擦耳巖水庫重力壩設計特點

孔令梅+馬富強

摘 要：擦耳巖水庫壩址區河谷橫向谷，采用重力壩樞紐布置方案。該壩地基巖體軟硬相間，泥巖軟弱夾層控制了壩基穩定，壩體結構及基礎處理上采用獨特的設計理念，設置梯型砼塞，很好的適應地質特點，以供同行借鑒。

關鍵詞：關鍵詞：重力壩 復雜地基 碾壓砼 結構設計

1.項目概況

平塘縣擦耳巖水庫的主要任務是以縣城防洪、供水為主，兼顧發電。擦耳巖水庫推薦壩型為碾壓砼重力壩，最大壩高50.7m，正常蓄水位744.00m，相應庫容2849萬m3，總庫容3740萬m3，工程等別為Ⅲ等，工程規模屬中型。樞紐區大壩、溢洪道、泄洪兼沖砂底孔、發電取水口及引水管等主要建筑物級別為3級；供水工程輸水、發電廠房等建筑物級別為4級，其他臨時建筑物級別為5級。電站裝機容量5MW。大壩設計洪水標準為50年，校核洪水標準為500年。

該水庫樞紐布置：碾壓砼重力壩+壩身泄洪表孔+壩身泄洪底孔+左岸供水取水系統+右岸發電取水系統+右岸壩后式電站。

大壩為碾壓砼重力壩，壩頂高程748.7m，最大壩高50.7m，壩頂長度203.50m；泄洪壩段布置在壩縱0+111.00m～壩縱0+153.5m，為3孔溢流表孔+2孔泄洪底孔并排布置。取水系統布置于大壩左岸，引水發電系統及廠房布置于右岸，樞紐平面布置如圖1所示。

2.地形地質條件

壩址區河谷總體結構為橫向谷。河段相對較順直、平緩，河谷為不對稱的“V”型谷，壩址位于馬蹄巖向斜核部，無區域性斷層通過，主要構造為褶皺及節理裂隙，主要發育的裂隙有四組：①N45°W/NE∠60～65°，壩址左岸壩肩，與河流斜交；后期卸荷張開10～30cm。②N40°E/SE∠50-80°，壩址左岸，走向與河流斜交，交角15°左右，后期卸荷張開0.2～5cm。③N20°E/NW∠56°壩址右岸與河流近平行；后期卸荷張開0.3～3cm。④N65°E/直立，壩址右岸與河流斜交，微張，貫穿性好。壩址右岸及河床基巖主要由三疊系下統羅樓組（T1L1-2）薄層灰巖夾泥巖組成，左岸基巖則由三疊系下統羅樓組（T1L2）泥灰巖組成，兩岸巖性不對稱，泥質巖夾層易軟化屬軟質巖層，泥灰巖屬較軟巖類。總體上看，壩基屬軟硬相間巖體組成，工程地質性質較差，但巖層層面多呈閉合狀。

該工程場區地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應普特征周期0.35s，確定擦耳巖水庫壩址區地震基本烈度為Ⅵ度，區域構造穩定性較好。大壩設計可不進行抗震計算。

3.結構布置

3.1結構設計

壩體斷面基本三角形的選定，是以建基面抗滑穩定極限狀態下的作用效應函數小于抗力函數要求為準則，正常使用極限狀態下壩踵垂直應力（計如揚壓力）不出現拉應力為控制條件，選用不同的上、下游壩坡為變量，以工程量最小為目標函數，通過斷面優化，選出最佳斷面。溢流壩段斷面，結合樞紐布置及水力學條件的要求，進行了局部修正。確定的斷面如下：壩頂高程748.7m，寬度6m，上、下游壩面壩坡1：0.2、1：0.8，折坡點高程分別為718m、744m。河床部位最低建基面高程698m，壩體寬度51.1m，壩頂全長203.5m，共分7個壩段。為適應地基特性，保證大壩的抗滑穩定，大壩壩基設置了砼齒槽。

壩基受軟弱夾層控制，力學參數偏低，抗滑穩定若按常規的重力壩水平建基面設計，即使下游達到1：0.8亦不能滿足要求，設計考慮壩基向上游傾斜、設置砼齒槽等多種方案優選，最終選擇設置梯型砼齒槽的方案。大壩標準斷面如圖2所示。

