上杭县竹背水库供水工程基础处理

谢凌烽

(福建省兴水科技开发有限公司，福建 福州 350001)

上杭县竹背水库供水工程基础处理

谢凌烽

(福建省兴水科技开发有限公司，福建 福州 350001)

针对上杭县竹背水库供水工程598～608 m高程基础存在的问题，采用了基础加强灌浆、基础垫座扩大加固，垫座面层采用钢筋混凝土板搭接到上下部坚硬岩基上，有效的处理了该部位的强风化岩体，使大坝基础达到建坝要求。工程建成运行多年，未出现安全问题，充分发挥了水库工程效益，可供同类工程参考。

竹背水库；基础处理；垫座；搭板

1 工程概况

上杭县竹背水库供水工程坝址位于上杭县蛟洋乡马赖寨村下游，在梅坝溪、下道湖溪、苦竹山溪三溪汇合口上游330 m处，流域内水质良好，水库坝址以上集雨面积63.92 km2，设计总库容555.65万m3。水库建设后能满足集中区日供水3.7万m3/d工业用水规模，供水对象主要为蛟洋工业集中区20万t铜冶炼厂、磷酸及磷铵厂、小型企业等。工程主要枢纽建筑物为竹背蓄水水库大坝、泵站、输水管、净水厂工程等。

竹背蓄水水库坝型为浆砌石双曲拱坝，大坝采用C15细骨料混凝土块石砌筑，坝顶高程618.7 m，最大坝高43.7 m，坝顶下游面弧长164.5 m，坝顶厚度3.0 m。溢流段布置于坝顶中部，采用坝顶开敞式自由泄洪，堰顶高程为615.0 m，溢流堰净宽44 m，设4孔，每孔净宽11 m，溢流坝段上设4跨人行交通桥，桥面宽3.0 m。水库取水方式采用塔式取水，孔口底高程分别为597.4 m、604.0 m、610.0 m。大坝下部设置冲砂管，采用Φ1200钢管，管底高程578.0 m，长15 m，坝后设置锥阀及阀门井。

2 基础开挖情况

坝址河谷呈 “V”字形，谷底宽6～13 m，正常蓄水位615 m时，河谷自然宽度约86～88 m，两岸较对称，两岸625 m高程以下自然坡度45°～55°，625 m以上较平缓。

开挖后坝基岩性主要为粗粒钾长花岗岩。地质构造以断层和节理裂隙为主，发育的断层有11条。主要针对大坝右岸598～608 m高程坝基受f9、f10断层影响风化最严重段基础进行处理分析。坝基右岸地质素描图如图1所示。

右岸598～608 m坝基有2条断层(f9、f10)，断层f9，产状N80°W，SW∠58°，宽度10～30 cm，充填断层泥、角砾岩；断层f10，产状EW，N∠86°，宽度10～50 cm，充填硅质脉、角砾岩、断层泥。受f9、f10断层影响，断层之间的岩体风化层较深，且风化不均匀，开挖后边坡不平顺，呈三角块形，底下的平台仍存在强风化岩体，属Ⅲ～Ⅳ类基岩，由于受f10断层影响，f10断层之后的基岩岩面倾下下游，走向与f10断层一致，岩石坚硬，属Ⅱ～Ⅲ类基岩，要想开挖成径向或半径向，难度较大。右岸598～608 m高程坝基开挖深度比原设计建基面已超挖0～8 m。

3 右岸坝基基础处理措施

根据坝基现场揭露情况，拟定了以下处理方案。

(1)灌浆：坝基采用加强固结、帷幕灌浆，孔间距均加密至2.0 m，垫块与f10断层上部台壁交接处，坡度大于45°，必须进行接触灌浆[1]。

图1 右岸坝基地质素描图

(2)扩基：扩宽坝基下游基础，与原坝基相比，坝基向下游侧拓宽0.8～7.72 m，ABC三点连线即为扩基后下游基础边线，基础上游边即为坝体上游轮廓边线往上游侧扩大0.5 m。

