德日苏宝冷水库土工膜心墙堆石坝设计

陈俊喜，赵鹏飞，郝 明

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006）

1 工程概况

德日苏宝冷水库位于内蒙古自治区赤峰市巴林右旗境内，是查干沐沦河干流唯一的骨干工程，水库控制流域面积8427.4 km2，占全流域总面积的73.3%，水库的主要任务是生态保护、工业和灌区供水等综合利用。枢纽建筑物包括主坝、副坝及水库尾水部位的防洪堤。主坝包括357.2 m土工膜心墙堆石坝、103 m泄洪冲沙闸（9孔）及48 m混凝土重力坝（3段）。水库总库容为0.988亿m3，水库为Ⅲ等工程，主要建筑物主坝、副坝等级均为3级。水库按100年一遇洪水设计，设计洪水位（汛限水位）为603.8 m，2000年一遇洪水校核，校核洪水位（正常蓄水位）为604.60 m，死水位598.0 m。

2 地质条件

主坝坝址区地层自上而下分为：

1）层耕植土。埋深约0.5 m左右，分布在坝址区右岸。

2）层粉土。最大埋深2.0 m，呈稍密状态，分布在坝址区右岸。

3）层中细砂。灰白色，呈松散～中密状态，埋深在0.8～3.0 m，为冲洪积物。厚度介于1.0～1.5 m之间，主要矿物成分为长石及石英，主要分布于河床及河漫滩顶部。

4）层砾砂。灰白色，松散～稍密，局部夹有粗砂、园砾、角砾、卵石等。粒径不均，最大粒径约20 cm，磨圆度一般，埋深变化较大，底板埋深5.0～26.8 m。

5）层安山岩。灰紫色，质地坚硬，具气孔、杏仁构造。

3 坝体结构设计

水库主坝坝型为复合土工膜心墙堆石坝，坝顶高程609.00 m，最大坝高21.00 m，坝顶宽取7.0 m，在坝顶设1.2 m高防浪墙，防浪墙顶高程为610.20 m。坝壳料为安山岩，大坝上、下游坝坡坡度分别为 1∶1.8，1∶1.75，中间不设马道，坝体上、下游面均采用0.4 m厚的砌石护坡。基础采用混凝土防渗墙防渗，防渗墙底部嵌入岩石0.8 m，最大深度25.2 m，防渗墙的厚度为0.6 m。

在坝体中部偏上游侧设置复合土工膜心墙，复合土工膜心墙顶高程为607.50 m，顶部与钢筋混凝土防浪墙相接，下部与基础混凝土防渗墙相连。心墙两侧铺设1.5 m厚的砂垫层和2.0 m厚的过渡层，复合土工膜在坝内平行于坝轴线垂直方向成“之”字形铺设，折坡高度按堆石料碾压层厚度确定。岸坡段在基岩面开凿深1.5 m、宽2.0 m的凹槽，槽内浇筑混凝土基座。土工膜心墙与基础混凝土防渗墙相接处，设置混凝土底梁相连，即在混凝土防渗墙顶部设1.5 m×2.0 m的混凝土底梁，土工膜心墙采用槽钢及锚栓锚固在底梁上。

4 筑坝材料分区设计

坝体分区系根据大坝各部位不同的工作条件对填料进行分区，坝壳堆石料在开采前应彻底清除覆盖层、风化料，开采的新鲜石料应分区堆放。各分区筑坝材料设计要求见表1。

心墙两侧的垫层料、过渡料应与坝体同时铺筑碾压，相互胶结，避免形成单区孤立填筑。各区料分段铺筑时，必须做好接缝处各层之间的连接，防止产生层间错动或折断现象。在斜面上的横向接缝应收成缓于1∶1的斜坡。

表1 筑坝材料设计要求

坝体填筑期间，应特别注意分区料结合部位的大块石堆积问题，过渡层内与垫层料结合处的50 cm范围内，去除粒径大于10 cm的过渡料，堆石区内与过渡层料结合处的100 cm范围内，去除粒径大于40 cm的堆石料。

5 土工膜心墙材料设计

复合土工膜膜材采用HDPE膜，土工布采用高强涤纶布，其性能指标应达到下列要求。

1）水力学性质：垂直渗透系数不大于10-11cm/s。

2）力学性能指标满足表2要求。

表2 土工合成材料的力学性能指标

3）外观要求。土工膜不允许有裂口、孔洞、裂纹或退化变质等材料。

6 施工控制

1）现场施工严格控制筑坝料的粒径、级配，垫层料实际选用中粗砂，通过现场爆破设计，过渡层料最大粒径控制在200 mm以内。

2）土工膜的接头采用热熔焊接方式，由生产厂家派技术人员进行现场指导，现场进行焊接温度、焊接速度等施工工艺试验，按照试验参数进行施工。

3）焊接前必须对土工膜拼接面进行清扫，拼接面上不得有油污、灰尘。阴雨天应在雨棚下作业，以保持拼接面干燥。

4）铺设过程中不准直接在土工合成材料上行驶车辆，不准用带尖头的钢筋作撬动工具，严禁在土工合成材料上敲打石料和一切可能引起土工合成材料损坏的施工作业。

7 质量检查和验收

1）在堆石料、垫层料及过渡料加工场，对成品料的颗粒级配、含泥量、软弱颗粒含量和形状等进行检查。

2）对坝体的填筑面的各项施工工艺和参数进行检查外，还应对垫层料和堆石料的干密度、孔隙率和颗粒级配进行抽样检查。

3）在每层复合土工膜被覆盖前，目测有无漏接，接缝是否无烫损、无褶皱，铺设是否平整；用真空法和充气法对全部焊接缝进行检测，查找有无漏接。

4）每1000 m2取一试样做拉伸强度试验，要求接缝处强度不低于母材，且试样断裂不得在接缝处，否则接缝不合格。

8 结语

土工膜心墙堆石坝工程的成败关键在于现场施工质量控制，其垫层料、过渡层料的粒径、级配和土工膜焊接为控制要点，总结一套方便可行的设计施工方法是推广此类坝型的关键。德日苏宝冷水库于2010年3月开始下闸蓄水，至今已运行1年多，目前，最高蓄水位为610.0 m，水库运行良好。工程设计经验说明：土工膜心墙堆石坝通过精心设计、严格管理、细致施工，可以达到理想的效果。其施工速度、工程投资方面，同沥青混凝土心墙堆石坝、混凝土面板堆石坝比较，均有明显优势。

［1］顾淦臣.塘房庙复合土工膜心墙堆石坝的设计、施工和应力应变有限元分析［J］.水力发电学报，2004.

［2］履华，李青云，包承纲.土工膜应变计的研制及其应用［M］.龚岩土力学，2005.