二龙滩水库坝型比较与选择

唐全民

(四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川 德阳，618000)



二龙滩水库坝型比较与选择

唐全民

(四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院，四川 德阳，618000)

本文根据二龙滩水库大坝筑坝材料现状，拟定了钢筋混凝土面板堆石坝、碾压式沥青混凝土心墙石渣坝、风化泥岩心墙石渣坝等三种坝型并进行比较研究，最终采用经济合理、安全可靠的钢筋混凝土面板堆石坝。

二龙滩水库 坝型 面板坝 沥青混凝土 风化泥岩

1 概述

二龙滩水库坝址位于南广河左岸支流二夹河中游，高县可久镇金龙村，控制集水面积148km2，多年平均流量2.11m3/s。水库正常蓄水位416.00m，总库容1148×104m3，是一座农业灌溉、城乡供水等综合利用的中型水利工程。工区附近天然砂砾石贫乏，砂、泥岩料源丰富，较适宜修建当地材料坝。根据坝址所处的地形、地质及筑坝材料现状，结合坝体填筑料对开挖料的利用，拟定了钢筋混凝土面板堆石坝、碾压式沥青混凝土心墙石渣坝、风化泥岩心墙石渣坝三种坝型并进行比较研究，采用经济合理、安全可靠的钢筋混凝土面板堆石坝。

2 坝址地质条件

水库坝址区地处南广河一级支流二夹河上游月亮沱～龙口一带，该段河道蜿蜒曲折，河谷深切，谷底较平坦，两岸地形多呈较对称的“U”型谷。坝址区位于符江向斜倾伏端南东翼近核部，工区内地质构造简单，主要为单斜地层。出露地层除第四系松散堆积层外，广泛分布侏罗系中统沙溪庙组砂岩、粉砂质泥岩与泥质粉砂岩等一套河湖相沉积的碎屑岩。河床段地形平坦，覆盖第四系冲洪积层，厚2.5m～3.1m，为孤(漂)块卵砾石夹粉土，下伏基岩为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩不等厚互层夹砂岩。河床坝基段岩体基本无强风化带，弱风化带厚5m。左岸地形陡峻，基岩大多裸露，组成边坡岩体主要为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩不等厚互层夹砂岩。右岸地表大多基岩裸露，零星分布第四系坡残积之粉质粘土含碎石，组成坝基岩体为砂岩夹薄层粉质泥岩、泥质粉砂岩。

3 天然建筑材料

工区位于J2s砂岩、泥岩互层区，砂岩、泥岩可作为丰富的坝体石渣填筑料料源，运距近，储量丰富，开采运输条件较好。大坝上游500m～1000m范围内河流右岸出露J2S②层之砂岩，其饱和抗压强度基本都大于60MPa，可作为面板堆石料坝型所需堆石料，储量也满足设计需求。对于坝体防渗料而言，工区粘土厚度一般为1.0m左右，个别地方1.5m～2.5m，分布零星，储量较小，仅坝址左岸下游约300m的大石缸冲沟一带相对较集中，其方量约2万m3，开采条件较差，占用农田，可用于心墙垫层及围堰用料；风化泥岩防渗料主要分布于坝址下游右岸1000m J2Sn地层中，以泥岩为主，储量丰富。坝址及附近均无良好的天然砂砾石分布，天然混凝土粗、细骨料料源需在金沙江或岷江河漫滩中开采，距坝址区最近距离约60km，运距远，工程造价高，本阶段推荐人工骨料作为混凝土粗、细骨料料源。人工骨料位于高县贾村蚂蝗沟，距坝址区距离约30km，为三叠系嘉陵江组灰岩。

4 坝型拟定

根据坝址处地形地质条件及筑坝材料现状，对钢筋混凝土面板堆石坝、碾压式沥青混凝土心墙石渣坝、风化泥岩心墙石渣坝三种坝型进行比较，并择优选择。

4.1 钢筋混凝土面板堆石坝

大坝坝顶高程418.00m，坝顶宽8.00m，坝顶长240.0m。趾板基础置于弱风化上部基岩，河床段趾板建基面高程368.00m，大坝最大坝高50.00m，最大坝底宽度195.80m。

