论文部分内容阅读
摘要：黄石滩水库面板坝坝体坐落在冲积卵石层上，采用帷幕灌浆、趾板与面板形成整体防渗体系，是陕西省在建此类型第一座混凝土面板堆石坝。黄石滩水库面板堆石坝的设计，为国内面板坝的进一步发展提供了可供借鉴的成功经验。
关键词： 大坝设计
1工程概况
黄石滩水库是陕西省政府确定的“十五”重点水源工程建设项目，也是建国以来安康市规模最大、投资最大的农业灌溉水利工程，水库位于安康市谭坝乡境内汉江二级支流付家河中游，上距八一水库5km，下距瓜园村0.7km，距安康市约31km。坝址以上河道长43.5公里，控制流域面积348 km2，多年平均径流量为1.1亿m3，总库容4177万立方米，设计灌溉面积7.39万亩，受益人口20多万人，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖、安全饮水等综合利用的中型水利工程。
水库枢纽主要由拦河坝、溢洪道、输水洞、导流排砂泄洪洞、两岸坡防渗帷幕等建筑物组成。
黄石滩水库由中水十五局实施建设，陕西省水利水电勘测设计研究院设计，工程于2000年11月开工奠基建设，2003年4月21日大坝全断面填筑达到420.43m封顶高程，2006年8月15日正式下闸蓄水。
2大坝设计
2.1工程地质条件
工程位于秦岭东南部中低山区，总体地势西北高，东南低，海拔高程270—1760m，区内沟谷纵横，地形比较破碎。付家河总体由北向南蜿蜒而行，至青峰乡处汇入月河。
库区基岩为寒武系中上统（2—3）变质岩为主，岩性为绢云母石英片岩，局部夹有绿泥石片岩，库坝区位漫坡岭复式背斜北翼，岩层呈单斜构造，断层较少，地震活动较弱，属构造稳定地区，地震基本烈度为Ⅵ度。
库区地形封闭，山体雄厚，库岸基岩高程出露500—800m，高于正常蓄水位419m，库盘基岩为绢云母石英片岩，属微透水岩层，无较大规模的断层分布，两岸地下水分水岭高程440m以上，不存在水库渗漏问题。
2.2砼面板堆石坝布置
大坝最大坝高75.6m，坝顶高程423.6m，坝顶长210m，壩顶宽8m，防浪墙顶高程424.8同，上游坝面坡比1:1.4，下游坝面坡比1:1.4—1:1.25，下游坝坡采用干砌石护坡，厚度50cm。坝体横剖面的最大底宽为229.85m。
坝址河道较平直，河谷狭窄，河从为基本对称的“V”型谷。河床砂砾石覆盖层厚约5m—8.5m，除趾板和下游排水棱体底部覆盖层挖除外，其它部分坝体置于覆盖层上。两岸基岩裸露，高程满足建坝要求，但右岸山梁单薄，风化较为强烈；断层较为发育，岩体完整性差，岩石抗压强度低，420m以上由于道路改造，岩体天然坡角临空，形成宽约50m的不稳定结构体，强风化厚约25m，Vp=1670—3000m/s，完整系数Kv为1.1—0.36，目前侧向切割面尚未贯通，处于基本稳定状态，坝轴起点（左坝端）坐标：X=3634775.500，Y=36590490.300；终点（右坝端）坐标：X=3634847.000，Y=36590290.000，坝轴线方位SE107.50 。
2.3 坝体填筑建筑材料
2.3.1坝体主、次堆石料
主堆石区要求石料级配良好，耐久性强，特别是在坝体靠上游1/3范围内，要求岩石软化系数大，单轴饱和抗压强度70—80MPA，采用二里料场的辉长岩—闪长岩直接上坝，最大粒直径≤800mm，孔隙率20%—30%，渗透系数10-2 —10-1 cm/s，设计干容重2.05g/cm3。次堆石料，级配无严格要求，最大粒径800mm，小于0.1mm粒径含量不大于5%，设计干容重>2.0g/cm3。后经比较，采用主堆石料填筑。
2.3.2 垫层料、过渡料
