水库扩建工程技术问题及对策范文

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初设阶段主要针对土石坝坝型进行进一步的比较：可选坝型有沥青混凝土心墙坝、黏土心墙坝和混凝土面板堆石坝。混凝土面板堆石坝结构简单，工序间干扰少，便于机械化施工，气候对面板堆石坝的施工影响小。但坝区附近石料强度较低（小于10MPa），不适合填筑主堆石区，同时水泥及混凝土粗细骨料运距远，单价高。根据坝址附近料场勘查，心墙黏土料分布在冲沟洼地及缓坡地带，场地分散，土层最大厚度小于7m，开采条件相对较差，不利于大规模机械化开采；另外，土料天然含水量偏高，需翻晒。最大问题是土料场全为农田，征地难度大。沥青混凝土心墙防渗效果好，构成心墙的骨料、沥青等原材料受外界气温、降雨影响小，施工方便，进而能缩短施工工期。且当地有成功修建沥青混凝土心墙石渣坝的工程经验。从坝体结构、施工条件、工程投资等综合分析，沥青混凝土心墙方案优势明显，因此，推荐沥青混凝土心墙石渣坝为主坝坝型。实践证明，当地石料质量差、防渗土料缺乏，主坝坝型选择沥青混凝土心墙石渣坝符合当地条件，是经济合理的。

主坝右岸单薄分水岭上依次有7个垭口，共需修建7座副坝。7座副坝均为低坝，Ⅱ副坝最高，最大坝高为19.20m；坝址具备修建重力坝和土石坝的地质条件，除7#副坝外，其余6座副坝地形条件不利于土石坝布置。经浆砌石重力坝和土石坝两方案进行比较，浆砌石坝方案可以充分利用当地材料，投资略少且便于施工。经综合分析，7座副坝均采用浆砌石重力坝坝型。

1沥青混凝土心墙石渣坝设计

1.1坝体断面设计

主坝坝型为沥青混凝土心墙石渣坝，最大坝高约42.70m，坝顶长678.15m，坝顶宽7.0m。大坝上游采用预制块护坡，坝体下游采用草皮护坡。大坝上游坡1∶2.25～1∶2.75，马道宽5m；下游坡1∶1.9～1∶2.0，马道宽2m。沥青混凝土心墙采用直心墙，厚度为0.50～0.70m，墙顶高程高于水库校核洪水位。心墙底部2m为渐变段，与混凝土齿槽相接处加厚至1m。沥青混凝土心墙与混凝土齿槽采用止水铜片连接，齿槽顶部设反弧，反弧上铺设20mm沥青玛蹄脂。心墙上、下游侧分别设2m厚的过渡层，心墙过渡层后布置水平排水，坝脚设贴坡排水，与水平排水相接。水平排水采用排水条带，条带断面呈梯形，四周包反滤，沿坝轴线自左向右设有6条排水条带。贴坡排水采用干砌石砌筑，排水下设2层反滤，坝脚设纵向排水沟。

