shè)1.2 m高防浪墻，防浪墻頂高程為610.20 m。壩殼料為安山巖，大壩上、下游壩坡坡度分別為 1∶1.8，1∶1.75，中間不設(shè)馬道，壩體上、下游面均采用0.4 m厚的砌石護(hù)坡。基礎(chǔ)采用混凝土防滲墻防滲，防滲墻底部嵌入巖石0.8 m，最大深度25.2 m，防滲墻的厚度為0.6 m。

在壩體中部偏上游側(cè)設(shè)置復(fù)合土工膜心墻，復(fù)合土工膜心墻頂高程為607.50 m，頂部與鋼筋混凝土防浪墻相接，下部與基礎(chǔ)混凝土防滲墻相連。心墻兩側(cè)鋪設(shè)1.5 m厚的砂墊層和2.0 m厚的過渡層，復(fù)合土工膜在壩內(nèi)平行于壩軸線垂直方向成“之”字形鋪設(shè)，折坡高度按堆石料碾壓層厚度確定。岸坡段在基巖面開鑿深1.5 m、寬2.0 m的凹槽，槽內(nèi)澆筑混凝土基座。土工膜心墻與基礎(chǔ)混凝土防滲墻相接處，設(shè)置混凝土底梁相連，即在混凝土防滲墻頂部設(shè)1.5 m×2.0 m的混凝土底梁，土工膜心墻采用槽鋼及錨栓錨固在底梁上。

4 筑壩材料分區(qū)設(shè)計(jì)

壩體分區(qū)系根據(jù)大壩各部位不同的工作條件對填料進(jìn)行分區(qū)，壩殼堆石料在開采前應(yīng)徹底清除覆蓋層、風(fēng)化料，開采的新鮮石料應(yīng)分區(qū)堆放。各分區(qū)筑壩材料設(shè)計(jì)要求見表1。

心墻兩側(cè)的墊層料、過渡料應(yīng)與壩體同時(shí)鋪筑碾壓，相互膠結(jié)，避免形成單區(qū)孤立填筑。各區(qū)料分段鋪筑時(shí)，必須做好接縫處各層之間的連接，防止產(chǎn)生層間錯(cuò)動(dòng)或折斷現(xiàn)象。在斜面上的橫向接縫應(yīng)收成緩于1∶1的斜坡。

表1 筑壩材料設(shè)計(jì)要求

壩體填筑期間，應(yīng)特別注意分區(qū)料結(jié)合部位的大塊石堆積問題，過渡層內(nèi)與墊層料結(jié)合處的50 cm范圍內(nèi)，去除粒徑大于10 cm的過渡料，堆石區(qū)內(nèi)與過渡層料結(jié)合處的100 cm范圍內(nèi)，去除粒徑大于40 cm的堆石料。

5 土工膜心墻材料設(shè)計(jì)

復(fù)合土工膜膜材采用HDPE膜，土工布采用高強(qiáng)滌綸布，其性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到下列要求。

1）水力學(xué)性質(zhì)：垂直滲透系數(shù)不大于10-11cm/s。

2）力學(xué)性能指標(biāo)滿足表2要求。

表2 土工合成材料的力學(xué)性能指標(biāo)

3）外觀要求。土工膜不允許有裂口、孔洞、裂紋或退化變質(zhì)等材料。

6 施工控制

1）現(xiàn)場施工嚴(yán)格控制筑壩料的粒徑、級(jí)配，墊層料實(shí)際選用中粗砂，通過現(xiàn)場爆破設(shè)計(jì)，過渡層料最大粒徑控制在200 mm以內(nèi)。

2）土工膜的接頭采用熱熔焊接方式，由生產(chǎn)廠家派技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，現(xiàn)場進(jìn)行焊接溫度、焊接速度等施工工藝試驗(yàn)，按照試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行施工。

3）焊接前必須對土工膜拼接面進(jìn)行清掃，拼接面上不得有油污、灰塵。陰雨天應(yīng)在雨棚下作業(yè)，以保持拼接面干燥。

4）鋪設(shè)過程中不準(zhǔn)直接在土工合成材料上行駛車輛，不準(zhǔn)用帶尖頭的鋼筋作撬動(dòng)工具，嚴(yán)禁在土工合成材料上敲打石料和一切可能引起土工合成材料損壞的施工作業(yè)。

7 質(zhì)量檢查和驗(yàn)收

1）在堆石料、墊層料及過渡料加工場，對成品料的顆粒級(jí)配、含泥量、軟弱顆粒含量和形狀等進(jìn)行檢查。

2）對壩體的填筑面的各項(xiàng)施工工藝和參數(shù)進(jìn)行檢查外，還應(yīng)對墊層料和堆石料的干密度、孔隙率和顆粒級(jí)配進(jìn)行抽樣檢查。

3）在每層復(fù)合土工膜被覆蓋前，目測有無漏接，接縫是否無燙損、無褶皺，鋪設(shè)是否平整；用真空法和充氣法對全部焊接縫進(jìn)行檢測，查找有無漏接。

4）每1000 m2取一試樣做拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，要求接縫處強(qiáng)度不低于母材，且試樣斷裂不得在接縫處，否則接縫不合格。

8 結(jié)語

土工膜心墻堆石壩工程的成敗關(guān)鍵在于現(xiàn)場施工質(zhì)量控制，其墊層料、過渡層料的粒徑、級(jí)配和土工膜焊接為控制要點(diǎn)，總結(jié)一套方便可行的設(shè)計(jì)施工方法是推廣此類壩型的關(guān)鍵。德日蘇寶冷水庫于2010年3月開始下閘蓄水，至今已運(yùn)行1年多，目前，最高蓄水位為610.0 m，水庫運(yùn)行良好。工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)說明：土工膜心墻堆石壩通過精心設(shè)計(jì)、嚴(yán)格管理、細(xì)致施工，可以達(dá)到理想的效果。其施工速度、工程投資方面，同瀝青混凝土心墻堆石壩、混凝土面板堆石壩比較，均有明顯優(yōu)勢。

［1］顧淦臣.塘房廟復(fù)合土工膜心墻堆石壩的設(shè)計(jì)、施工和應(yīng)力應(yīng)變有限元分析［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2004.

［2］履華，李青云，包承綱.土工膜應(yīng)變計(jì)的研制及其應(yīng)用［M］.龔巖土力學(xué)，2005.