坝顶设置C30混凝土防浪墙，墙顶高程419.20m。大坝上游坝坡1∶1.5，设40cm等厚C30钢筋混凝土面板防渗。面板与基础相接处为厚0.5m，宽5.0m的C30混凝土趾板。大坝面板下设垫层和过渡层，其水平宽度均为3.0m。过渡层后紧接堆石区，为了利用枢纽区开挖料，大坝下游填筑部分石渣料，石渣料填筑区与主堆石区相接的上游边坡为1∶0.5，并倾向下游。大坝下游边坡1∶2.0、1∶2.25，在高程398.00m处设一级宽2.0m的马道。下游坝坡采用C25混凝土框格草皮护坡。大坝坝基坝肩采用帷幕灌浆防渗，帷幕沿趾板线布置，向两坝肩延伸。防渗帷幕共2排，孔距2.0m，排距1.5m，深入相对不透水层(q≤5Lu)以下5.0m。趾板下设置3排固结灌浆以加强趾板基础，固结灌浆共3排，孔距2.0m，排距1.5m，深8.0m。其坝体结构见图1。

图1 钢筋混凝土面板堆石坝坝体结构

4.2 碾压式沥青混凝土心墙石渣坝

大坝坝顶高程418.00m，坝顶宽8.00m，坝顶长245.0m，建基面高程366.00m，最大坝高52.00m，最大坝底宽度232.23m。大坝上游边坡1∶2.25，下游边坡1∶2.0、1∶2.25，在高程398.00m处设一级宽2.0m的马道，下游坝坡采用C25混凝土框格草皮护坡。

坝顶上游侧设置C25混凝土防浪墙，墙顶高程419.20m。碾压式沥青混凝土心墙位于坝体中部，厚0.5m～1.0m。心墙与坝壳之间设置反滤过渡层，反滤过渡层采用新鲜砂岩人工破碎，上、下游侧水平填筑厚度均为2.5m。大坝上、下游坝壳均为石渣料碾压填筑，与护坡之间设厚度30cm的垫层料。大坝下游坡脚设堆石排水棱体，采用新鲜砂岩碾压填筑。心墙下游侧坝底设水平排水带，与下游坡脚排水棱体相接。大坝坝基坝肩采用帷幕灌浆防渗，帷幕沿坝轴线布置，向两坝肩延伸。防渗帷幕共2排，孔、排距2.0m，深入相对不透水层(q≤5Lu)以下5.0m。坝基下设置3排固结灌浆以加强心墙基础，固结灌浆共3排，孔、排距2.0m，深8.0m。其坝体结构图见图2。

图2 碾压式沥青混凝土心墙石渣坝结构

4.3 风化泥岩心墙石渣坝

大坝坝顶高程418.00m，坝顶宽8.00m，坝顶长244.5m，建基面高程366.00m，最大坝高52.00m，最大坝底宽度232.23m。大坝上游边坡1∶2.25，下游边坡1∶2.0、1∶2.25，在高程398.00m处设一级宽2.0m的马道，下游坝坡采用C25混凝土框格草皮护坡。

坝顶上游侧设置C25混凝土防浪墙，墙顶高程419.20m。风化泥岩心墙位于坝体中部，心墙顶高程417.00m，底高程368.00m，心墙顶部宽度3.0m，底部宽度32.4m。心墙基础设50cm厚C15混凝土封基找平层，找平层上设1.0m厚粘土防渗体。心墙上游侧设置一层厚2mm的防渗土工膜。心墙与坝壳之间设置过渡层，过渡层采用新鲜砂岩人工破碎，上、下游侧水平填筑厚度均为3.0m，下游侧过渡层后再设置3.0m宽的竖向排水带。大坝上、下游坝壳为砂岩或砂、泥岩石渣料碾压填筑，与护坡之间设厚度30cm的反滤料。大坝下游坡脚设堆石排水棱体，采用新鲜砂岩碾压填筑。心墙下游侧坝底设排水带，与心墙下游竖向排水带、下游坡脚排水棱体相接。大坝基础处理布置方式与沥青混凝土心墙石渣坝相同。其坝体结构详见图3。

