福建省霞浦縣大墘里水庫工程大壩設(shè)計(jì)

孟志華

（寧德市水利局，福建 寧德 352000）

1 工程概況

大墘里水庫位于霞浦縣東沖半島柏溪流域黃梅坑支溪中下游，以供水為主、兼有灌溉功能，日供水量3630 t/d，灌溉面積110畝。水庫壩址以上流域面積4.14 km2，水庫正常蓄水位52.0 m，總庫容111.20萬m3，工程規(guī)模為小（一）型，工程等別為Ⅳ等。初步設(shè)計(jì)推薦水庫大壩為砌石重力壩，壩軸線總長175.05 m，最大壩高34.9 m。洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇設(shè)計(jì)，200年一遇校核。工程于2015年11月底動(dòng)工建設(shè)，2017年11月底完工，2019年9月通過完工驗(yàn)收。

2 壩址選擇及地形地質(zhì)條件

2.1 壩址選擇

工程壩址的選擇要考慮工程區(qū)的地形地質(zhì)條件、水利樞紐的布置、淹沒情況和經(jīng)濟(jì)條件等多方面因素。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，僅大墘里自然村頭上游90 m～400 m河段河谷相對(duì)較狹窄，河谷兩岸山體也較雄厚，地形條件可供建壩。因此在該河段310 m范圍選擇了上、下兩個(gè)壩址。由于下壩址斷面兩岸山頂高程較低，基本接近壩頂高程，加之左岸弱風(fēng)化巖埋藏比上壩址深，兩岸山體較上壩址斷面更為單薄，比較后選用上壩址方案。

2.2 地形地貌

大壩壩址處河谷呈不對(duì)稱“V”字型，兩岸山體總體呈左陡右緩，左岸地形坡度一般28°～40°，右岸地形坡度15°～38°，河床底高程20.1 m～23.4 m，在右岸50.0 m高程附近山脊折向北西向，地表以低矮灌木為主。

2.3 地質(zhì)條件

在前期地勘中，對(duì)擬建壩址斷面地質(zhì)勘探完成2條探槽和6個(gè)鉆孔。根據(jù)2條探槽揭示，壩址處地質(zhì)構(gòu)造以走向?yàn)镹W、NE向的規(guī)模較小的斷裂構(gòu)造為主，其中對(duì)大壩影響較大的有右岸J21、J22、J23節(jié)理裂隙，三組節(jié)理裂隙密集分布，對(duì)壩基防滲有一定影響。

根據(jù)6個(gè)鉆孔資料顯示，左右岸坡面均覆蓋第四系殘坡積層及強(qiáng)風(fēng)化巖體，左岸覆蓋厚3 m～7.7 m；右岸覆蓋厚5 m～16.5 m；河床覆蓋有1.0 m～3.0 m厚的第四系沖洪積地層，河床段壩址基巖為鉀長花崗斑巖，巖體較完整。6個(gè)鉆孔具體地質(zhì)情況見表1。

表1 6個(gè)鉆孔具體地質(zhì)情況表

在鉆孔注水、壓水實(shí)驗(yàn)時(shí)，尤其右岸壩肩JK3鉆孔在埋深19 m～20.4 m處回水較弱，透水率q＝10.8 Lu～54.3 Lu，呈中等透水性，推斷右岸壩基存在滲漏問題。壩址工程地質(zhì)剖面圖

見圖1。

3 大壩設(shè)計(jì)

3.1 壩型選擇

在前期設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)地勘情況，對(duì)漿砌石拱壩和砌石重力壩兩種壩型進(jìn)行比選。由于拱壩方案對(duì)地質(zhì)條件要求較高，特別是受力較大的兩岸壩肩位置，但該工程壩址斷面兩岸壩肩上部基礎(chǔ)地質(zhì)條件差，拱壩基礎(chǔ)開挖、處理工程量大，右岸32.80 m高程以上還需設(shè)置高達(dá)22.1 m的重力墩，因而砌石拱壩方案與砌石重力壩方案工程投資較為接近，只略減少投資93.20萬元。考慮到拱壩施工工藝要求較高、施工難度較大、施工工期相對(duì)較長，砌石重力壩施工簡單，施工工期短。因此綜合比較推薦采用砌石重力壩壩型。

