高密市孟家溝水庫圍壩設計

董新美 ，何文龍 ，鞏向鋒

孟家溝水庫位于高密市境內的膠河干流李家營公路橋至孟家溝河段兩個天然彎道處，壩址位于柏城鎮孟家溝村西，控制流域面積459.1 km2。水庫建設的主要內容是有效利用閘址以上區間地表徑流資源和上游褚家王吳水庫的棄水，提高水資源利用率，以灌溉、供水為主，兼顧防洪和下游河道生態用水。孟家溝水庫為山丘區中型水庫，主要建筑物包括圍壩、泄洪閘、出庫涵閘、灌溉引水管等，水庫總庫容2 406萬m3，興利庫容1 730萬m3。圍壩總長10 347.0 m，最大壩高12.33 m；泄洪閘共10孔，每孔凈寬10.0 m；在水庫左、右岸分別設出庫涵閘一處，采用鋼筋混凝土方涵；在水庫左、右岸分別設灌溉引水管一處，采用螺旋鋼管結構；排澇溝沿圍壩壩腳外側設置。由于庫區開挖確定為膠新鐵路橋橋下游至泄洪閘之間的河道范圍內，為防止河道下切，膠新鐵路橋橋下游建固砂壩。以固砂壩為界，分為固砂壩上游壩段和固砂壩下游壩段。

1 壩型選擇

考慮到庫區挖砂量較大，為充分利用當地材料，減少工程投資，圍壩設計采用土壩，壩型比選主要針對土工膜防滲體壩和壤土斜墻防滲體壩進行。

1.1 土工膜防滲體壩

圍壩全長10 347.0 m，壩頂寬度8.0 m，壩頂高程 36.5 m。 上游壩坡 1∶3，下游壩坡 1∶2.5。 筑壩材料采用庫區開挖的砂礫石。壩體防滲采用沿上游壩坡鋪設兩布一膜方案，土工膜厚0.5 mm，土工布規格為300 g/m2；壩基防滲采用塑性混凝土防滲墻方案，墻厚30.0 cm，墻底要求深入強風化砂巖不小于0.5 m、深入礫巖不小于1.0 m，土工膜與混凝土防滲墻在上游壩坡高程33.5 m處通過混凝土齒槽連接。共鋪設兩布一膜面積10.5萬m2。

1.2 壤土斜墻防滲體壩

壩體輪廓尺寸、筑壩材料與土工膜防滲體壩相同。壩體防滲采用壤土斜墻方案，墻厚3.0 m，壤土斜墻與壩體砂礫石之間設反濾土工布和厚10.0 cm的中粗砂；壩基防滲采用塑性混凝土防滲墻方案，墻厚30.0 cm，壤土斜墻與混凝土防滲墻在高程33.5 m處通過混凝土齒槽連接。填筑壤土斜墻10.41萬m3，鋪設反濾土工布面積11.09 m2，中粗砂 2.22 萬 m3。

1.3 壩型選擇

土工膜防滲體壩的主要優點：壩體防滲的土工布可與上游護坡反濾結合；兩布一膜鋪設施工工藝簡單，工期較短；壩體防滲工程投資為340.1萬元，投資較小。但兩布一膜鋪設應注意施工安全，確保土工膜的完整性。壤土斜墻防滲體壩為傳統壩型，技術可靠，防滲效果較好。但壤土斜墻兩側需設反濾層，壩體施工需分區碾壓，施工工序較復雜，工期較長；壩體防滲工程投資為375.4萬元，投資較大。根據兩個方案的特點和工程的具體情況，重點考慮壩體結構、施工難易程度、工程投資等因素，圍壩壩型選用土工膜防滲體壩。

2 壩體設計

2.1 橫斷面

圍壩采用土工膜防滲體壩，筑壩土料采用庫區開挖的砂礫石，壩軸線總長10 315.0 m。考慮周邊道路交通規劃要求，壩頂寬度需滿足交通要求，壩頂總寬8.0 m。固砂壩下游壩段壩頂高程36.5 m，上游壩段為36.5～38.2 m，防浪墻高0.5 m，壩頂采用瀝青混凝土路面。固砂壩下游壩段迎水坡1∶3，背水坡1∶2.5，在迎水坡33.5 m高程設戧臺，寬3.0 m；固砂壩至李家營大橋之間壩段迎水坡、背水坡均為1∶2。筑壩土料采用庫區開挖的砂礫石，分層填筑、分層壓實，相對密度不低于0.75。