本工程重力壩壩高50.7m，考慮設置一層廊道，灌漿、排水、交通廊道合為一體，在706m高程處設置廊道，城門洞型2.5×3.0m，右岸通過斜廊道升至730 m高程，與壩后交通連接，通過右岸岸坡爬梯繼續延伸至壩頂。

3.2壩體材料

壩體材料選擇：防滲區 C15二級配碾壓砼，大體積C15三級配碾壓砼。防滲層上游表面采用均厚0.5m的C20二級配變態砼，河床大壩底部設置1m厚的C15常態砼墊層。溢流壩段溢流部分采用C30抗沖耐磨砼。

4.大壩應力穩定計算

4.1壩體應力分析

重力壩應力計算用材料力學法進行分析計算。該重力壩采用C15碾壓砼，容重24kN/m3，彈性模量為20GPa。基礎跨越三段巖體：①薄層灰巖夾少量泥巖（T1L1-1）：弱風化巖體容重27kN/m3，彈性模量為7GPa，變形模量為5GPa，允許承載力2000 kPa；②弱風化泥巖夾灰巖（T1L1-2）：弱風化巖體容重26.8kN/m3，彈性模量為5GPa，變形模量為3GPa，允許承載力1300 kPa；3）弱風化泥灰巖（T1L2）：弱風化巖體容重26.5kN/m3，彈性模量為6GPa，變形模量為4GPa，允許承載力1500kPa。

根據應力計算成果，壩基垂直正應力均小于基巖的允許承載力，而且均未出現拉應力。壩體各截面的應力滿足砼的抗壓、抗拉強度要求。從而，大壩應力指標滿足結構設計規范要求。

4.2壩基抗滑穩定分析

壩體抗滑穩定分析采用剛體極限平衡法計算，本大壩采用抗剪斷原理進行穩定分析。壩基（肩）抗滑穩定起控制性作用的主要結構面是巖層面及裂隙。從結構面的產狀及其組合形態分析，因大壩壩基段巖層整體傾下游偏左岸，傾角31-36°左右。壩基可能的深層滑動模式為：左壩段壩踵位置附近以N45°W/NE∠60～65°裂隙為下游拉脫面，壩體連同泥化夾層以上部分巖體將產生沿泥化夾層為上游拉脫面的雙滑面滑動，壩基巖體存在深層滑動問題。

壩基弱風化巖體物理力學參數建議值：1）泥巖夾灰巖T1L1-2，巖石/巖石f=0.35-0.50，c=0；混凝土/巖石f=0.3-0.5，c=0；裂隙面、層面f=0.22-0.4，c=0。2）泥灰巖T1L2，f=0.35，c=；混凝土/巖石f=0.2，c=0；裂隙面、層面f=0.18，c=0。

壩基設置梯型砼齒槽參與抗滑，抗剪斷強度參數指標考慮及砼塞組合的模式，按接觸面面積比進行綜合參數取值，最不利抗滑的綜合抗剪斷參數為f=0.4，c=100kPa。

通過壩基特殊結構設計，考慮綜合參數的最不利工況下，大壩非溢流壩段深層抗滑穩定：基本組合、特殊組合的穩定最小安全系數分別為3.105、3.426；溢流壩段深層抗滑穩定：基本組合、特殊組合的穩定最小安全系數分別為3.005、3.330，均滿足規范要求。

5.基礎處理

本工程基礎處理的重要任務是要建立良好的防滲帷幕，妥善處理裂隙面和泥質灰巖軟弱層，改善和加固壩基巖體整體性。建基面放在弱風化巖體中下部，對于建基面上出露的裂隙面、局部破碎河泥質灰巖軟弱層等，考慮做梯型砼塞、排水和加大固結灌漿處理。壩基的防滲標準為3Lu，采用懸掛式防滲帷幕，單排孔距2.0m。壩基排水孔滲水引入廊道內集中抽排至下游河床。

6.結語

該水庫壩址地質條件比較復雜，采用碾壓砼重力壩設計方案，最大壩高50.7m。泥巖軟弱夾層控制了壩基穩定，壩體結構及基礎處理上采用了獨特的設計理念，設置砼塞，很好的適應了地質特點。本文從大壩布置、結構設計、應力計算、穩定分析及壩基處理等方面，對復雜地基的重力壩設計特點進行了分析總結，僅供廣大同行參考借鑒。

參考文獻：

[1]馮樹榮.重力壩穩定性能和承載能力分析.中國電力出版社.

[2]陳誠，溫國利.重力壩設計與施工.中國水利水電出版社.