1.2坝体材料及分区设计

坝体分为上游临时挡水断面（利用施工围堰）、上游石渣区、沥青混凝土心墙、心墙过渡层和下游石渣区。心墙过渡层料、反滤料、水平排水、贴坡排水等均采用强度较高的灰岩石料。上游临时挡水断面采用复合土工膜临时防渗。上游石渣料区下部及下游石渣料区浸润线以上采用砂岩开挖石渣料填筑。各种筑坝材料的要求如下：砂岩石渣料。设计干密度为2.03～2.07g/cm3，每层铺料厚度60～80cm，坝料最大控制粒径45～60cm。同时，要求渗透系数不小于1×10-3cm/s。心墙过渡料。连续级配，不均匀系数Cu>10，曲率系数Cc=1～2，最大粒径80mm，每层铺料厚度与沥青混凝土相同，设计干密度2.10～2.15g/cm3。上游护坡垫层、下游反滤料。均为2层，级配分别为0.4~40mm和2~80mm，d50为6.5mm和19mm，要求压实后的相对密度不小于0.70g/cm3。心墙沥青混凝土质量是沥青心墙坝的关键。设计要求：孔隙率为2%～4%，渗透系数不大于1×10-8cm/s，水稳定系数不小于0.85。沥青含量一般为矿料总重的6.0%～7.5%。骨料最大粒径不超过25mm。沥青混凝土参考配合比为：沥青含量7%，细骨料含量37%，矿粉含量14%。为确保沥青混凝土质量满足设计要求，委托西安理工大学进行了沥青混凝土心墙材料试验研究和现场摊铺试验，实验室试验研究包括：粗、细骨料及石粉的适用性，施工配合比的优选及施工配合比的防渗、力学性能综合性能等。沥青混凝土粗细骨料均为破碎人工石灰岩骨料，沥青为70#克拉玛依水工沥青。试验初步确定油石比6.5%、填料用量12%、级配指数为0.40和油石比6.8%、填料用量14%、级配指数为0.40的两种推荐配合比。根据实验室配合比试验成果，进行现场摊铺试验，最终确定用于生产的配合比，以及适用于生产的施工工艺参数。沥青混凝土制备拌和采用LB-1000型强沥青混凝土搅拌系统，沥青混凝土摊铺采用Lg380型摊铺机和ZL50上料机，振动碾采用RWL51型和YZ2型等，碾压厚度为28cm。试验确定：油石比6.5%、矿粉用量12.2%、细骨料含量38.5%。

1.3大坝稳定及应力应变分析

1.3.1主坝边坡稳定分析坝坡稳定计算采用了计及土条间作用力的简化毕肖普法。计算时石渣料的强度参数参照土工试验结果确定，砂岩料（平均级配）c=0.056MPa，φ0=37°，大坝边坡各种工况抗滑稳定安全系数1.33～1.43，均满足规范要求。

1.3.2应力应变分析对沥青混凝土心墙石渣坝进行了二维和三维有限元应力应变分析。沥青混凝土心墙和坝体填筑体均采用邓肯-张（Ducan-Chang）E-B非线性模型模拟，混凝土采用线弹性模型模拟，沥青混凝土心墙与过渡层的接触面采用薄层接触面单元模拟。根据有限元计算结果，坝体在竣工期和蓄水期的最大沉降分别为30cm和28cm，在坝高的1%以内。竣工期坝体向下游的水平位移最大为14cm；蓄水后，由于水压力的作用，坝体向下游的水平位移增加到21cm。整个坝体的应力分布较好。竣工期沥青混凝土心墙的水平位移很小，沉降最大值约29cm，发生在最大断面坝段的心墙中部。蓄水后，由于水压力的作用，沥青混凝土心墙发生向下游的水平变形，位移最大约为20cm，发生在最大断面坝段的心墙上部。竣工期和蓄水期，沥青混凝土水平的应力水平都较小。

1.4基础处理

主坝坝基主要分布J2s2-3泥岩和粉砂岩、J2s2-2砂岩、J2s2-1砂岩泥岩和粉砂岩，岩体风化强烈，且不均一。根据地质建议，除心墙及反滤层部位基础开挖至弱风化中下部岩体外，其余部位适当放宽，开挖到弱风化上部。心墙下布置灌浆帷幕，采用单排幕，孔距2m。坝基相对不透水层按透水率小于5Lu控制，防渗帷幕伸入相对不透水层5m。坝基防渗帷幕在左岸与溢洪道控制段防渗帷幕连成一体，右岸与单薄分水岭防渗幕体相接，形成心墙、坝基与两岸一体的防渗体系。为加强坝基基岩的整体性及心墙基座与基础的紧密连接，在心墙下设2排固结灌浆孔，孔距3.0m，孔深6.0m。

2软岩筑坝

本工程主坝为沥青混凝土心墙堆石坝，本区域广泛分布侏罗系及三叠系红色碎屑岩、灰岩、白云岩，红色碎屑岩以泥岩、粉砂岩、砂岩互层为主。初设阶段初步确定坝体填筑料主要为砂岩料和泥岩料，砂岩料以斜石坝为主选料场，泥岩料以鸡线井为主选料场，此外，还选用部分溢洪道施工开挖渣料。室内试验表明，砂岩、粉砂岩饱和单轴抗压强度平均值分别为15.7MPa和11.26MPa，泥岩饱和单轴抗压强度更低。为充分利用当地料源和施工技术参数控制提供科学依据，对坝体填筑料进行了现场碾压试验研究。

