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关键词：工程地质;混凝土面板堆石坝;安全超高;高洞水库
1工程概况
高洞水库位于息烽县西南部的九庄镇境内，坝址位于长江流域乌江水系鸭池河河段右岸支流，九庄河上游支流响水河小溪上，坝址处控制流域面积为15.0k㎡。工程主要任务为基本烟田灌溉和农村人畜安全饮水。水库大坝为混凝土面板堆石坝，水库正常蓄水位为1133.0m，相应库容137.0万m3;死水位为1108.0m，相应死库容12.3万m3，调节库容124.7万m3，库容系数20.58%，为Ⅳ等小（1）型年调节水库。
坝址河段河流流向NW347°，河谷形态为较对称的“V”型横向谷，两岸山顶高程分别为1260m、1280m，比高大于150m。两岸坡较陡，地形坡角40°-65°，两岸未见阶地发育。河床高程10809-1082m，宽15-20m，设计正常高水位1133m高程谷口宽140-160m，宽高比约2.3-2.6。左、右岸坡为直线型斜坡，下缓上陡，两岸均未发现大面积不良物理地质现象，天然斜坡稳定。
2工程地质及坝型比选
库区两岸山坡较为对称，总体上呈横向谷。库区主要出露三迭系沙堡湾段（T1）泥页岩、泥质砂岩;玉龙山段（T1）灰、浅灰色厚层块状灰岩;夜郎组九级滩段（T1）紫红色、灰绿色泥页岩;茅草铺组第一+二段（T1）青灰色薄至中层灰岩。根据推荐坝址的工程地质及地形条件，结合当地的建筑材料，选择碾压混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝两种坝型进行方案比较，比选结果为：①坝线地形条件、坝基工程地质条件对修建拱坝及面板堆积坝各有利弊;②坝线左坝肩下游发育的多层溶洞对拱坝坝肩抗滑稳定及压缩变形极为不利，地质条件更适宜面板堆石坝;③从建筑材料看，工程区天然建筑材料丰富，质量、储量均能满足建坝要求，但由于面板堆石坝方案可利用溢洪道开挖弃渣及坝肩开挖弃渣（薄一中厚层灰岩）作为堆石料直接上坝，可降低建设投资。综合各方面因素，优选面板堆石坝坝型。
3混凝土面板堆石坝枢纽布置设计
混凝土面板堆石坝方案布置为：混凝土面板堆石坝+左岸岸坡开敞式溢洪道+左岸放水建筑等组成。
3.1挡水建筑物
大坝为钢筋混凝土面板堆石坝。坝顶高程1136.00m，趾板高程1076m，坝底高程1078.5m最大坝高60.0m，坝顶宽6.0m，坝顶长147.1;上游坝坡比1：1.4，采用厚0.45m的C25混凝土面板防渗;下游坝坡坡比1：1.3，采用厚0.4m的干砌块石护面。坝顶上游侧设C25钢筋混凝土防浪墙，墙高3.75m，高出坝顶1.2m;防浪墙上游侧底部设置宽0.8m的小道，防浪墙顶厚0.5m，坝顶设厚0.20m的C15混凝土路面，0.30m的碎石垫层，路面净宽5.5m。
3.2泄水建筑物
溢洪道为岸坡开敞式溢洪道，布置在大坝左坝肩，溢流堰堰型为WES折线形实用堰，堰顶高程1133.0m，堰顶净宽6.5m;进口引水渠段宽12.2～6.5m，长34.1m，进口底板高程1132.0m;泄水槽寬6.5～4m，长141.3m，底坡1：3～1：2，矩形断面，侧墙高lm～1.6m，侧墙及底板为厚0.5m的C25钢筋砼浇筑。消能方式为下挖式底流消能，消力池底板高程1075.5m，池长26.0m，池深3.6m。侧墙高6.0m，梯形断面，顶宽0.5m，底宽1.0m，侧墙及底板为C25钢筋砼整体浇筑，底板厚1.0m。
