附廓水库砌石重力坝加高扩建设计

□高 勇(贵州省水利水电勘测设计研究院)

1.工程概况

附廓水库位于贵州省黔西县洪水乡，大坝加高扩建后是以灌溉、县城及沿线村寨供水为主、兼有县城防洪、发电功能的综合水利工程。

水库所在野纪河属长江流域乌江水系左岸的一级支流，主源发源于金坡乡老沟头，水库坝址以上集水面积87.6 km2。设计流域内多年平均气温13.9℃，最冷月1月平均气温3.5℃，最热月7月平均23.1℃，极端最高气温35.4℃，极端最低气温-10.4℃。多年平均相对湿度82.0%，多年平均最大风速12.9 m/s。多年平均降水量985.8 m m，多年平均水面蒸发量1288.4 m m。

水库始建于1957年，次年建成蓄水后经1959年、1960年两次洪水，大坝坝基坝身漏水严重，后于1963年10月完成了大坝的加固。1996年6月30日，水库左坝肩下游部分岸坡段发生滑坡，1997年对其进行了固结灌浆、修建抗滑挡墙等处理措施，1999年8月，经专家对水库进行安全鉴定，确定为三类坝。2003年对大坝进行了除险加固处理后，水库方可正常运行；2010年12月，附廓水库加高扩建工程正式开工建设。

水库加高前正常蓄水位1268.8 m，相应库容为1190 m3，校核水位1269.82 m，相应库容1230万m3；水库加高扩建后正常蓄水位1273.8 m，相应库容为1956 m3，校核水位1276.01 m，相应库容2380万m3。

2.大坝枢纽布置

大坝枢纽由大坝、溢洪道、取水管、冲砂底孔、厂房等主要建筑物组成。砌石重力坝在原坝体基础上进行加高，左、右岸设重力墩及副坝，坝顶高程1276.5m，最大坝高34.9m，坝顶长258.368m，坝顶总宽6.5 m（副坝顶宽4.5 m）。

溢洪道为坝身表孔溢流，布置在河床中部，共设2孔，每孔净宽4 m，堰顶高程1270.3 m，溢流堰用W ES曲线接直线段，而后采用反弧段挑流消能。

原取水口布置在右岸坝身，进口底板高程1247.0 m，孔口为2孔，闸门孔口尺寸为0.6×0.6 m。原冲沙底孔布置在溢洪道右侧，总长29.08 m，进口底板高程1242.5 m，设0.6×0.6 m平面检修闸门一扇。原厂房布置在右岸，属于地面式厂房，受大坝加高影响拆除的厂房外墙需重建，但不移动水轮发电机。

大坝枢纽布置图见图1。

图1 附廓水库大坝加高扩建枢纽布置图

3.大坝结构设计

3.1 坝体加高材料

原坝体材料部分为石灰砂浆、水泥粘土砂浆、水泥砂浆砌块石。

加高部分坝体材料从坝体材料的适应性、经济性、施工简捷性等多方面综合选择，可选择的材料有水泥砂浆砌块石、混凝土、细石混凝土砌毛石等。水泥砂浆砌块石具有与原坝体材料性质相似的特点，但施工速度较慢，而且造价较高。混凝土材料施工简便，但其材料力学性质与原坝体材料力学性质差异较大，不利于坝体变形相容，而且大体积混凝土温控措施比较复杂，其温度场和应力场趋于稳定需要相当长的时间，从而带来对老坝体及新、老坝体结合面的不利影响，此外，混凝土造价也比较高。细石混凝土砌毛石的物理力学性质与原坝体材料性质相近，变形相协调，砌筑速度快，且具有造价低的优点。因此，选择C10细石混凝土砌毛石作为大坝加高的主要材料。

3.2 坝体体型设计

3.2.1 原坝体体型

原大坝为浆砌石重力坝（坝轴线为拱形），坝顶高程1269.3 m，建基面高程1241.6 m，坝顶宽3 m，坝底宽21 m，最大坝高27.7 m，坝顶长度190.6 m。坝体上游面底部坡比1∶0.04，下游坡1：0.75，坝体廊道断面型式为1.5 m×2.25 m（宽×高）的城门洞形。

3.2.2 大坝加高体型设计

大坝加高设计仍采用单圆心单曲重力坝（坝轴线为拱形），因水库是黔西县城唯一的供水水源，施工期间要保证县城供水，且水库已运行多年，上游库内有大量泥沙淤积，放空较困难，故加高方式采用后帮式加高。非溢流坝段标准断面建基面高程为1238.6 m、溢流坝段标准断面建基面高程为1240.6 m。

坝体标准断面按重力坝断面设计，上游面不考虑加厚坝体，坝顶上游面垂直加高，下游坝坡设计为1∶0.8，溢流坝泄槽段堰面与非溢流坝下游坡面齐平。大坝加高后坝总长258.4 m，其中拱形坝段长165.8 m，坝顶宽6.5 m，坝底最大厚度30.708 m，最大坝高34.9 m，坝顶高程1276.5 m。详见下表1。

表1 坝体几何（拱形部分）特性表

3.3 坝体结构设计

3.3.1 坝体分区材料

原坝体上游面设170#混凝土防渗墙，顶厚1 m，底厚1.8 m，沿高程降低方向逐渐变厚，坡比1∶0.04；防渗体下游坝体主要为石灰砂浆砌块石，顶厚2m，下游坡1：0.75。加高部分坝体采用预制C15混凝土块作为坝下游护面，预制混凝土块尺寸为0.5×0.3×0.2 m。