图3 风化泥岩心墙石渣坝结构

5 坝型比较与选择

根据三种坝型枢纽建筑物布置和初拟的结构尺寸，进行工程量及投资计算。各坝型主要工程量及投资详见表1。

表1 不同坝型主要工程量及投资比较

5.1 建坝条件

工区天然砂卵石缺乏，作为混凝土骨料料源储量较小，而石渣料等当地材料坝料源丰富，运距较近。故本工程适合修建当地材料坝。上述三种坝型，均符合因地制宜，就近取材的原则，都具有建坝条件。

5.2 施工条件

风化泥岩心墙石渣坝料场较近，储量丰富，但从现场取样土工试验来看，龙口料场泥岩为含粉砂质含钙质泥岩，遇水崩解不明显，崩解类型Ⅲ类为主，无膨胀性。用试验级配和击实最大干密度及最优含制样进行试验，弱风化及新鲜泥岩渗透系数为2.0×10-4cm/s～8.9×10-5cm/s，不满足规范防渗料渗透系数小于1.0×10-5cm/s要求。强风化泥岩储量不足，弱风化或新鲜泥岩经我院水电科研所采取长时间自然崩解及人工加工不同掺料级配等试验手段，进行了补充试验，并采取心墙上游设置防渗土工膜等其他工程措施防渗，但成本较高，而且施工难度大，土工膜粘合质量不易控制，坝体填筑过程中容易造成土工膜破损，留下防渗体安全隐患，对大坝稳定安全不利。沥青混凝土心墙石渣坝技术成熟，可以机械化快速摊铺碾压施工，但防渗心墙较薄，施工时需严格把关，对施工工艺和施工单位素质要求较高，若沥青混凝土防渗心墙出现问题，后期处理技术难度及经济成本均较高。

钢筋混凝土面板堆石坝坝型成熟，国内已成工程经验众多，采用常规施工施工方法，施工质量易于检查和控制。面板坝基础防渗处理与坝体填筑可同步进行，有利于节约工期。从施工条件上看，钢筋混凝土面板堆石坝相对较优。

5.3 建筑物投资

从表1可知，钢筋混凝土面板堆石坝相对于其他两种坝型投资较小。

6 结语

风化泥岩心墙石渣坝虽然料场较近，储量丰富，但强风化泥岩储量较少，现场取样土工试验表明，其弱风化及新鲜泥岩渗透系数不满足规范防渗要求，需经过长时间崩解、翻晒等人工加工以及增设防渗土工膜等其他工程措施才能达到防渗要求，不仅施工周期较长，成本较高，而且防渗性能难以保证，易留下安全隐患，不利于工程安全稳定运行。沥青混凝土心墙石渣坝防渗心墙较薄，施工时需严格把关，对施工工艺和施工单位素质要求较高，若沥青混凝土防渗心墙出现问题，后期处理技术难度及经济成本均较高。而钢筋混凝土面板堆石坝坝型成熟，施工方法常规，施工组织相对灵活，具有良好的稳定性和抗震性，安全可靠，防渗面板易于检查和修复，有利于后期工程稳定运行和维护管理，国内外广泛应用于中高坝建设，效果很好。如紫坪铺水库面板堆石坝，经历了9度以上地震检验，仅防浪墙和面板部分破坏，经检修后很快完全恢复功能。本工程混凝土面板坝下游侧采用石渣填筑，可充分利用枢纽区开挖料，从而减少弃渣工程量，节约投资。故综合各种因素考虑，二龙滩水库大坝采用经济合理、安全可靠的钢筋混凝土面板堆石坝。

〔1〕SL274-2001，碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2002.

〔2〕SL228-2013，混凝土面板堆石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2013.

〔3〕SL501-2010，土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2010.

〔4〕高希章，杨志宏.紫坪铺水利枢纽工程混凝土面板堆石坝设计[J].水利水电技术，2002，33(11)：14-17.

唐全民(1981.10-)，男，工程师，二龙滩水库项目设总，主要从事水利水电工程设计工作。■

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