魁龍水庫硬巖+軟巖鋼筋混凝土面板堆石壩設計

毛廷貴 韓天福

（余慶縣水利局 貴州 余慶 564400）

1 工程概況

魁龍水庫工程位于貴州省余慶縣小腮鎮境內，是一座以余慶縣城供水和白泥鎮工業園區供水的中型水庫。水庫壩址以上集雨面積39.4km2，總庫容1152萬m3，正常庫容979萬m3，興利庫容為907萬m3，設計供水能力1170萬m3/年。工程主要構筑物由鋼筋混凝土面板堆石壩、豎井旋流泄洪系統及引水系統構成，擬建大壩最大壩高為58.50 m，屬中壩，工程等別Ⅲ等。

2 壩體設計

2.1 壩型選擇

根據壩址地質和可開采料場條件選擇壩型有三種壩型可供選擇：①土壩。壩址區附近天然建筑材料主要為第三系（E）礫巖及約8km以外灰巖料，可利用的天然土料較缺乏，且質量不均，其儲量及開采條件不具備修建土壩的條件。②重力壩、拱壩。壩基為礫巖地層，層間每10 m～15 m夾有一層泥質膠結層，厚3cm～15cm，巖層傾下游，緩傾左岸，建剛性壩壩基及壩肩抗滑穩定均不利，不具備修建重力壩、拱壩條件。③鋼筋混凝土面板堆石壩。其對壩基地質無特別要求，且具有大壩穩定性好，不易潰壩等優點。鑒于灰巖料場距壩址較遠，交通不便，就近有大量礫巖—軟巖可供開采及壩址地質等綜合因素，確定魁龍水庫大壩選擇硬巖+軟巖鋼筋混凝土面板堆石壩。

2.2 壩型結構

鋼筋混凝土面板堆石壩結構主要控制指標有：壩體結構尺寸、上下游壩坡坡比，鋼筋混凝土面板厚度及大壩墊層堆石區結構。

壩體結構尺寸由庫容、工程運行條件及壩址地貌確定，魁龍水庫水庫最大壩高58.50 m，壩頂寬7.0 m，壩頂長190.00 m，壩頂高程633.50 m，上游設高3.60 m的“L”型防浪墻，最大壩底寬170.66 m。

壩坡坡比在國內的大部分混凝土面板堆石壩一般采用經驗值，當筑壩材料為硬巖堆石料時，上、下游壩坡可采用1∶1.3～1∶1.4，軟巖堆石體的壩坡適當放緩。依照已建壩成功經驗及面板堆石規范，魁龍水庫上游壩坡坡比取1∶1.40，下游壩坡坡比取1∶1.40、1∶1.50。

面板厚度依照規范0.3 m～0.4 m，綜合考慮水庫建壩材料，魁龍水庫鋼筋混凝土防滲面板厚度取0.45 m。面板下端與趾板相接，趾板厚0.50 m，寬5.0 m～4.0 m，置于弱風化層上部巖基上，為了延長趾板基礎滲徑，在趾板下游基礎采用掛網噴C20砼支護，噴砼厚度100mm。面板采用C 25鋼筋混凝土，混凝土抗滲等級為W8，為防止面板開裂，面板設單層雙向鋼筋，水平向配筋率為0.3%，豎向配筋率為0.4%，在岸坡周邊縫及附近適當配置增強鋼筋。趾板采用C 25鋼筋混凝土，設單層雙向鋼筋，水平向配筋率為0.3%，豎向配筋率為0.4%，趾板設φ25砂漿錨桿（單根長4.5 m）與基巖連接，錨入基巖4.0 m，間距1.5 m。

圖1 大壩橫剖面示意圖

大壩墊層堆石區結構按面板壩結構標準類比確定，面板后設水平寬3.0 m的墊層，墊層后設水平寬4.0 m的過渡層，過渡層后（壩體626.00 m～583.00 m高程段）設堅向排水區和（壩底578.00 m～583.00 m高程段）水平排水區，堅向排水區后和水平排水區以上為主堆石區（干燥區），下游壩面為干砌塊石護面。大壩結構詳見圖1。

2.3 填壩材料

水庫大壩筑壩材料采用人工砂石料，主要由墊層料、過渡料、主堆石區料及下游堆石區料、下游特殊墊層料、上游鋪蓋區料構成，總填筑量46萬m3。大壩填筑料指示由材料物理力學實驗和現場碾壓實驗確定。2013年5月20日在實驗場完成了碾壓實驗，2013年8月20日在南京水科院完成了材料物理力學實驗，其筑壩指示如下：

