潭口二库坝体填筑材料选择

2020-10-31 06:43刘文勇崔海涛王瑞鹏
水利水电工程设计 2020年1期
关键词:料场石料软化

刘文勇 崔海涛 王瑞鹏

拟建的潭口二库位于湖北省襄阳市谷城县石花镇西南15.5 km 的北河峡谷内,与下游潭口水库直线距离约10 km。水库主要任务以灌溉、供水为主,兼顾防洪与生态。

1 工程概况

潭口二库设计为一座中型水库,水库正常蓄水位216.00 m,校核洪水位218.14 m,总库容9 115万m3,最大坝高71.8 m。工程主要建筑物由混凝土面板堆石坝、溢洪道、灌溉引水洞等组成。

面板堆石坝坝顶高程218.8 m,防浪墙顶高程220 m,设高1.2 m 的U 形钢筋混凝土防浪墙,坝顶长358.0 m,坝顶宽7 m,最大坝高71.8 m,最大坝底宽232.77 m,上游坝坡1∶1.5;下游根据上坝路的走线布置设有2 级马道,马道宽5.0 m,坝坡为1∶1.36。下游坝脚设有堆石棱体回填,平台高程165.00 m,平台宽度10 m,边坡为1∶1.7。

溢洪道布置在大坝右岸,为岸边开敞式。溢洪道由进口段、闸室段、泄槽段、鼻坎段组成。主体建筑物轴线长158.65 m,堰顶高程201.00 m,闸室共 3 孔,孔口尺寸b×h=12 m×15 m。

灌溉引水隧洞布置在右岸山体中,主要由进水口、压力隧洞、挑流出口等组成。引水线路全长278.84 m,设计引用流量20 m3/s。

面板堆石坝坝体总填筑量约142.51 万m3,如何在满足工程质量的前提下,选择技术可行、造价合理的筑坝材料就成为工程设计中的一大关键。

2 筑坝材料勘察

2.1 开挖料

大坝及附属建筑物开挖利用的弃料均为绿泥纳长石英片岩,新鲜岩石的饱和抗压强度为35 MPa,软化系数为0.65。碾压遇水软化后易湿化,弱风化岩石弃料可充分利用在大坝堆石(Ⅱ)区,强风化弃料可利用在大坝下游堆石区。

2.2 天然砂卵石料

针对工程局部河床天然砂卵石被开采取砂的现状,扩大了砂卵石的勘察范围,对坝区上、下10 km河道范围内,面积较大的、有开采价值的砂卵石料进行了勘察,共勘察了7 个料场,勘探总储量为132 万m(3自然方)。各料场的勘察储量见表1。

表1 天然砂卵石料料场概况一览表

天然砂卵石料用于大坝填筑料,根据力学试验统计值,其干密度为2.16 g/cm3,饱和抗压强度值为66.4 MPa,软化系数0.84。堆积密度1.80~1.85 g/cm3,内摩擦角大于30°,小于5 mm 含量平均值在20%~40%,渗透系数大于1×10-3cm/s。由于人为开采,砂卵石不均匀系数在14.4~215.3,曲率系数在0.4~5.6,级配较差。

河床天然砂卵石经现场勘察,其分布不均匀,不同高程粒径差异较大,大部分砂卵石料场上部漂石、孤石较多。作为超大粒径(粒径60 mm 以上)的孤石、漂石占勘察储量的38%,泥质成分约占5%,具连续级配要求的只有约81.4 万m3。孤石、漂石成分为绿泥纳长石英片岩,约占60%,浅粒岩、变粒岩等酸性岩块约占30%,其它石英团块、辉绿岩、闪长岩等约占10%。

河床漂石破碎后,按设计提出的干密度、级配参数,试验所得垫层料、过渡料、排水料等级配料孔隙率、渗透指标均满足设计要求。

2.3 块石料

经勘察坝区上、下游及外围,选取了3 个石料场,各石料场的勘察储量详见表2。

表2 石料场勘察储量统计表

K1:涨潮铺石料场。料场分布在坝区涨潮铺村河湾右岸山坡,岩性为钠长绢云石英片岩,距离坝区1.7 km,运距近,岩石湿抗压强度为35 MPa,软化系数0.65,但由于片理发育,碾压后片状物、石粉含量均较高,不能作为混凝土骨料使用。作为主堆石料,其软化系数偏低,碾压遇水软化后易板结。考虑其运距较近,开采有用储量60万m3,可作为坝后下游堆石区填筑料使用时,或填筑于坝体浸润线以上部位。