3.3取（放）水建筑物
取（放）水建筑物由导流隧洞改建而成的取、放水管，导流隧道位于大坝左岸山体内，导流期采用隧洞导流，施工导流完成后，封堵导流隧洞进口段，按取水设计高程抬高取水口，形成“龙抬头”式取水。取水管进口位于大坝左岸上游，在管身段位于导流隧洞内，出隧洞后跨过响水河形成倒虹管输水至右岸灌溉总干渠，并连接基本烟田灌溉输水主管。
取水管总长289.9m，在取水管236m处设置分叉管用于水库放空，在放水管243m处开孔设置生态放水管下放生态水，在取水管出口处设置1个变径三通管，直通端下放水田灌区灌溉用水进入渠道，岔管端连接基本烟田灌区输水主管，通过输水主管输水至基本烟田灌区高位水池和乡镇人饮供水水处理厂。
4大坝结构参数计算
4.1坝顶高程
根据调洪计算结果，大坝校核洪水位（P=0.33%）1134.78m，设计洪水位（P=3.33%）1134.34m，洪水期多年平均最大风速V=10m/s，水库吹程D=1.0km。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），坝顶高程等于水库静水位与安全坝顶超高之和，计算得坝顶高程成果，如下表所示：
高洞工程大坝顶设有钢筋混凝土防浪墙，防浪墙与大坝防渗体紧密结合，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），结合坝顶交通桥布置要求，防浪墙顶高程取1137.2m，防浪墙高出坝顶1.2m，则大坝坝顶高程为1136.00m，坝顶高出水库设计静水位（1134.78m），防浪墙底部高程为1133.86m，高出水库正常蓄水位1133.00m。
4.2大坝结构布置
坝顶宽度根据规范及稳定计算，取坝顶宽为6.0m，坝顶上游侧设C25钢筋混凝土防浪墙，墙高3.7m，高出坝顶1.2m;防浪墙上游侧底部设置宽0.8m的小道，以利检查行走，防浪墙顶厚0.5m，分缝间距12m，缝问设铜片止水，坝顶设厚0.2m的C20混凝土路面，路面净宽5.5m。上游坝坡比1：1.4，采用厚0.45m的C25钢筋混凝土面板防渗。下游坝坡坡比1：1.3，采用厚0.4m的干砌块石护面，使大坝具有良好的外观。
4.3基础处理
4.3.1建基面的选择及坝基开挖要求
根据高洞水库工程的地质条件和大坝高度，大坝趾板建基面河床坝段置于强风化底部一弱风化顶部，岸坡段趾板置于强风化底部。对坝基存在的地质缺陷，如遇较大溶蚀裂隙，应采取开挖深度至裂隙宽度2倍，再采用混凝土回填进行处理。 4.3.2趾板固结灌浆设计
大坝基础开挖过程中，爆破震动可能使岩体松动，从而降低其承载力，并存在部分裂隙向坝基岩体内延伸发展的可能性。因此，为保证坝基岩体的完整性，提高基础承载能力，根据规范要求，须对趾板基础进行固结灌浆处理。固结灌浆孔根据趾板宽度，距离趾板帷幕灌浆孔1.0～1.5m布置，分别沿趾板宽度方向以帷幕灌浆线为中心线，上、下游共2排呈梅花形布置，排距2.0～3.0m，沿趾板纵向孔间距3.0m，趾板长264.2m，两排共布置钻孔176个，灌浆孔深入基岩5.0m，共计灌浆进尺880m。固结灌浆在趾板混凝土浇筑到设计高程后进行，栓塞位置应置于基岩面以上。固结灌浆分Ⅱ序次施工，灌浆前应对钻孔冲洗干净后方能灌浆;灌浆设计压力0.3～0.6MPa，具体压力根据灌浆试验确定;灌浆材料采用32.5MPa普通硅酸盐水泥纯水泥浆。检查孔为灌浆孔的10%，并作五点法压水试验，灌浆质量以岩体透水率q<5Lu为标准。
