松峪水庫工程大壩設(shè)計(jì)分析

王玉杰

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

松峪水庫位于臨縣縣城北8 km的松峪溝中上游，距溝口4 km，距松峪村500 m。松峪溝是湫水河的一條支溝，流域面積30.7 km2，河道長14.4 km，平均縱坡17.23‰，湫水河上建有陽坡水庫。陽坡水庫是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利樞紐工程，多年平均入庫徑流量為1 790萬m3，50%年份入庫徑流量為1 575萬m3，90%年份入庫徑流量為879萬m3，多年平均棄水量1 016萬m3。通過建設(shè)松峪水庫，對(duì)陽坡水庫棄水進(jìn)行有效利用。

松峪水庫設(shè)置引水管線自陽坡水庫引水，在調(diào)蓄后向臨縣北側(cè)的城莊鎮(zhèn)、臨泉鎮(zhèn)、安業(yè)鄉(xiāng)和木瓜坪鄉(xiāng)等25個(gè)自然村提供農(nóng)村生活用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水。

2 壩址壩型選擇

松峪溝內(nèi)沿溝道自東向西分布有常勝條村、松峪村和靳家溝村，其中常勝條村距溝口1.8 km，距上游松峪村1.2 km，松峪村距上游靳家溝村2.0 km。為減少移民，松峪水庫壩址選在松峪溝內(nèi)4.0 km，松峪村上游500 m處。

松峪溝為多泥沙河流，工程設(shè)計(jì)考慮布置排沙底孔或泄洪排沙洞。壩址處溝谷斷面整體呈“U”型，左岸整體坡度約 35°～45°，下部較陡，右岸坡度 25°～35°，溝底寬度100～150 m，主河道切割呈箱型深槽，河流蜿蜒曲折，兩岸山頂高程為1 200～1 250 m，相對(duì)高差120～170 m左右，屬低中山區(qū)。壩址1 km范圍內(nèi)有土料場，土料以淡黃色低液限粉土和淺紅色低液限黏土為主，除天然含水率低于最優(yōu)含水率外，其余各項(xiàng)指標(biāo)均滿足均質(zhì)土壩用料的設(shè)計(jì)要求，且儲(chǔ)量豐富。

綜合考慮上述地形、地質(zhì)、筑壩材料及工程運(yùn)行管理等因素，確定松峪水庫大壩為碾壓均質(zhì)土壩。

3 大壩設(shè)計(jì)

水庫大壩長207 m，最大壩高37.66 m。正常蓄水位1 114.50 m，設(shè)計(jì)洪水位1 115.48 m，校核洪水位1 117.03 m。

3.1 壩頂高程

依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，其數(shù)值按設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高和校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高兩種工況計(jì)算，取最大值。

據(jù)計(jì)算結(jié)果知，壩頂高程1 118.0 m，考慮1.2 m高的漿砌石防浪墻，相應(yīng)防浪墻頂高程1 119.20 m。

3.2 壩頂構(gòu)造

松峪水庫大壩壩頂長207 m，寬7 m。壩頂公路為30 cm厚的泥結(jié)石路面，路面橫向坡度2%，坡向下游，以便于壩頂排水。壩頂上游側(cè)設(shè)寬0.5 m、高1.2 m的漿砌石防浪墻，墻頂高程1 119.2 m，防浪墻伸入壩體1.25 m，壩頂下游側(cè)設(shè)漿砌石排水溝，與下游壩坡縱向排水溝相通。

3.3 壩坡及防滲排水設(shè)計(jì)

大壩上游壩坡 1∶3，下游壩坡 1∶2.5，每隔 10 m 設(shè)一馬道，馬道寬2.0 m。下游壩腳處設(shè)堆石排水棱體，排水棱體高 5.5～7.5 m，頂寬 2.0 m，上游邊坡 1∶1，下游邊坡1∶2。排水棱體與壩體填土及壩基覆蓋層間均設(shè)反濾層和過渡層，以防壩體土逸出，發(fā)生滲透破壞。

3.4 壩體分區(qū)設(shè)計(jì)

3.4.1 壩體填土設(shè)計(jì)

水庫大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，設(shè)計(jì)用土料50.71萬m3。根據(jù)地質(zhì)勘察成果，上壩土料選定壩址左岸和右岸土料場低液限黏土。根據(jù)土料土工實(shí)驗(yàn)成果，確定壩體填土設(shè)計(jì)干密度為1.61 g/cm3，最優(yōu)含水率15.53%，水平滲透系數(shù)與豎向滲透系數(shù)取較大值，為4.99×10-6cm/s。各項(xiàng)指標(biāo)均符合《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

3.4.2 護(hù)坡設(shè)計(jì)