圖1 壩址工程地質(zhì)剖面圖

3.2 壩軸線選擇

壩址處河谷呈不對(duì)稱“V”字型，左岸山體較為雄厚，右岸在壩址斷面上游有一條小支流，壩址斷面下游50 m河道出現(xiàn)彎道，同時(shí)，右岸壩肩山體在50.0 m高程附近山脊折向北西向。如果壩軸線采用直線，則右岸大壩壩體將靠近小支流，對(duì)大壩基礎(chǔ)處理影響較大。經(jīng)比較，重力壩壩軸線利用地貌特征擬采用折線布置方案，即右岸擋水壩段壩軸線在樁號(hào)0+116.69處向下游偏轉(zhuǎn)35°，避開小支流造成的不利防滲處理（地形單薄、基礎(chǔ)破碎）的基礎(chǔ)地質(zhì)情況，使右端壩軸線沿右岸山脊布置。

3.3 開挖線確定

大壩建基面位置開挖深度必須根據(jù)壩高、壩型、巖性及風(fēng)化程度等因素綜合確定，大墘里水庫建基面基巖開挖界限確定為弱風(fēng)化中上部。根據(jù)地勘資料分析，大壩兩岸殘坡積層、強(qiáng)風(fēng)化層松散，易產(chǎn)生滲透變形，確定左岸壩基開挖深度8 m～14.1 m，右岸壩基開挖深度8 m～17.7 m，河床壩基開挖深度2 m～3 m。此外，為滿足壩體側(cè)向穩(wěn)定并方便施工，根據(jù)兩岸巖層風(fēng)化情況，在左岸30 m、42 m高程和右岸25.5 m、33 m、45.5 m高程分別設(shè)置開挖平臺(tái)。原設(shè)計(jì)開挖線見圖1中開挖線1。

4 設(shè)計(jì)調(diào)整

4.1 開挖后發(fā)現(xiàn)的問題

在2016年6月左右岸壩基開挖過程中，左岸35 m高程以上挖至設(shè)計(jì)開挖面后發(fā)現(xiàn)風(fēng)化異常，多有夾層，與原JK1鉆孔揭示的49.21 m高程下為弱風(fēng)化結(jié)論不符；右岸在樁號(hào)0+150.2～0+175.05段，開挖至約39 m設(shè)計(jì)高程，也發(fā)現(xiàn)下部有多個(gè)泥夾層和全風(fēng)化層，與原JK3鉆孔揭露的46.56 m高程以下為弱風(fēng)化鉀長花崗斑巖不符，表明該工程地質(zhì)構(gòu)造較預(yù)測復(fù)雜，各種巖層相互交錯(cuò)，特別是左右岸有多層全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化軟弱夾層帶和破碎帶，大壩兩岸基礎(chǔ)全、強(qiáng)風(fēng)化范圍及深度均較原鉆孔預(yù)測偏差較大，左岸僅通過現(xiàn)場預(yù)判尚無法明確最終開挖深度，為避免盲目開挖，需重新對(duì)左岸進(jìn)行補(bǔ)孔鉆探（補(bǔ)孔位置見壩址工程地質(zhì)剖面圖），補(bǔ)孔揭示左岸樁號(hào)0-003.1～0+027.59范圍需增加開挖深度約6.3 m。右岸結(jié)合現(xiàn)場開挖情況，同步調(diào)整開挖深度，即增加5 m～12.8 m，清除不利的泥夾層和全風(fēng)化層，避免壩基滲流。

4.2 壩體設(shè)計(jì)調(diào)整方案

根據(jù)地質(zhì)補(bǔ)勘和壩基開挖情況，考慮到左岸壩肩風(fēng)化嚴(yán)重和右岸壩肩山體單薄，大壩開挖涉及兩種方案選擇：一是維持原砌石壩方案，兩岸繼續(xù)增加基礎(chǔ)開挖深度及寬度、壩端向兩岸山體延伸，直至滿足大壩建基面地質(zhì)條件要求；二是適當(dāng)減少大壩兩端軸線方向延伸開挖長度，但需對(duì)大壩兩岸端頭與岸坡作特殊接頭處理。為此擬將原漿砌石重力壩方案和漿砌石重力壩+兩岸土壩接頭方案進(jìn)行比選。

1）維持漿砌石重力壩方案。大壩左岸起始樁號(hào)調(diào)整為0-003.1，右岸調(diào)整為0+189.25，壩軸線長變?yōu)?92.35 m。為降低泄洪對(duì)左岸山體的沖擊影響，溢流壩段向右整體平移5 m，左擋水壩段長74.54 m，右擋水壩段長99.16 m，溢流壩段長18.65 m。右岸擋水壩在樁號(hào)0+116.69處向下游偏轉(zhuǎn)35°后沿右岸山脊延伸布置。大壩壩頂高程54.90 m，壩底高程20.0 m，最大底寬30.14 m，壩頂寬4 m。溢流壩段采用開敞式自由溢流，堰頂高程52.00 m。壩體C15砼砌毛石量4.17萬m3，土石方開挖量9.69萬m3，工程可比投資2648.89萬元。