垫层料及垫层小区料均采用二里料场的新鲜辉长岩—闪长岩加工，要参配汉江砂。过度区采用新鲜、坚硬，软化系数大，耐久性强，颗粒级配良好，具有低压缩性二里料场辉长岩—闪长岩控制爆破而成。
2.4 坝体分区
坝体分区从上游到下游依次为混凝土防渗面板、垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区，在面板周边缝下游侧设置特殊垫层区即垫层小区，在下游坝趾处设置大块堆石排水棱体。垫层区的水平宽度取为3m。过渡层为细堆石，它是垫层料与主堆石区的过渡料域，其水平宽度为3m。主堆区上游为1：1.4，在其后设下游堆石区。
坝坡的选择是根据已建工程采用类比法确定的，上下游坝坡均为1:1.4，下游坝坡每20m高设一马道，马道宽2m。
2.5坝坡
大坝上游坝坡选用1：1.4，相应坡角35.54o，下游坝坡选用1：1.4—1：1.25，并在389.00m高程设2m宽马道，同时上坝道路从下游坝坡通过。大坝上游面为钢筋砼面板，下游面为大块石护坡。
2.6砼面板堆石坝设计
黄石滩水库面板堆石坝坝高75.6m，砼防渗面板的强度等级采用C30，抗渗标号为W8。砼防渗面板厚度为0.3m，内部设单层钢筋，考虑到坝体变形和施工的需要，把面板分了15块，设置垂直缝14条，每块面板宽度为12m。
砼面板顶部接坝顶设置的钢筋砼防浪墙，底部接钢筋砼趾板，面板与趾板相接处设置周边缝，垫层料下端设置垫层小区，目的是为了保护周边缝。
2.7砼趾板
趾板采用C30混凝土，厚度0.6m，其宽度按岩石地基容许水力梯度确定，趾板置于弱风经岩石上部，地基容许水力梯度取10，河床段趾板宽度8m，岸坡趾板宽6m，高程390.00m，趾板宽4m，趾板每隔12m设一条伸缩缝，并有￠25锚盘插入岩石与基岩相连接，锚盘间距1.2m，排距1.5m。为承受砼干缩和温度应力，趾板表面高一层双向钢筋，其纵、横向钢筋均按0.4%配筋设置。在坝体上游面河床趾板以上，铺设壤土铺盖保护。
2.8基础处理
2.8.1大坝基础开挖及处理
河床坝基砂砾石开挖，仅开挖河床趾板及其下游60m范围，以及下游堆石棱体基础部分。其它河床覆盖层在清除表层松散砂砾石后，进行碾压处理。
趾板基础为绢云母石英片岩，稳定性好，但抗压强度低，风化系数小。河床趾板于F9、F19断层交汇，岩体破碎，风化强烈，强风化层厚度达14m之深。设计采用保留强风化岩体，剥离冲积覆盖层及全风化层，基坑深度8m，在清基面上浇筑2—3m厚砼板。基础采用深锚杆和深固结孔灌浆，孔、排距采用1.5m，灌浆孔深10m，并布设8m长砂浆锚杆。根据地表与钻孔实测强风化岩波速不足2000m/s，通过固结灌浆，加强岩体的整体性，使其波速提高到3000—3500m/s以上，弹模由5.7GPa以上，将趾板基础改造成弱风化基础性质。趾板基础设计成两排帷幕灌浆，使趾板基础达到微透水性质。两岸趾板基础进行地毯式固结灌浆处理。趾板下设防渗帷幕，河床段采用双排帷幕灌浆，主帷幕孔深38m，付帷幕孔深28m，坝肩岸坡段采用单排帷幕，孔深左岸20m—25m、右岸30m—35m，与河床帷幕连接段深度25(35)m—38m。
固结灌浆:为加强趾板基础岩体完整性，在趾板下对岩基进行固结灌浆。固结灌浆孔距均为2.0m，孔深7—15m，排距1.5m。灌浆压力0.2—0.5MPa。
帷幕灌浆:包括趾板基础及右岸岸坡防渗帷幕灌浆。灌浆方式采用孔内循环式，射浆管距孔底不大于0.5m，。帷幕灌浆孔压力值为，第一段段长2.0m，压力0.2MPa；第三段段长为3.0m，压力0.3MPa—0.4MPa；第三段到第六段段长都为5m，压力值为0.7MPa—1.4MPa