上游壩面在馬道（高程1 108.00 m）以上采用混凝土塊護(hù)坡，馬道以下采用干砌石護(hù)坡。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行護(hù)坡計(jì)算，并考慮抗凍要求，參考國內(nèi)類似工程，確定混凝土塊護(hù)坡厚18 cm。護(hù)坡與壩體土間自上而下設(shè)一層40 cm厚過渡層及兩層反濾，反濾每層厚30 cm；大壩下游壩坡采用30 cm厚干砌石護(hù)坡，護(hù)坡下設(shè)20 cm厚碎石墊層，防止雨水漫流沖刷下游坡面。

3.4.3 反濾層及過渡層設(shè)計(jì)

水庫大壩壩體共有2處設(shè)有反濾層，一是上游面護(hù)坡與壩體填土之間，二是下游排水棱體與壩體填土及壩基之間。各處反濾層均設(shè)2層，除排水棱體處每層厚50 cm外，其余兩處均為30 cm厚。通過計(jì)算得出第一層反濾粒徑為0.02～1.5 mm；第二層反濾粒徑為0.7～15 mm。

水庫大壩壩體共有2處設(shè)有過渡層，一是上游壩坡反濾層與護(hù)坡之間，二是下游壩趾排水棱體與反濾層之間，兩處過渡層均為40 cm厚，粒徑5～100 mm。

3.5 壩面及岸坡排水

水庫大壩設(shè)有壩面排水，在壩頂公路下游側(cè)、下游壩坡馬道及排水棱體頂面、坡腳均設(shè)有漿砌石截水溝，同時(shí)在左壩端與左岸黃土臺(tái)地連接處下游側(cè)及上游側(cè)正常蓄水位以上設(shè)有漿砌石截水溝，用來防止黃土岸坡坡積水沖刷。壩坡上每隔100 m設(shè)一道縱向排水溝，連通上下兩側(cè)截水溝，在大壩下游匯流后排入下游河道。

3.6 壩基及壩肩防滲設(shè)計(jì)

根據(jù)壩基地質(zhì)條件，主要滲透通道是河槽段砂礫石覆蓋層和下伏全強(qiáng)風(fēng)化基巖層，設(shè)計(jì)中采用塑性混凝土防滲墻與帷幕灌漿結(jié)合防滲方案，防滲軸線位于壩軸線上游18 m，兩壩肩范圍內(nèi)拐回壩軸線處。

主河槽壩基砂礫石覆蓋層及兩壩肩砂礫石覆蓋層及其上的黃土地層范圍內(nèi)采用塑性混凝土防滲墻處理，為槽孔式塑性混凝土防滲墻，墻厚0.8 m，全長287.0 m。為保證墻體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及接觸滲透穩(wěn)定，在壩體段頂部伸入壩體5 m，主河槽壩基及兩壩肩的砂礫石覆蓋層及黃土層采用塑性混凝土防滲墻處理，防滲墻底部伸入基巖1 m，頂部伸入壩體5 m，兩壩肩最高至正常蓄水位1 114.5 m。最大墻高30 m。

大壩塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)彈性模量及配合比采用工程類比法確定，施工前應(yīng)對(duì)塑性混凝土防滲墻材料配比進(jìn)行試驗(yàn)，從而確定滿足工程需要的材料配比。根據(jù)《中國堤壩防滲加固新技術(shù)》，綜合工程情況，該工程塑性混凝土防滲墻彈性模量初定為400 MPa，水泥 80 kg/m3，黏土 140 kg/m3，膨潤土 50 kg/m3，水370 kg/m3，砂 696 kg/m3。

由于防滲墻伸入壩體，在壩體內(nèi)將出現(xiàn)不均勻沉陷可導(dǎo)致壩體出現(xiàn)裂縫。因此在防滲墻頂設(shè)有壓縮性較大的高塑性土，并在防滲墻墻頭包一層黏性土，以防止壩體土與防滲墻的接觸面發(fā)生接觸沖刷。

主河槽大壩壩基范圍內(nèi)的砂礫石覆蓋層及兩壩肩以下的基巖全強(qiáng)風(fēng)化層7～11 m，該范圍內(nèi)采用單排帷幕灌漿對(duì)風(fēng)化基巖范圍進(jìn)行防滲，防滲下限為5 Lu線，灌漿帷幕頂部與防滲墻搭接1 m，最大灌漿深度15.3 m，全長287 m，防滲軸線同防滲墻一致。

4 結(jié)語

綜合分析地形、地質(zhì)、占地、移民、工程材料及工程運(yùn)行管理等各方面的情況，松峪水庫工程大壩的選址、壩型的確定及壩體的設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求，該設(shè)計(jì)方案可為類似工程大壩設(shè)計(jì)提供借鑒。