2.1试验主要内容

（1）对砂岩料和泥岩料两种筑坝材料进行不同的铺土厚度、不同碾压遍数和加水与不加水等多种不同工况现场碾压试验，确定坝体填筑标准和压实采用的各项参数（碾压设备型号、振动频率及重量、行进速度、铺筑厚度、碾压遍数等）。（2）研究和完善坝料填筑的施工工艺和措施。（3）确定坝体填筑施工质量控制及质量检验的方法和要求。（4）碾压试验过程中沉降观测工作与碾压试验同时进行，主要进行了土层表面的沉降、碾压后的干密度测定和颗粒级配分析三方面的检测工作。对两种试验料还做了现场渗透试验。

2.2试验结果

试验振动碾压设备采用25t自行式振动平碾，按照进退错距法，在同一碾压条带进退一来回计为碾压2遍，搭结宽度约20cm，振动激振力390kN，行车速度2.5km/h。分不加水和加水2种试验工况，加水量3%～5%。铺土厚度80cm，碾压遍数8遍。（1）平均干密度值随碾压遍数的增加呈规律性的增加，随铺土厚度的增加呈规律性减小。两种试验料加水碾压后干密度值都有一定程度的提高，泥岩料对加水的影响更为敏感。（2）通过摊铺以及碾压后，2种试验料都有一定程度的颗粒破碎现象。级配不良特别是大粒径相对集中及有超径的情况下发现存在架空现象，且铺料越厚越为明显。（3）随着碾压激振力的提高，2种试验料干密度均有较为明显的提高。（4）同一试验组合中，随着碾压遍数的增加，累计平均沉降量的增幅由大变小，同一工况下，加水后的碾压沉降量大于不加水的碾压沉降量。

2.3建议施工控制标准

无论是料场开采料还是溢洪道开挖料，都存在不均匀性，针对本工程的特点，施工质量控制应对填筑料粒径和级配进行控制，建议采取施工工艺参数和压实干密度双控的方法，把填筑料源及施工过程控制作为主要控制环节，确保坝体压实质量。碾压试验干密度2.14g/cm3，施工控制干密度标准取碾压试验干密度值的0.95倍，即2.03g/cm3。

3分层取水

左、右岸灌溉引水隧洞设计引水流量分别为5.71m3/s和3.69m3/s，长分别400m和120m，采用岸塔式进水口。根据灌溉引水对水温的要求，隧洞进水口需采取表层取水方式。玉滩水库坝前水深有20余m，根据国内工程的实践经验，分层取表层水主要有2种方式：多孔式和复式结构式。5.1多孔式方案左右岸进水口均为竖井式进水口，双孔分上、下2层取水。设有2道事故检修门，由固定式启闭机启闭，事故检修门前设有拦污栅。该方案金属结构制作工艺简单，安装方便，止水效果好，易于维护；造价较低。缺点是取表层水的效果稍差，只能分两级取水。5.2复式结构方案左右岸进水口均为岸塔式进水口，进水口上游侧设有4个不同高程的连通孔，孔口尺寸为3.0m×2.0m（宽×高），在中、低、底孔井壁内侧设有平板挡水闸门，上游止水，三闸门共用1道门槽，通过伸缩式拉杆联成一串。在竖井的上游外壁面设半圆筒闸门，半圆筒闸门随着水库水位的变化做上下移动，使顶部进水面始终保持在水下一定深度，以保证取表层水。在竖井内引水隧洞进口设1道事故检修闸门，闸门为常开状态。复式结构方案，金属结构制作及安装工艺相对要求较高，施工复杂；但半圆筒闸门顶部进水面始终位于水下2m，可以保证取水效果，表层取水效果明显，鉴于本工程主要功能为灌溉，故推荐复式结构方案。

4结语

经多方案比较，主坝选用防渗效果好、工程投资省的沥青混凝土心墙石渣坝，沥青混凝土心墙材料试验研究和现场摊铺试验，为充分利用当地材料，进行了现场碾压试验，根据灌溉用水对水温的要求，隧洞引水口采用分层取水方式。

作者：陆宗磐曾道春单位：中水北方勘测设计研究有限责任公司重庆市金佛山水利水电开发有限公司