路堤結合式擋水壩設計

◎ 浙江麗水經濟開發區管委會 王唯華

1 前言

城市路網隨著城市化的進程不斷向郊區擴張，往往避免不了與水利工程的相互干擾，特別是山區城市，城市路網路面寬度大，采用橋梁方式跨過山谷或隘口工程量大時，一般采用實體填筑的方式，如果路基所截低洼區封閉，就形成了山塘或小水庫，此時路基兼作堤防，除滿足道路所需的寬度、承載力、邊坡穩定外，還需滿足水工建筑物擋水壩所要求的防洪穩定、滲透穩定以及邊坡穩定要求。在路網穿越水庫、山塘周邊時，此類問題更加突出，為此，結合麗水南城東擴區塊七百秧水庫改造過程中的設計及建設情況，提出路堤結合式擋水壩設計方法供探討。

2 工程概況

2.1 改造前工程概況

七百秧水庫位于甌江水系大溪支流桐嶺溪上，是一座以灌溉為主兼顧養殖的小型水庫。水庫壩址以上集水面積4.1 km2，引水面積5.2 km2，水庫正常蓄水位84.0m，正常庫容238萬m3，總庫容285萬m3，按50年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核。

水庫于1964年動工興建，1966年竣工。改造前由主壩、鍋灶門副壩、下路 副壩、橋底副壩和側堰溢洪道組成。主壩和3個副壩壩頂高程均為87.0m，溢洪道堰頂高程84.0m，在主壩和3個副壩壩體內各設有1個灌溉放水涵洞。

2.2 改造后工程概況

七百秧區塊改造后，水庫正常蓄水位94.6m，正常庫容107萬m3，50年一遇設計洪水位95.6m，相應庫容147萬m3，500年一遇校核洪水位95.76m，總庫容153萬m3。泄洪建筑物采用開敞式溢洪道，堰頂高程94.6m，溢流寬度40m，校核洪水位95.76m。工程等別為Ⅳ等，水庫規模為小（1）型。

改造后水庫為高地景觀湖，主要建筑物包括水庫南四路1#、2#擋水壩、東七路擋水壩、南五路擋水壩、鍋灶門副壩、溢洪道等。

七百秧水庫南側、東側、北側均以道路為堤岸，路堤結合建造，東側為東七路、南側為南五路、北側為南四路，各道路擋水壩段高程均高于96.5m。水庫原主壩、橋底副壩和側堰溢洪道均廢棄不用，在原鍋灶門副壩部位挖除老壩體新建鍋灶門副壩，原下路 副壩改造為溢洪道。

3 路堤結合式擋水壩設計

3.1 設計原則

1）壩頂高程：路堤結合式擋水壩壩頂高程取防洪計算高程與路網高程中的大值，路網高程低于設計計算所需的壩頂高程時，應修改道路設計加高路網高程至壩頂高程，并預留沉降超高。

2）壩頂結構：路堤結合式擋水壩壩頂寬度一般由路面寬度控制，壩頂路面結構按城市道路路面結構設計，道路下部有電纜、供水及排水管鋪設要求時，管道應置于防滲體下游側或計算所需防滲體頂高程以上。

3）壩體及護坡結構：擋水壩壩頂防滲體、壩坡坡比以及重要填筑部位設計指標等按水工專業要求控制，下游側局部可合理優化分區降至道路專業標準控制，護坡一般按水工專業要求控制。

防滲系統布置是擋水壩結構設計的關鍵點，南四路擋水壩和東七路擋水壩下游側均為臨空結構，結構設計方法相同，南五路擋水壩結構略有不同。

3.2 南四路、東七路擋水壩

南四路、東七路壩頂高程由防洪計算高程控制，根據利用道路路基擋水的要求，擋水壩采用土石壩方案較合理。由于庫區將來需回填至90.0m高程，采用面板堆石壩造價昂貴，不予考慮，只考慮以粘土作為防滲體的方案。為減少不均勻沉降，防滲體布置于道路上游側，即采用上游粘土心墻防滲方案和上游粘土斜墻防滲方案進行比選。