2.9安全监测系统
2.9.1大坝外部变形监测
大坝水平位移采用视准线施测，垂直位移采用水准法测量。水准观测标石与视准线观测标石共用。水准基点须与邻近的国家水准基点接测。
在大坝上共设4条视准线，分别布置在坝上4.85m、坝下5.0m、坝下37.7m、坝下66.165m，由多个位移测点组成，位移测点间距为30—40m；同时，在每条视准线延长线的左右岸附近基岩上布置工作基点和和校核基点各1组。
2.9.2大坝内部沉降监测
在河谷中心线典型断面上，分别在1/3坝高和2/3坝高上各布置1套沉降仪，其中在380.00m高程上布置4个测点，400.00m高程上布置2个测点。在下游坝坡修建观测室，用于对沉降仪的观测，进行监测坝体内部水平位移和垂直位移。
2.9.3大坝渗流监测
2.9.3.1渗透压力监测
沿坝体最大横断面与基岩接触面布置孔隙渗压计4支，用于监测坝基渗透压力；另在坝上游不同高程6处布设渗压计6支，用于监测坝基渗透压力。
2.9.3.2渗流量监测
坝体渗流量是综合反映堆石坝工作状态的重要指标，渗流经引渠流至下游坡脚集水池中，用量水堰测量坝体渗流量。在坝脚下游60m处的河道横断面处设量水堰1个，观测面板与坝基的总渗漏量，监测防渗效果。
3 结语
黄石滩水库枢纽工程现已初步建成，2006年3月对水库蓄水进行了安全鉴定，鉴定结论为“水库设计合理，施工符合规范及设计要求，已完工程质量良好，在溢洪道完建以前利用排砂泄洪洞泄洪实施初期蓄水是可行的，在完成初期蓄水应达到的工程形象面貌后工程蓄水安全”。2006年6月通过了省水利厅主持的水库蓄水阶段验收，8月15日正式下闸蓄水。目前库水位已达到412.00m高程(正常蓄水位为419.00m)。通过对大坝观测系统所观测到的资料分析，各项指标符合设计要求。黄石滩水库砼面板坝是全省第一座砼面板坝，它的建成蓄水为国内面板坝的进一步发展提供了可供借鉴的成功经验，为保证水库安全运行奠定了良好的基础。
关键词： 大坝设计
1工程概况
黄石滩水库是陕西省政府确定的“十五”重点水源工程建设项目，也是建国以来安康市规模最大、投资最大的农业灌溉水利工程，水库位于安康市谭坝乡境内汉江二级支流付家河中游，上距八一水库5km，下距瓜园村0.7km，距安康市约31km。坝址以上河道长43.5公里，控制流域面积348 km2，多年平均径流量为1.1亿m3，总库容4177万立方米，设计灌溉面积7.39万亩，受益人口20多万人，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖、安全饮水等综合利用的中型水利工程。
水库枢纽主要由拦河坝、溢洪道、输水洞、导流排砂泄洪洞、两岸坡防渗帷幕等建筑物组成。
黄石滩水库由中水十五局实施建设，陕西省水利水电勘测设计研究院设计，工程于2000年11月开工奠基建设，2003年4月21日大坝全断面填筑达到420.43m封顶高程，2006年8月15日正式下闸蓄水。
2大坝设计
2.1工程地质条件
工程位于秦岭东南部中低山区，总体地势西北高，东南低，海拔高程270—1760m，区内沟谷纵横，地形比较破碎。付家河总体由北向南蜿蜒而行，至青峰乡处汇入月河。
库区基岩为寒武系中上统（2—3）变质岩为主，岩性为绢云母石英片岩，局部夹有绿泥石片岩，库坝区位漫坡岭复式背斜北翼，岩层呈单斜构造，断层较少，地震活动较弱，属构造稳定地区，地震基本烈度为Ⅵ度。
库区地形封闭，山体雄厚，库岸基岩高程出露500—800m，高于正常蓄水位419m，库盘基岩为绢云母石英片岩，属微透水岩层，无较大规模的断层分布，两岸地下水分水岭高程440m以上，不存在水库渗漏问题。
