柏叶口水库坝型方案比选及建筑物优化设计

赵卿元

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

柏叶口水库坝型方案比选及建筑物优化设计

赵卿元

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

柏叶口水库初步设计阶段，通过对混凝土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝两种坝型方案进行比较分析，确定采用面板堆石坝型，并对主要建筑物布置进行了优化设计，为山西省混凝土面板堆石坝的高坝设计积累了经验。

混凝土面板堆石坝；碾压混凝土重力坝；溢洪道；泄洪发电洞；柏叶口水库

1 工程概况

柏叶口水库位于交城县会立乡柏叶口村上游约500m的文峪河干流上，控制流域面积875km2，是一座以城市生活和工业供水、文峪河水库防洪为主，兼顾提高现有灌区灌溉保证率、发电等综合利用的中型水利枢纽工程，主要由大坝、溢洪道、泄洪发电洞和水电站等建筑物组成。

2 坝型方案比选

在可行性研究阶段，初选混凝土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝两种坝型进行比较。进入初步设计阶段，根据两种坝型对地质条件的要求差异进行深入分析。

坝址区覆盖层一般厚度7～8m，在推测深槽部位勘探揭露深度最大15.1m。覆盖层以Q4pal卵石混合土层为主，层中未发现土夹层，虽存在砂层，但层薄且不连续，呈透镜体状分布，原状卵石混合土层具低压缩性，密实程度为中密～密实，抗剪强度较高。坝址左岸基岩强风化层厚6～15m，弱风化层厚17～22m。设计坝轴线主河床基岩强风化层厚3～8m，弱风化层厚14～20m。设计趾板线处强风化层厚1～10m，左侧河谷弱风化层厚16～23m，右侧河谷弱风化层厚35～55m。坝址右岸基岩强风化层厚18～23m，弱风化层厚45～90m，坝址区基岩存在差异风化现象。

重力坝型对地基的要求较高，本工程设计大坝为高坝，按照规范要求将坝基置于弱风化层中部至微风化层。坝轴线处强风化层下限埋深11～17m，弱风化层下限埋深27～35m。重力坝型对两岸开挖的深度较大，特别是右岸强、弱风化层较厚，开挖工程量大。

面板堆石坝型对地基要求较低，坝基覆盖层可部分作为大坝坝基，开挖工程量较小。

重力坝型在开挖后主要存在坝基基岩渗漏、绕坝渗漏、右岸沿辉2号带渗透稳定及开挖边坡稳定问题。渗漏及渗漏稳定问题可通过帷幕防渗加以处理。由于两岸，尤其右岸开挖厚度较大，开挖后易形成高边坡，开挖边坡的稳定问题较为突出。坝址区基岩风化存在差异性，在大的风化带有规律变化的情况下，各带内岩层间存在风化程度的差异及突变，如弱风化层中也可局部见到强风化层，对开挖边坡的稳定及坝基稳定产生不利影响。另外，辉2号带与周围岩石接触带附近部分地段岩石呈土状，有可能沿该带延伸方向产生错动，影响右岸重力坝基及边坡稳定。

面板堆石坝型主要存在坝基覆盖层和基岩渗漏、绕坝渗漏，坝基覆盖层、基岩全强风化层、右岸沿辉2号带渗透稳定及开挖边坡稳定问题。渗漏稳定问题可通过面板及基岩帷幕灌浆防渗加以处理。由于两岸开挖厚度较薄，其边坡稳定问题较重力坝型相对不突出，且开挖带多处强风化带内，其边坡稳定问题应引起足够重视。

总体来看，由于坝址区风化程度较高，尤其是弱风化层厚度较厚，且区内风化差异性明显，重力坝型开挖量大，由此带来的边坡稳定问题可能较突出，建议采用面板堆石坝型。

3 坝线优化

初设阶段通过对坝址区地质进一步勘察可知，左岸岩石较完整，风化程度较轻，左岸岩性整体好于右岸。泄洪发电洞位于左岸，兼施工期导流，洞进口和趾板之间应有适当的距离以满足施工围堰布置，进口位置上游约20m岸坡岩石破碎且覆盖层较厚，上游发育一冲沟，进口不宜向上游移动。从左岸来看，如果趾板线向上游移，会引起泄洪发电洞进口位置上移，则隧洞进口位置不合理，故趾板不宜向上游移动，即坝轴线不宜向上游移动。