表1 填壩材料分區特性表

表2 各種工況下壩坡穩定計算

（1）墊層區。水平寬3.0 m，采用灰巖骨料，鋪筑層厚0.4 m，最大粒徑80mm，粒徑小于5mm的含量宜為30%～40%，小于0.1mm的含量宜控制在5%左右。為了減少上游面斜坡碾施工難度和提高施工速度及質量，在上游壩增設一道C 5擠壓砼墻后，再采用8 t振動碾壓，壓實后應具有內部滲透穩定性、低壓縮性、高抗剪強度，干容重2.20 t/m3，空隙率15%，滲透系數1×10-3～10-4cm/s。

（2）過渡區。水平寬4.0 m，采用灰巖骨料，鋪筑層厚0.4 m，最大粒徑300mm，且級配連續，采用22 t振動碾壓，壓實后具有低壓縮性、高抗剪強度、自由排水性能，干容重2.15 t/m3，空隙率20%，滲透系數＞1×10-3cm/s。

（3）排水區。壩體626.00 m～583.00 m高程段設堅向排水區，水平寬4.0 m～11.20 m，并在河床壩底578.00 m～583.00 m高程段設水平排水區，排水區均采用灰巖骨料。鋪筑層厚0.8 m，最大粒徑為600mm，采用22 t振動碾壓，壓實后能自由排水、有較高的壓實密度和變形模量，干容重2.10 t/m3，空隙率24%，滲透系數＞1×10-1cm/s。

（4）主堆石區及下游堆石區料。采用礫巖石料，鋪筑層厚0.8 m，最大粒徑800mm，采用22 t振動碾壓，壓實后具有較低的壓縮性和一定的抗剪強度。干容重2.0 t/m3，空隙率20%，滲透系數＞1×10-3cm/s。

（5）周邊縫下游側特殊墊層料。采用最大粒徑小于40mm灰巖料，且內部穩定的反濾料。薄層碾壓密實，鋪筑層厚0.2 m，采用手扶振動碾壓，壓實后干容重2.15 t/m3，以盡量減少周邊縫的位移，同時對周邊縫表面鋪設的粉細砂、粉煤灰等起反濾作用。

（6）上游鋪蓋區。采用粉土、粉細砂、粉煤灰等材料，上游蓋重區采用土石渣填料。填壩材料分區特性見表1。

3 大壩穩定

水庫上游壩坡為1∶1.40，下游壩坡為1∶1.40、1∶1.50，壩頂寬7.0 m，最大壩底寬170.66 m。根據《混凝土面板堆石壩設計規范》（SL228－98）規定，由于大壩部分主堆石和下游堆石材料采用礫巖，屬軟巖堆石壩，大壩壩坡穩定分析采用二維線性計算。依據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274－2001）壩坡穩定分析方法，采用水利水電科學研究院土石壩壩坡穩定程序《S T A B》簡化版中的有效應力法計算，滑裂面為圓弧（畢肖普法）。選取面板堆石壩典型斷面進行計算，排水區堆石體完全透水，不考慮面板作用。計算工況：①水庫正常蓄水位630.00 m時下游壩坡；②水庫校核洪水位632.48 m時下游壩坡；③水庫死水位602.00 m時上游壩坡；④水庫水位從正常蓄水位驟降至死水位高程時的上游壩坡；⑤水庫竣工后未蓄水時上游壩坡。成果見表2。

根據計算成果分析，魁龍水庫大壩上下游壩坡在正常運行和非常運行情況下壩坡抗滑穩定安全系數均滿足規范規程要求。

4 結語

硬巖+軟巖鋼筋混凝土面板堆石壩在國內施工鋼筋混凝土面板堆石中相對較少，余慶縣魁龍水庫通過材料物理力學實驗和現場碾壓實驗確定大壩上游壩坡為1.40，下游壩坡為1.40、1.50，經穩定計算，抗滑抗剪滿足要求，可以筑壩。余慶縣魁龍水庫采用硬巖+軟巖鋼筋混凝土面板堆石壩方案比硬巖鋼筋混凝土面板堆石壩方案節約投資1300萬元，同時提高筑壩施工強度，縮短了工期360天，取得了良好的經濟效益。

［1］蔣國澄,趙增凱.中國砼面板堆石壩20年［M］.北京：水利出板社，2005.

［2］蔣國澄,傅志安,鳳家驥.砼面板工程史［M］.武漢：湖北科技學術出版社，1997.