2.2砼面板堆石坝布置
大坝最大坝高75.6m，坝顶高程423.6m，坝顶长210m，壩顶宽8m，防浪墙顶高程424.8同，上游坝面坡比1:1.4，下游坝面坡比1:1.4—1:1.25，下游坝坡采用干砌石护坡，厚度50cm。坝体横剖面的最大底宽为229.85m。
坝址河道较平直，河谷狭窄，河从为基本对称的“V”型谷。河床砂砾石覆盖层厚约5m—8.5m，除趾板和下游排水棱体底部覆盖层挖除外，其它部分坝体置于覆盖层上。两岸基岩裸露，高程满足建坝要求，但右岸山梁单薄，风化较为强烈；断层较为发育，岩体完整性差，岩石抗压强度低，420m以上由于道路改造，岩体天然坡角临空，形成宽约50m的不稳定结构体，强风化厚约25m，Vp=1670—3000m/s，完整系数Kv为1.1—0.36，目前侧向切割面尚未贯通，处于基本稳定状态，坝轴起点（左坝端）坐标：X=3634775.500，Y=36590490.300；终点（右坝端）坐标：X=3634847.000，Y=36590290.000，坝轴线方位SE107.50 。
2.3 坝体填筑建筑材料
2.3.1坝体主、次堆石料
主堆石区要求石料级配良好，耐久性强，特别是在坝体靠上游1/3范围内，要求岩石软化系数大，单轴饱和抗压强度70—80MPA，采用二里料场的辉长岩—闪长岩直接上坝，最大粒直径≤800mm，孔隙率20%—30%，渗透系数10-2 —10-1 cm/s，设计干容重2.05g/cm3。次堆石料，级配无严格要求，最大粒径800mm，小于0.1mm粒径含量不大于5%，设计干容重>2.0g/cm3。后经比较，采用主堆石料填筑。
2.3.2 垫层料、过渡料
垫层料及垫层小区料均采用二里料场的新鲜辉长岩—闪长岩加工，要参配汉江砂。过度区采用新鲜、坚硬，软化系数大，耐久性强，颗粒级配良好，具有低压缩性二里料场辉长岩—闪长岩控制爆破而成。
2.4 坝体分区
坝体分区从上游到下游依次为混凝土防渗面板、垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区，在面板周边缝下游侧设置特殊垫层区即垫层小区，在下游坝趾处设置大块堆石排水棱体。垫层区的水平宽度取为3m。过渡层为细堆石，它是垫层料与主堆石区的过渡料域，其水平宽度为3m。主堆区上游为1：1.4，在其后设下游堆石区。
坝坡的选择是根据已建工程采用类比法确定的，上下游坝坡均为1:1.4，下游坝坡每20m高设一马道，马道宽2m。
2.5坝坡
大坝上游坝坡选用1：1.4，相应坡角35.54o，下游坝坡选用1：1.4—1：1.25，并在389.00m高程设2m宽马道，同时上坝道路从下游坝坡通过。大坝上游面为钢筋砼面板，下游面为大块石护坡。
2.6砼面板堆石坝设计
黄石滩水库面板堆石坝坝高75.6m，砼防渗面板的强度等级采用C30，抗渗标号为W8。砼防渗面板厚度为0.3m，内部设单层钢筋，考虑到坝体变形和施工的需要，把面板分了15块，设置垂直缝14条，每块面板宽度为12m。
砼面板顶部接坝顶设置的钢筋砼防浪墙，底部接钢筋砼趾板，面板与趾板相接处设置周边缝，垫层料下端设置垫层小区，目的是为了保护周边缝。
2.7砼趾板
趾板采用C30混凝土，厚度0.6m，其宽度按岩石地基容许水力梯度确定，趾板置于弱风经岩石上部，地基容许水力梯度取10，河床段趾板宽度8m，岸坡趾板宽6m，高程390.00m，趾板宽4m，趾板每隔12m设一条伸缩缝，并有￠25锚盘插入岩石与基岩相连接，锚盘间距1.2m，排距1.5m。为承受砼干缩和温度应力，趾板表面高一层双向钢筋，其纵、横向钢筋均按0.4%配筋设置。在坝体上游面河床趾板以上，铺设壤土铺盖保护。