4.3.3坝基防渗帷幕灌浆
高洞水库工程坝基采用帷幕灌浆进行防渗处理，灌浆方法孔口高压灌浆，灌浆在趾板浇筑到设计高度后进行，灌浆上限1133.0m（设计正常高水位）。防渗帷幕灌浆孔沿趾板中心线单排垂直孔布置，灌浆线分别抵两坝肩，孔距1.5m，共布设165个灌浆孔，Ⅲ序次施工。施工中可根据先导孔的地下水位观测、压水试验、灌浆试验等做适当调整。防渗帷幕下限以河床坝段防渗深度按岩体透水率q≤5Lu界限1051.0m作为下限，同时保证深入岩体透水性小于5Lu岩体5m以下，施工中可根据先导孔的压水试验、灌浆试验等做适当调整。坝肩帷幕端点分别接左、右岸坡灌浆孔形成完整帷幕，设计帷幕线长246m。
5结论
（1）水库右岸山体雄厚，不存在低邻谷渗漏，左岸存在低邻谷且地下水分水岭水位（1120.6m）低于设计水位（1133m）的评价，水库经防渗处理后具备成库条件。
（2）坝线地形条件、坝基工程地质条件对修建拱坝及面板堆积坝各有利弊。经地形地质适应性、枢纽平面布置、施工条件和工程投资等因素综合对比分析，面板堆石壩地质适应性更好、综合投资更经济，高洞水库工程优选混凝土面板堆石坝坝型。
（3）根据调洪成果，结合《碾压式土石坝设计规范》（sL274-2001）规范要求，设置钢筋混凝土防浪墙，防浪墙与大坝防渗体紧密结合。确定防浪墙墙顶高程1137.2m，坝顶高程1136.00m。
1工程概况
高洞水库位于息烽县西南部的九庄镇境内，坝址位于长江流域乌江水系鸭池河河段右岸支流，九庄河上游支流响水河小溪上，坝址处控制流域面积为15.0k㎡。工程主要任务为基本烟田灌溉和农村人畜安全饮水。水库大坝为混凝土面板堆石坝，水库正常蓄水位为1133.0m，相应库容137.0万m3;死水位为1108.0m，相应死库容12.3万m3，调节库容124.7万m3，库容系数20.58%，为Ⅳ等小（1）型年调节水库。
坝址河段河流流向NW347°，河谷形态为较对称的“V”型横向谷，两岸山顶高程分别为1260m、1280m，比高大于150m。两岸坡较陡，地形坡角40°-65°，两岸未见阶地发育。河床高程10809-1082m，宽15-20m，设计正常高水位1133m高程谷口宽140-160m，宽高比约2.3-2.6。左、右岸坡为直线型斜坡，下缓上陡，两岸均未发现大面积不良物理地质现象，天然斜坡稳定。
2工程地质及坝型比选
库区两岸山坡较为对称，总体上呈横向谷。库区主要出露三迭系沙堡湾段（T1）泥页岩、泥质砂岩;玉龙山段（T1）灰、浅灰色厚层块状灰岩;夜郎组九级滩段（T1）紫红色、灰绿色泥页岩;茅草铺组第一+二段（T1）青灰色薄至中层灰岩。根据推荐坝址的工程地质及地形条件，结合当地的建筑材料，选择碾压混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝两种坝型进行方案比较，比选结果为：①坝线地形条件、坝基工程地质条件对修建拱坝及面板堆积坝各有利弊;②坝线左坝肩下游发育的多层溶洞对拱坝坝肩抗滑稳定及压缩变形极为不利，地质条件更适宜面板堆石坝;③从建筑材料看，工程区天然建筑材料丰富，质量、储量均能满足建坝要求，但由于面板堆石坝方案可利用溢洪道开挖弃渣及坝肩开挖弃渣（薄一中厚层灰岩）作为堆石料直接上坝，可降低建设投资。综合各方面因素，优选面板堆石坝坝型。