3.3.2 新老坝体结合部位的处理

坝体加高前对原坝体下游面拆除成阶梯状（台阶高1 m，宽0.75 m，尖角切掉成斜面）并将坝体表面松动和碎石冲洗干净，同时在新旧坝体之间设置锚杆以提高粘接强度，每个台阶设置锚杆1根（间距1 m），排距2 m，锚杆采用φ25钢筋，根长4 m，深入原坝体2 m，另外再浇筑一层厚度为30 cm的C15混凝土以加强新老坝体结合面的粘结力。

3.3.3 坝体防渗及分缝止水

1961年对大坝进行加固中，在上游面增设混凝土防渗墙，混凝土标号为R170，经复核，正常蓄水位加高5 m后混凝土防渗墙抗渗性能仍然能够满足现行规范防渗要求，因此，坝体防渗体在原混凝土防渗墙的基础上直接加高至坝顶。防渗材料选用C20混凝土，抗渗标号W 6，抗冻标号F100，厚0.8 m，防渗墙与砌石体间设置锚拉钢筋，锚筋为φ18，长1 m，与水平面成30°夹角，插入砌石体50 cm，锚筋间、排距为1.5 m，呈梅花型布置。新建防渗墙每隔15 m分缝，缝宽2 cm，缝间采用铜片止水，新老防渗墙间也用铜片止水。加高后的坝型仍延用重力坝，加高部分坝体沿弧线方向每15 m坝段分缝，缝宽2 cm，不设止水，新老坝面间的集水可以从缝间排出。

3.3.4 坝体排水

原坝体在防渗墙下游3 m处设置有垂直排水管，直径150 m m，间距2.5 m，另外，在1244.1 m高程设置有水平排水管排水，但2003年大坝除险加固灌浆时，部分浆液进入排水管中，导致排水管堵塞失效。因此，加高设计中重新设置竖向排水孔，竖向排水孔直径150 m m，间距2.5 m，深入坝基10 m。施工时，从坝顶钻孔至廊道，再钻至坝基，从而使承压水通过竖向排水孔渗入廊道，再由廊道内三角堰下的排水孔排出。

大坝加高后，新老坝面间如有渗水，会给大坝安全带来一定隐患，设计考虑在新坝体结合面处设置水平排水管向下游排水。排水管共设3层：第1层排水管中心高程为1249.00m，第2层排水管中心高程为1259.00m，第3层排水管中心高程为1269.00m，排水管径φ50 m m，间距4 m。

3.3.5 坝顶结构

坝顶宽6.5m，坝上游侧设C15钢筋混凝土防浪墙，厚0.3 m，按照坝顶超高计算确定防浪墙高程为1277.7 m，墙体净高1.2 m；下游侧设有φ50钢管栏杆，净高1.2 m；坝顶铺C15混凝土路面，厚0.15 m。

4.坝基处理

坝基经处理后应具有足够的强度承受坝体的压力，同时应具有足够的整体性和均匀性，以满足坝体抗滑稳定的要求和减小不均匀沉陷。设计中将加高部分的坝体挖至弱风化中上部，并清除破碎岩体，再采用C15混凝土垫层回填，厚0.8 m，为使基础更加完整可靠，对基础进行固结灌浆，间、排距3 m，呈梅花型布置，孔深8 m，进尺1804 m。

5.库首防渗处理

根据地质勘察资料，2003年除险加固时，坝体已作过坝体补强及坝基防渗帷幕灌浆处理，水库在现状条件下，坝、基肩岩体已基本无渗漏现象，透水率小于防渗控制标准5 Lu，说明除险加固后坝体防渗是可靠的，故坝基部分只考虑固结灌浆，利用原帷幕而不考虑新增防渗措施。大坝加高后，水库正常蓄水位达到1273.8 m，坝两岸基础高于原正常水位1268.8 m，且库首两岸局部可能产生裂隙性渗漏以及绕渗，因此，设计考虑通过单排防渗帷幕灌浆对其进行防渗处理，防渗控制标准：透水率q＜5 Lu。

防渗帷幕线路的选择原则：防渗布置选择了接弱透水岩体。左岸防渗帷幕长284 m，右岸防渗帷幕长321 m，单排灌浆孔距多数为3 m，设计灌浆总进尺13035 m，其中有效进尺5591 m，无效进尺7444 m。

6.结论

根据坝体材料的适应性、经济性、施工简捷性等多方面综合考虑，选择细石混凝土砌毛石作为大坝加高的主要材料，从而保证加高部分坝体的物理力学性质与原坝体材料性质相近，变形相协调。大坝加高扩建坝体防渗、库首防渗结合原坝体除险加固的实施情况，从而减少坝体防渗、库首防渗工程量。

新、老坝体间浇筑一薄层混凝土并采用锚筋连接，加强了新、老坝体整体协调性，从而改善了坝基应力状态。在不放空水库的前提下，大坝采用后帮式加高设计保证了县城的供水需求，为省内其它类似工程提供了工程经验。

[1]贵州省水利厅主编.砌石坝设计规范（SL25-2006）.北京：中国水利水电出版社，2006.

[2]水利部长江水利委员会长江勘测规划设计研究院主编.混凝土重力坝设计规范（SL319-2005）[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[3]周建平，钮新强，贾金生.重力坝设计二十年[M].北京：中国水利水电出版社，2008.