2.8基础处理
2.8.1大坝基础开挖及处理
河床坝基砂砾石开挖，仅开挖河床趾板及其下游60m范围，以及下游堆石棱体基础部分。其它河床覆盖层在清除表层松散砂砾石后，进行碾压处理。
趾板基础为绢云母石英片岩，稳定性好，但抗压强度低，风化系数小。河床趾板于F9、F19断层交汇，岩体破碎，风化强烈，强风化层厚度达14m之深。设计采用保留强风化岩体，剥离冲积覆盖层及全风化层，基坑深度8m，在清基面上浇筑2—3m厚砼板。基础采用深锚杆和深固结孔灌浆，孔、排距采用1.5m，灌浆孔深10m，并布设8m长砂浆锚杆。根据地表与钻孔实测强风化岩波速不足2000m/s，通过固结灌浆，加强岩体的整体性，使其波速提高到3000—3500m/s以上，弹模由5.7GPa以上，将趾板基础改造成弱风化基础性质。趾板基础设计成两排帷幕灌浆，使趾板基础达到微透水性质。两岸趾板基础进行地毯式固结灌浆处理。趾板下设防渗帷幕，河床段采用双排帷幕灌浆，主帷幕孔深38m，付帷幕孔深28m，坝肩岸坡段采用单排帷幕，孔深左岸20m—25m、右岸30m—35m，与河床帷幕连接段深度25(35)m—38m。
固结灌浆:为加强趾板基础岩体完整性，在趾板下对岩基进行固结灌浆。固结灌浆孔距均为2.0m，孔深7—15m，排距1.5m。灌浆压力0.2—0.5MPa。
帷幕灌浆:包括趾板基础及右岸岸坡防渗帷幕灌浆。灌浆方式采用孔内循环式，射浆管距孔底不大于0.5m，。帷幕灌浆孔压力值为，第一段段长2.0m，压力0.2MPa；第三段段长为3.0m，压力0.3MPa—0.4MPa；第三段到第六段段长都为5m，压力值为0.7MPa—1.4MPa
2.9安全监测系统
2.9.1大坝外部变形监测
大坝水平位移采用视准线施测，垂直位移采用水准法测量。水准观测标石与视准线观测标石共用。水准基点须与邻近的国家水准基点接测。
在大坝上共设4条视准线，分别布置在坝上4.85m、坝下5.0m、坝下37.7m、坝下66.165m，由多个位移测点组成，位移测点间距为30—40m；同时，在每条视准线延长线的左右岸附近基岩上布置工作基点和和校核基点各1组。
2.9.2大坝内部沉降监测
在河谷中心线典型断面上，分别在1/3坝高和2/3坝高上各布置1套沉降仪，其中在380.00m高程上布置4个测点，400.00m高程上布置2个测点。在下游坝坡修建观测室，用于对沉降仪的观测，进行监测坝体内部水平位移和垂直位移。
2.9.3大坝渗流监测
2.9.3.1渗透压力监测
沿坝体最大横断面与基岩接触面布置孔隙渗压计4支，用于监测坝基渗透压力；另在坝上游不同高程6处布设渗压计6支，用于监测坝基渗透压力。
2.9.3.2渗流量监测
坝体渗流量是综合反映堆石坝工作状态的重要指标，渗流经引渠流至下游坡脚集水池中，用量水堰测量坝体渗流量。在坝脚下游60m处的河道横断面处设量水堰1个，观测面板与坝基的总渗漏量，监测防渗效果。
3 结语
黄石滩水库枢纽工程现已初步建成，2006年3月对水库蓄水进行了安全鉴定，鉴定结论为“水库设计合理，施工符合规范及设计要求，已完工程质量良好，在溢洪道完建以前利用排砂泄洪洞泄洪实施初期蓄水是可行的，在完成初期蓄水应达到的工程形象面貌后工程蓄水安全”。2006年6月通过了省水利厅主持的水库蓄水阶段验收，8月15日正式下闸蓄水。目前库水位已达到412.00m高程(正常蓄水位为419.00m)。通过对大坝观测系统所观测到的资料分析，各项指标符合设计要求。黄石滩水库砼面板坝是全省第一座砼面板坝，它的建成蓄水为国内面板坝的进一步发展提供了可供借鉴的成功经验，为保证水库安全运行奠定了良好的基础。