可研阶段的坝轴线距柏叶口村约500m，左岸布置溢洪道出口比较紧张，故坝轴线不宜向下游移动。

总之，可研阶段初选的坝轴线比较合理。但由于坝址区有3个节理密集带（从上游至下游分别为带1、带2、带3）横穿河谷，节理密集带影响范围内岩石比较破碎，风化程度严重。其中带1与河谷趾板小角度相交，为避开该节理密集带，将坝轴线逆时针旋转4°，使河谷趾板线置于带1和带2之间较好的基岩上，旋转以后的坝轴线左端控制点位置基本不变，右端向下游偏移约25m。

4 溢洪道优化

通过现场查看定线，溢洪道进口位于左坝端比较合适；出口上游侧距下游坝脚约90m，下游侧距柏叶口村居民区不远，出口位置基本没有调整的余地。因此，可研阶段溢洪道的轴线位置合理，初设阶段溢洪道轴线位置不变。

受覆盖层和其走向的影响，可研阶段泄槽纵坡为1∶2和1∶4.25。初设阶段根据钻孔资料，将部分底板置于强风化下部，泄槽纵坡1∶2.888。可研阶段泄槽横断面的开挖为侧墙顶以上10m，设2m宽马道，马道以上开挖边坡为1∶0.7，以下为1∶0.5；初设阶段考虑强风化岩石稳定性，开挖边坡均采用1∶0.7，不设马道。

可研阶段泄槽穿320省道将挑流消能段置于公路外侧，桩号0+150～0+212泄槽底板置于强分化表层和覆盖层中，底板以下的覆盖层用混凝土置换，强风化层用固结灌浆处理。为将底板置于基岩和防冲，挑流消能段底板混凝土厚达5m，防冲齿墙深10m。初设阶段地质钻孔资料显示，原挑流消能段风化程度和严重，强风化深度在40m以上，挑流段上游10m处存在一大理岩墙，厚约12m，且风化程度较轻，也比较抗冲，因此将挑流段向上游移至大理岩墙上，以减小挑流消能段的混凝土量，同时省去泄槽末段的混凝土置换和固结灌浆工程量。

在工程规模基本不变的前提下，通过优化防洪调度方式，对溢洪道进口控制段底高程1127.5m和1128m分别进行调洪计算，其结果为设计洪水位和校核洪水位基本相同。因此，确定溢洪道进口控制段的底高程为1128m，比可研阶段抬高1m。

5 泄洪发电洞优化

可研阶段泄洪发电洞进口位于坝轴线上游左岸，距坝轴线约200m，现场查看该处岸坡岩石比较完整，风化程度较轻，同时能够满足洞进口至上游坝脚之间布置施工围堰的要求。洞出口位于柏叶口村下游约250m，隧洞泄洪不会危及居民安全，而且在洞出口与柏叶口村之间有较合适的位置可布置电站，整体来看，可研阶段洞进出口位置选择较合理，初设阶段进出口位置不变，即洞轴线位置不变。

依据地质资料，初步设计阶段将洞进口向上游移12.42m，洞出口向下游移45.58m，洞身段长600m，比可研阶段延长57m。隧洞出口后通过急流槽跨320省道路将洪水泄入河道，按照新测地形图，该公路已向洞线的下游侧偏移，原挑流段位于路基下，所以适当延长急流槽，使其跨过公路，再布置挑流段，最终急流槽的长度为42m（可研阶段为65m）。这样处理后，增加了洞挖方量，但减小了进口段的开挖高度，有利于岸坡稳定，减少了岸坡开挖量，总体上较为经济合理。

急流槽坡度1/20，底高程由1055m降至1052.9m，槽后接7.5m的挑流消能段，共49.5m，其中约有30m长的基岩面较低，急流槽底板以下有7m左右的砂砾石覆盖层，考虑到泄洪对地基的冲刷和与公路交叉处的地基不均匀沉降问题，可研阶段对急流槽下的砂砾石层采用大开挖换填混凝土基础。由于该处地下水位较高，砂砾石开挖大部分属水下开挖，会增加施工难度和开挖方量，经分析比较，初设阶段采用灌注桩基础，垂直于急流槽轴线布置8排桩，每排3根，桩体深入基岩2～3m，这样既解决了地基抗冲和跨公路桥不均匀沉降的问题，又避免了大开挖基坑涌水和工程量大的问题，节省了工程投资。

TV64

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1004-7042（2011）09-0031-02

赵卿元（1979-），男，2004年毕业于华北水利水电学院水工专业，助理工程师。

2011-07-14；

2011-08-16