2）漿砌石重力壩+兩岸土壩接頭處理方案。樁號(hào)0+044.64～0+123.3壩段采用漿砌石重力壩，左岸47.74 m和右岸65.95 m的壩段采用瀝青混凝土心墻土石壩壩型。大壩壩頂高程54.90 m，其中重力壩和溢流壩段布置與重力壩壩型方案基本一致；土石壩壩頂寬6 m，左岸最大壩高24.9 m，最大壩寬139.86 m；右岸最大壩高29.4 m，最大壩寬164.18 m。土石壩防滲采用瀝青混凝土垂直心墻，心墻厚0.8 m，心墻兩側(cè)各設(shè)0.5 m厚的過渡層。重力壩兩端與土石壩接頭采用插入式接頭。左右岸土石壩壩體填筑量約為17萬m3，重力壩壩體C15砼砌毛石量約3萬m3，開挖量7.27萬m3，工程可比投資為2737.56萬元。

3）方案選擇。首先，漿砌石重力壩+兩岸土壩接頭處理方案左右岸的土石壩工程量相對(duì)較大，且漿砌石重力壩方案比漿砌石重力壩+兩岸土壩接頭處理方案節(jié)省投資88.67萬元。其次，在工程范圍內(nèi)，砂礫石料缺乏，且土石壩對(duì)水土保護(hù)和環(huán)保保護(hù)要求較高，增大水保環(huán)保投資。最后，土石壩在壩體與壩基、岸坡和重力壩接觸薄弱帶易引起裂縫、滲流等滲透變形，且混合壩型施工復(fù)雜，質(zhì)量難以保障。為提高施工效率、縮短工期、盡早供水，綜合比較后全壩段仍全部采用漿砌石重力壩。

4.3 壩基開挖線調(diào)整

根據(jù)地質(zhì)勘察和壩基實(shí)際開挖情況，河床段露出弱風(fēng)化基巖，基巖完整較堅(jiān)硬，基本與原地勘報(bào)告揭露情況一致，而左右岸與原地勘結(jié)果出入較大，左岸壩基35 m高程以上較原設(shè)計(jì)增加開挖6.3 m，開挖寬度增加約6 m～8.79 m，基礎(chǔ)往左岸山體延長3.1 m，其中44.3 m高程弱風(fēng)化底板呈20°角向上延伸，51.9 m高程強(qiáng)風(fēng)化基巖呈內(nèi)傾角向下部延伸，與弱風(fēng)化底板在內(nèi)部4 m～5 m處連接，故此高程段開挖呈三角楔塊。坡比根據(jù)開挖坡面基巖情況按坡率放坡，49.8 m高程以上坡比調(diào)整為1∶0.75，為保障邊坡穩(wěn)定，修建擋墻。右岸三組節(jié)理裂隙密集分布段風(fēng)化現(xiàn)象強(qiáng)烈，為防止大壩壩基滲漏，將該段壩基開挖至20.0 m高程；樁號(hào)0+150.2～0+175.05段原設(shè)計(jì)高程下部的多個(gè)泥夾層和全風(fēng)化層，由45.5 m～59.3 m高程加深開挖6 m～13 m，開挖寬度增加6 m～18 m，基礎(chǔ)往右岸山體延長14.2 m，右岸山體邊坡開挖坡比調(diào)整為1∶0.75，為保障邊坡穩(wěn)定，護(hù)面進(jìn)行加固處理。實(shí)際開挖線見圖1中開挖線2。

4.4 右岸壩肩防滲處理

針對(duì)右岸地質(zhì)條件差，裂隙密集，基巖破碎，建基面斷層、裂隙和夾層分布，透水率高等問題，采取如下防滲措施：

1）加深J21、J22、J23三組裂隙壩段壩基的開挖，固結(jié)灌漿由2.5 m×2.5 m加密間距1.1 m～2.0 m，在基礎(chǔ)墊層施工完有蓋重情況下進(jìn)行，灌漿壓力0.3 MPa～0.4 MPa，J5、J7節(jié)理裂隙位置采用刻槽回填C20砼塞。