2.2 上游護坡設計

固砂壩上游壩段采用M15漿砌塊石結構，厚0.25 m；固砂壩下游壩段壩頂至高程27.0 m采用干砌方塊石護坡，厚0.2 m，高程27.0 m以下采用M15漿砌塊石護坡，厚0.25 m。反濾層設計采用2層，自上而下分別為：第一層為碎石墊層，由厚度10.0 cm的2.0～4.0 cm碎石構成；第二層為300 g/m2的長絲針刺土工布。

2.3 壩體防滲

固砂壩上游壩段和下游壩段33.5 m戧臺以上壩體采用兩布一膜防滲，位于碎石墊層以下，膜厚0.5 mm，兩側均為300 g/m2的土工布。壩體防滲土工膜選用聚乙烯PE材料。

3 壩基處理

3.1 壩基防滲

固砂壩下游壩段壩基防滲采用塑性混凝土防滲墻方案。根據地勘資料，壩后枯水期地下水位為28.0 m，塑性混凝土防滲墻的允許水力坡降按50控制，經計算，防滲墻厚度應不小于0.15 m。參考類似工程經驗，并考慮混凝土防滲墻的耐久性、施工技術水平等因素，本工程塑性混凝土防滲墻厚度設計取0.3 m。混凝土防滲墻位于迎水坡戧臺內側，墻頂高程33.5 m，最大墻深13.20 m，總長7 096.0 m。防滲墻墻體材料為C5塑性混凝土，28 d抗壓強度不小于4.0 MPa，滲透系數K＜1×10-6cm/s。塑性混凝土防滲墻墻底要求深入強風化砂巖不小于0.5 m、深入礫巖不小于1.0 m，頂部通過C25混凝土齒槽與復合土工膜連接。

固砂壩上游壩段由于壩高較低，基巖在河底以下埋深較小 （平均約為3.5 m），壩基防滲采用C15混凝土防滲槽方案，槽寬0.8 m，防滲槽位于迎水坡壩腳，槽底深入強風化砂巖0.5 m、深入礫巖1.0 m，頂部通過混凝土齒槽與復合土工膜連接。

根據壩基采取防滲措施后的單寬滲流量計算結果，結合興利調節計算過程中不同庫水位的持續時間，經計算，圍壩采取防滲措施后，年滲漏量為120.3萬m3，占興利庫容的6.95%，防滲效果顯著。計算斷面在各種工況下壩基砂礫石層的出逸坡降均小于允許坡降0.16，滿足設計要求。

3.2 壩基抗震處理

壩基粉砂、細砂、中砂在遭遇Ⅶ度地震時存在液化可能，必須進行抗震處理。壩基抗震加固擬定土層換填和振沖加密兩個方案進行比選，土層換填方案的主要優點是施工質量易于檢查和控制，可以徹底解決壩基砂的液化問題，且工程投資較小，為1 628萬元；主要缺點是施工工期較長。振沖加密方案施工速度快、工期較短，但投資較大，為4 059萬元，且振沖加密屬于隱蔽工程施工，施工質量不易檢查。

本工程壩基液化砂層大多數壩段分布于地表，且厚度較薄，根據以上兩個方案的特點，壩基抗震加固選用土層換填方案。施工時將將壩基范圍內的粉砂、細砂、中砂等液化土層全部挖除后，利用庫區開挖的砂礫石分層回填、壓實，相對密度不低于0.75。經計算，庫區開挖的砂礫石方量滿足筑壩土料及液化土層換填要求。液化砂層換填范圍與背水坡壩腳距離要求不小于5.0 m，開挖邊坡不陡于 1∶2.5。

4 結語

在孟家溝水庫圍壩設計中，根據工程的具體情況，通過方案比選，選定了合理可行的壩型、護坡以及壩基處理等方案。目前，孟家溝水庫圍壩施工正在按設計進行。水庫建成后，將有效緩解區域水資源供需矛盾，提高膠河防洪標準，改善水庫周邊的生態環境，促進高密市經濟社會的可持續發展。