K2:红马庙石料场。料场分布呈一走向北西向山梁,较陡峻。地表覆盖层薄,料场基岩裸露。地表以下有2 m 厚风化较强岩体,下部岩体新鲜完整。开采剥离比5∶1,现可开采有用储量60万m3。料场至坝区,运距约40 km。

该料场区域地质上处于青峰-襄樊-广济断裂以北,岩性为晚元古期火成岩体辉绿岩(βμ22)。料场岩石饱和抗压强度66.2 MPa,软化系数0.85,硫酸盐及硫化物含量小于0.2%,无减活性。质量符合SL 251—2000《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》。

K3:高桥河石料场。料场分布呈一走向北西至南东的山梁,较陡峻。地表覆盖层薄,料场基岩裸露。地表以下有约3 m 厚风化较强岩体,下部岩体新鲜完整。现可开采有用储量300 万m3。石料场至坝区,运距约58 km。

该石料场区域地质上处于青峰-襄樊-广济断裂以南,岩性为寒武系下统水井沱组(C11)中厚层微晶灰岩夹泥质条带灰岩。料场岩石饱和抗压强度75.7 MPa,软化系数0.86,无碱活性,质量满足要求。

2.4 筑坝料评价

(1)天然砂卵石料场分布在坝址上、下游10 km河床范围,河床开阔平坦,但多个料场运距较远,且需修料场道路。符合连续级配要求的天然砂卵石料约81.4 万m3,占勘探储量的72%,大坝主堆石(Ⅰ)区填筑时应优先选用具连续级配要求的砂卵石。料场孤石、漂石约51 万m3,占勘探储量的38%,破碎筛分后可用于大坝级配填筑料。

(2)大坝填筑主堆石(Ⅱ)区及下游堆石区可充分利用大坝及附属建筑物的开挖弃料,质量、储量满足要求。

(3)块石料所选K1 料场软化系数偏低,可作为坝后下游堆石区填筑料使用,或填筑于坝体浸润线以上部位。K2、K3 料场剥离工作量小,质量较好,但运距偏远。大坝混凝土骨料可选取K2 红马庙石料场石料加工而成,质量与储量满足大坝混凝土骨料要求。

3 坝体断面与材料分区

3.1 坝体填筑分区

根据坝体标准剖面,从上游至下游依次分为10 个区。

(1)混凝土面板:顶部厚30 cm,底部厚50 cm。

(2)垫层料区:面板下为半透水性垫层,控制边坡1∶1.5,水平宽度3 m。

(3)过渡料区:垫层区与主堆石区之间设置过渡料区,用于缓冲两区之间的级配陡变。过渡料区控制边坡1∶1.5,水平宽度3 m。

(4)主堆石区Ⅰ。

(5)反滤过渡料区。

(6)砂卵石排水区。

(7)主堆石区Ⅱ。

(8)下游堆石区。

(9) 坝脚为堆石棱体区,顶部高程165.0 m,顶宽10 m,边坡为1∶1.7,超径石回填。

(10)下游坝面设0.5 m 厚干砌块石护坡。

坝体标准剖面如图1 所示。

3.2 筑坝料质量控制

坝体各分区回填质量控制见表3。

4 料特规划设计

据地质情况,大坝主堆石(Ⅰ)区填筑时优选具连续级配要求的砂卵石;孤石、漂石破碎筛分后可用于大坝级配填筑料;大坝及附属建筑物开挖利用料均为绿泥纳长石英片岩,微风化岩石弃料可充分利用在大坝堆石(Ⅱ)区,弱、强风化弃料可利用在大坝下游堆石区。

图1 坝体标准断面图

表3 坝体填筑质量控制表

本工程筑坝料来源较多,质量与开采条件不一,需根据坝体分区的填筑质量要求,结合各料场的特点和实际位置,对各个料场进行总体利用规划。

4.1 天然砂卵石料源

本工程可由SL1—SL7的7个砂卵石料场提供满足主堆石级配要求的料源总量约70.80 万m3(自然方),可满足大坝主堆石Ⅰ区填筑用料。其中,SL1~SL4 砂卵石料场位于坝址上游库区,SL5—SL7 位于坝址下游,坝体填筑应根据开采难易、运输条件、施工期水流控制等进行统筹安排,科学规划施工。

SL4、SL5、SL6 砂卵石料场的大块漂石可用于制备坝体填筑用级配料,其余砂卵石料场作为备用料场,储量和质量均能满足要求。

4.2 块石料源

坝体填筑用料料源,除主堆石Ⅰ区采用砂卵石料源外,其余大坝填筑料全部由建筑物开挖料供给,不再另设石料场开采石料。

5 结 语

通过对潭口二库工程大坝坝体填筑料的综合比选,力求在保证工程质量的基础上做到切实可行,目前该工程很快将开工。

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