3.2.1 上游粘土心墻防滲方案

大壩采用粘土心墻防滲，為避免壩體堆石料和粘土心墻不均勻沉降對路面行車的影響，粘土心墻布置于上游邊緣綠化帶下部。心墻齒槽深入弱風化基巖，心墻上下游的壩殼為堆石體。

粘土心墻與上、下游堆石體之間各設置兩層反濾層。心墻上、下游側堆石體均分為主堆石區和次堆石區，主堆石區和次堆石區分界線坡比1∶0.5，主堆石區在心墻頂高程上下游側寬度均為3.0m，為節省投資，防滲體下游的次堆石區可降至由道路路基的填筑要求控制。堆石體頂高程以上路面、人行道和綠化帶等結構按道路路面結構設計。

3.2.2 上游粘土斜墻防滲方案

大壩采用粘土斜墻防滲，斜墻頂高程96.0m，頂寬2.0m，斜墻上游面坡度為1∶2.5，下游面坡度為1∶2.0。粘土斜墻齒槽深入弱風化基巖，斜墻上游側為砂礫石保護層，下游為堆石體。

粘土斜墻與上游側的砂礫石保護層之間設置一層水平寬度為1.5m的反濾層，上游砂礫石保護層頂寬1.7m，其上游側坡度等于擋水壩上游面坡度，下游側坡度即粘土斜墻上游面坡度1∶2.5。粘土斜墻與下游堆石體之間設置兩層反濾層，水平厚度均為1.0m。粘土斜墻下游側堆石體分為主堆石區和次堆石區，為節省投資，次堆石區可降至由道路路基的填筑要求控制。堆石體頂部高程、上部道路及上下游護坡結構同上游粘土心墻防滲方案。

3.2.3 方案選擇

由于上游粘土心墻防滲方案施工方便，投資省，因此，南四路、東七路擋水壩均采用上游粘土心墻防滲方案為推薦方案。

3.3 南五路擋水壩

南五路擋水壩壩頂高程由路網高程控制，高出七百秧水庫計算所需的壩頂高程較多，且將來下游側結合場地平整填筑至路面高程，無下游邊坡穩定問題，因此，防滲體布置于上游96.50m高程馬道下方，經比選后采用上游粘土心墻防滲方案。心墻中心線位于壩軸線上游32.0m處的馬道下部，頂高程96.0m，頂寬3.0m，頂部鋪0.2m厚碎石墊層，心墻上、下游坡度均為1∶0.2，心墻最大寬度為12.5m。心墻齒槽深入弱風化基巖，心墻上下游的壩殼為堆石體。

粘土心墻與上、下游堆石體之間各設置兩層反濾層，每層反濾層水平寬度1.0m。心墻上游側堆石體為主堆石區，心墻下游側堆石體分為主堆石區和次堆石區，心墻頂部以上的主堆石區靜碾施工。次堆石區堆石體頂部高程104.50m，該高程以上路面、人行道和綠化帶等結構按道路要求設計。

4 小結

路堤結合式擋水壩設計可以實現道路與大壩的有機結合，結構安全能同時滿足交通以及水利部門的要求，同時節省了道路與大壩分開建設的建設占地，在城市用地寸土寸金的今天具有重要的意義，歸納本類型結構設計和建設運行情況，路堤結合式擋水壩設計要點如下：

1）由于水工建筑物對大壩壓實的要求較道路路基嚴格，對于防滲體、反濾區以及主堆石區等重要部位應按水工建筑物規范控制，下游部位考慮到壩體本身斷面較大以及經濟性可適當降低填筑質量及壓實度要求。

2）路面結構、邊坡設計對于道路與大壩專業都較容易結合，關鍵在于大壩防滲系統的布置，由于道路未來運行大流量荷載的影響，一方面，防滲體盡量布置于上游側減少不均勻沉降，另一方面，壩頂應預留一定的沉降超高，防止路面沉降后壩頂高程不足。