(3)垫座：扩基后采用C15埋石混凝土铺垫成平顺边坡，作为坝体垫座，垫座与f10断层上部台壁，采用Φ25钢筋锚固, 锚筋长1.5 m嵌入台壁1.0 m，采用梅花型间距1 m布设[2]。

(4)搭板：在垫座上部设置C25钢筋混凝土搭板，板厚1.0 m，采用C25钢筋混凝土结构双层配筋，板宽为拱端轮廓线向下游侧扩大0.8 m、向上游扩大0.5 m后的宽度，搭板两端跨越f9、f10断层,搭接在坚硬岩体上，搭接长度不小于1.5 m。基础处理平、剖面如图2和图3所示。

4 抗滑稳定计算

抗滑稳定按刚体极限平衡法计算，计算三角块垫座的抗滑稳定安全系数值。计算公式[3]如下：

(1)

Q=Hasinα+Vacosα

(2)

Ha=Vsinθ+Fcosθ

(3)

Va=Vcosθ+Fsinθ

(4)

式中：K为抗滑稳定安全系数；f1为侧向滑移面的摩擦系数，Ⅱ～Ⅲ类基岩，取值1[4]；f2为垫块与底下岩基间的摩擦系数，Ⅲ～Ⅳ类基岩，取值0.7[4]；α为滑面与拱端角度，f10断层为最不利滑裂面，与拱端夹角为59.4°；θ为拱端与拱坝中心线的夹角,°；Ha为拱端轴向力,MPa；Va为拱端切向力,MPa；Q为由拱端传来的轴向和剪力在侧向滑移面上的滑移力,MPa；N为由拱端传来的轴向力和减力在侧向滑移面上的法向压力,MPa；V为为竖向力，MPa；ψ为岸坡角,°；c1为侧向滑移单位面积的黏着力，Ⅱ～Ⅲ类基岩，取值70 t/m2，即0.7 MPa[4]；c2为垫块与底下岩基间单位面积黏着力，Ⅲ～Ⅳ类基岩，取值40 t/m2，即0.4 MPa[4]；l为侧向滑移面的长度，为11.7 m；W2为抗滑岩体的重量,t；A为抗滑体的面积,m2；U1为侧向滑移面的渗透压力,MPa；U2为单位高度上下岩石间的渗透压力,MPa。

图2 右岸坝基处理平面布置图

图3 右岸坝基处理剖面图(单位：m)

由拱坝分析与优化软件系统ADAO程序计算得到的各种工况的各层拱端作用力，将595～609 m两层拱圈的作用力之和代入抗剪断公式(三角块垫座高程为598～608 m)，经计算，基本组合中工况(3)为最不利工况，工况(3)为：设计洪水位+自重+泥沙及浪压力+温升；特殊组合为工况(5)：校核洪水位+自重+泥沙及浪压力+温升。计算结果详见表1。

表1 抗滑稳定安全系数

基本组合时，K=3.30>3；特殊组合时，K=3.11>2.5，满足规范要求[5]。

5 结 论

过多年运行观测，大坝未出现安全问题，各观测点位移量很小，符合规范要求。为工业园区用水提供了保障，抵御洪水能力明显加强，充分发挥水库工程效益。对其他大坝具有类似设计背景的基础处理问题有重要的借鉴意义及参考价值。

[1] 李瓒，陈兴华，王光崙,等.混凝土拱坝设计[M]. 北京：中国电力出版社，2000.

[2] 张乃盛.寿宁县牛头山水电站大坝坝肩断层带组合体处理[J]. 水利科技，2016(1)：43-44.

[3] 周建平，党林才.水工设计手册[M]. 北京：中国水利水电出版社，2011.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.水利水电工程地质勘察规范：GB 50487-2008[S]. 北京：中国计划出版社，2009.

[5] 中华人民共和国水利部. 混凝土拱坝设计规范:SL 282-2003[S].北京：中国水利水电出版社，2003.

谢凌烽(1983-)，男，福建闽清人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。E-mail：764739424@qq.com。

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