2）樁號(hào)0+125.0～0+185.8壩段，原設(shè)計(jì)帷幕灌漿孔距上游側(cè)壩軸線2 m，在帷幕灌漿時(shí)，存在灌漿壓力小、吸漿量比較大，透水率較大等問題，故在原帷幕灌漿孔處的下游2 m，增設(shè)一排27個(gè)帷幕灌漿孔，與上一排交錯(cuò)布置，孔距2.5 m，基巖孔口段灌漿壓力0.5 MPa，帷幕灌漿孔實(shí)際孔深25.66 m～28.6 m，深入相對(duì)不透水層4 m。此外，在右岸壩體設(shè)加強(qiáng)帷幕灌漿孔3個(gè)，孔深26.3 m，灌漿壓力0.3 MPa。

3）右岸山體延伸段，首先設(shè)兩排共23個(gè)帷幕灌漿孔，孔距2.0 m，灌漿深18.7 m～27.2 m，灌漿孔深由壩端向山體逐漸遞減，灌漿壓力0.2 MPa。但壓水試驗(yàn)結(jié)果顯示最大透水率為7.44 Lu，說明可能存在壩肩山體滲漏問題，又對(duì)大壩右岸壩肩山體進(jìn)行地質(zhì)鉆孔勘察（共鉆取3個(gè)孔）。鉆孔顯示，大壩右岸壩肩山體35 m高程以上巖土層為中～強(qiáng)透水，35 m高程以下巖土層為弱～微透水，為防止壩肩山體滲漏，在右岸山體延伸段又增設(shè)一排25個(gè)帷幕灌漿孔，孔距2.5 m，灌漿深7.87 m～23.92 m，灌漿孔深由壩端向山體逐漸增加，灌漿壓力0.4 MPa～0.6 MPa。由于3#初檢孔壓水試驗(yàn)結(jié)果顯示最大透水率為6.93 Lu，又增加3個(gè)補(bǔ)灌孔，灌漿深20.01 m～22.37 m，同時(shí)之前的3個(gè)初檢孔也做為補(bǔ)灌孔，再進(jìn)行壓水試驗(yàn)，透水率均在3 Lu以下。右岸山體防滲帷幕灌漿布設(shè)位置見圖2。

圖2 右岸山體防滲帷幕灌漿布設(shè)位置圖

右岸壩體設(shè)帷幕灌漿68個(gè)孔，壓水試驗(yàn)透水率為0.0 Lu～3.6 Lu；右岸山體延伸段設(shè)帷幕灌漿54個(gè)孔，孔頂高程為現(xiàn)有山體地表，灌漿頂高程為54.9 m，灌漿結(jié)束后用水泥漿封孔，壓水試驗(yàn)透水率為1.0 Lu～3.0 Lu；均小于設(shè)計(jì)要求的5 Lu，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

1）從該工程可知，在前期地勘中，左岸JK1鉆孔與右岸JK3鉆孔位置各種巖層相互交錯(cuò)，并有多層全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化軟弱夾層帶和破碎帶，導(dǎo)致大壩土石方開挖和砌體工程量較原設(shè)計(jì)分別增加3.1萬m3和0.8萬m3，主要工程投資增加約400多萬元，且無形中延長了施工工期，蓄水效益相應(yīng)延后。故前期的地勘工作是否精準(zhǔn)、投入是否充分，對(duì)工程設(shè)計(jì)、投資和工期控制都會(huì)帶來較大影響，即使在地形地貌條件不理想而導(dǎo)致壩址、壩形選擇余地不大的工程場址，也同樣具有重大意義，表明了地質(zhì)勘察是水利工程建設(shè)的重要組成部分，不容忽視。

2）本工程的后期開挖方案選擇，是在兩岸風(fēng)化程度經(jīng)補(bǔ)充地勘后可預(yù)見的范圍內(nèi)，不再做壩型方案大的調(diào)整，而采用繼續(xù)深開挖方式處理，既考慮大壩本身的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)性，還兼顧考慮壩形調(diào)整所帶來的建筑材料及對(duì)水土保持和環(huán)境等各方面的影響。

3）重力壩開挖深度的變化也會(huì)同時(shí)引起基礎(chǔ)開挖寬度的變化，對(duì)基坑開挖作業(yè)面范圍影響較大。當(dāng)兩岸風(fēng)化情況更加嚴(yán)重、深開挖可能將引起兩岸山頭更大范圍的開挖并形成新的高邊坡穩(wěn)定問題時(shí)，應(yīng)全面分析壩體結(jié)構(gòu)和地形、地貌條件的適應(yīng)性情況，有條件的場址可采用混合壩型方案或防滲刺墻方案，解決好大壩左右端頭與兩岸山體的銜接、防滲問題，可以減少山體大量開挖引發(fā)的其他問題，也不失為一項(xiàng)解決方案。