高车水库混凝土砌石拱坝基础优化设计

熊育祥

(黔南州水利水电设计研究院，贵州?都匀?558000)



高车水库混凝土砌石拱坝基础优化设计

熊育祥

(黔南州水利水电设计研究院，贵州?都匀?558000)

大坝基础开挖深度根据初步设计钻孔资料推测，存在以点代面局限性，难以反映整个基础建基面实际岩性的特征，施工图设计时按推测建基面高程进行开挖控制，往往造成不必要的超挖超填现象，从而增加工程投资和工期。高车水库大坝工程施工阶段对大坝基础开挖前进行基础声波检测分析，根据检测结果对基础开挖进行控制，在满足大坝基础建基要求前提下，调整基础建基高程，从而达到优化设计、减小工程量和缩短工期目的。表2个。

水库；大坝；基础开挖；优化设计

1 工程概况

高车水库位于贵州省福泉市围阻河上，主要任务是作为福泉市城区生活用水及工业用水的供水水源，水库正常蓄水位925.00 m，校核洪水位929.70 m，总库容1 755万m3。设计挡水建筑物为C15细石混凝土砌毛石双曲拱坝，坝顶高程930.00 m，设计建基面最低高程888.30 m，最大坝高41.7 m，坝体上、下游坝面采用M10水泥砂浆砌C20混凝土预制块，采用C20混凝土防渗；泄水建筑物布置于河床坝段，为无闸控制的表孔泄洪方式，溢流堰顶高程925.00 m，溢流前缘总长49 m，设置人行桥墩。堰体采用WES型堰面曲线，挑流消能方式，取水及放空、冲砂底孔建筑物布置于右坝段。

2 优化设计

2.1 大坝基础初步设计

高车水库大坝工程在初步设计过程中，对河床段偏右岸进行了钻孔勘探(ZK3)及取芯样岩芯试验等基础地质勘测工作。根据该钻孔地勘资料分析，河床基础岩体为中厚层白云岩，强风化层深约4 m，弱风化层深约7.3 m。根据设计坝型对地基条件的要求，确定河床弱风化岩体下部作为坝基基础，为此初步设计确定大坝设计建基面为886.00 m高程，施工图设计以886.00 m高程为大坝设计建基面为依据。

2.2 设计变更依据

在项目实施后，为进一步探明河床基础地质情况，设计在河床开挖爆破前利用钻爆孔对大坝基础基岩进行声波测试，检测开挖前、后大坝基础基岩单孔和跨孔声波变化。

覆盖层开挖完成至岩基开挖前，在左岸及坝中部坝基岩体上布置7个单孔和20对跨孔声波测试，完成单孔测点114点，跨孔测点321点。跨孔声波测试钻孔孔口平均高程为894.0 m，分别布置在坝基左岸及中部岩体上，测试基岩为白云岩。从岩体跨孔声波测试结果分析表明，测试段大部分岩体平均波速均在4 000 m/s到5 000 m/s；说明在889.00 m高程以下大坝基础岩体较完整，测试岩体完整性较好。中部4、5号孔在6 m深处局部测点波速偏低，反映钻孔部分岩体有集中裂隙发育，裂隙胶接较差(见表1)。

在基础岩基开挖至平均高程889.60 m时，揭示建基面岩基完整性较好，局部裂隙已基本闭合，右岸偏中部出现2条夹泥裂隙，与开挖前检测结果基本吻合。为进一步探明开挖后基岩完整性和裂隙发展情况及爆破对基础岩体的影响等，再次委托检测单位在平均高程面889.60 m进行钻孔跨孔声波检测，钻孔深度约3.8 m。测孔布置在左右岸及坝中偏右岸的岩基面(平均高程889.60 m)，共布置11对钻孔跨孔声波检测分析，各对钻孔间距在1.35～2.86 m，检测的3个部位坝基岩体均为白云岩，各测试孔均能充满水。

表1 单孔声波测试成果

检测数据结果统计说明，888.30 m高程基础以下岩体纵波速最小值均在3 500 m/s以上，平均值均大于4 000 m/s，与开挖前声波检测结果基本一致。说明888.30 m高程以下基岩已达到微风化岩体，符合初设阶段设计建基面要求，且岩体较初设阶段分析基础地质情况好。

根据开挖前后基础声波测试结果，按《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》(SL 47—94)中弹性波纵波波速检测方法进行分析和判断基础岩石质量。同部位的爆破破坏或基础岩体质量标准，其变化率为：

η=1-(CP2/CP1)

式中，CP2为爆后波速；CP1为爆破前波速。

判断：当η>10%时，爆破影响或基础岩体质量差。根据测孔平面位置相近同部位在开挖前后888.3 m高程检测波速共8组(见表2)。

表2 开挖前、后888.3 m高程同位置岩体检测波速统计

从表2可知，η值大都在规范要求的10%以下，说明大坝基础开挖后，在平均高程888.30 m岩体受爆破影响较小。认为888.30 m高程岩基面可满足大坝建基面要求，为此施工图设计阶段按建基面由原来的886.00 m高程调整至平均高程888.30 m。

2.3 变更设计后对工程影响

大坝基础开挖并处理至888.30 m高程面时，大部分裂隙已闭合，开挖揭示河床段偏右岸有2条顺河向切割较深的夹泥裂隙，岩体的完整性相对较差，风化也相对较深，设计按规范要求对出露裂隙提出处理要求。开挖处理完成的大坝基础面经过专家现场验收认定，认为建基面由原886.00 m高程提高至888.30 m高程满足大坝设计建基面要求。

在建基面提高至888.30 m高程后，为便于大坝稳定和应力复核，设计调整起拱高程至890.00 m，并对大坝设计调整后的坝体进行稳定复核计算；经复核整体稳定和应力均满足大坝设计规范要求。同时，提高建基面高程设计后，可减少开挖工程量1 560 m3，减少回填工程量1 560 m3，从而降低工程直接投资。

设计分析认为，大坝基础开挖并处理至888.30 m高程时，基础岩基面满足大坝基础建基面设计要求，大坝建基面由原初设886.00 m 提高至888.30 m技术方案可行，同时对大坝应力稳定没有影响，且节省工程投资。

3 结 语

因水利工程前期工作经费投入的限制，致使设计单位在前期工程设计，特别是对工程地质勘探工作投入的局限性，使大坝基础勘探工作量偏少，导致设计对大坝整体基础岩石风化深度、岩石裂隙发育情况等推测存在一定的偏差。在工程进入实施阶段后，利用基础开挖钻爆孔进行补充探测，进一步分析和判断基础岩石完整性和裂隙分布，合理地进行基础建基面高程调整和指导基础开挖方式是很有必要的。高车水库在施工图阶段的基础开挖设计中，在初步设计的基础上根据实施阶段对基础探测情况进行合理优化，尽可能减小不必要的开挖深度，减少基础开挖和回填工程量，从而为节省工程投资提供了技术支撑。

责任编辑 吴 昊

2015-05-22

熊育祥(1971-)，男，高级工程师，主要从事水利水电工程设计及总承包项目管理等方面的工作。