3混凝土面板堆石坝枢纽布置设计
混凝土面板堆石坝方案布置为：混凝土面板堆石坝+左岸岸坡开敞式溢洪道+左岸放水建筑等组成。
3.1挡水建筑物
大坝为钢筋混凝土面板堆石坝。坝顶高程1136.00m，趾板高程1076m，坝底高程1078.5m最大坝高60.0m，坝顶宽6.0m，坝顶长147.1;上游坝坡比1：1.4，采用厚0.45m的C25混凝土面板防渗;下游坝坡坡比1：1.3，采用厚0.4m的干砌块石护面。坝顶上游侧设C25钢筋混凝土防浪墙，墙高3.75m，高出坝顶1.2m;防浪墙上游侧底部设置宽0.8m的小道，防浪墙顶厚0.5m，坝顶设厚0.20m的C15混凝土路面，0.30m的碎石垫层，路面净宽5.5m。
3.2泄水建筑物
溢洪道为岸坡开敞式溢洪道，布置在大坝左坝肩，溢流堰堰型为WES折线形实用堰，堰顶高程1133.0m，堰顶净宽6.5m;进口引水渠段宽12.2～6.5m，长34.1m，进口底板高程1132.0m;泄水槽寬6.5～4m，长141.3m，底坡1：3～1：2，矩形断面，侧墙高lm～1.6m，侧墙及底板为厚0.5m的C25钢筋砼浇筑。消能方式为下挖式底流消能，消力池底板高程1075.5m，池长26.0m，池深3.6m。侧墙高6.0m，梯形断面，顶宽0.5m，底宽1.0m，侧墙及底板为C25钢筋砼整体浇筑，底板厚1.0m。
3.3取（放）水建筑物
取（放）水建筑物由导流隧洞改建而成的取、放水管，导流隧道位于大坝左岸山体内，导流期采用隧洞导流，施工导流完成后，封堵导流隧洞进口段，按取水设计高程抬高取水口，形成“龙抬头”式取水。取水管进口位于大坝左岸上游，在管身段位于导流隧洞内，出隧洞后跨过响水河形成倒虹管输水至右岸灌溉总干渠，并连接基本烟田灌溉输水主管。
取水管总长289.9m，在取水管236m处设置分叉管用于水库放空，在放水管243m处开孔设置生态放水管下放生态水，在取水管出口处设置1个变径三通管，直通端下放水田灌区灌溉用水进入渠道，岔管端连接基本烟田灌区输水主管，通过输水主管输水至基本烟田灌区高位水池和乡镇人饮供水水处理厂。
4大坝结构参数计算
4.1坝顶高程
根据调洪计算结果，大坝校核洪水位（P=0.33%）1134.78m，设计洪水位（P=3.33%）1134.34m，洪水期多年平均最大风速V=10m/s，水库吹程D=1.0km。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），坝顶高程等于水库静水位与安全坝顶超高之和，计算得坝顶高程成果，如下表所示：
高洞工程大坝顶设有钢筋混凝土防浪墙，防浪墙与大坝防渗体紧密结合，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），结合坝顶交通桥布置要求，防浪墙顶高程取1137.2m，防浪墙高出坝顶1.2m，则大坝坝顶高程为1136.00m，坝顶高出水库设计静水位（1134.78m），防浪墙底部高程为1133.86m，高出水库正常蓄水位1133.00m。
4.2大坝结构布置
坝顶宽度根据规范及稳定计算，取坝顶宽为6.0m，坝顶上游侧设C25钢筋混凝土防浪墙，墙高3.7m，高出坝顶1.2m;防浪墙上游侧底部设置宽0.8m的小道，以利检查行走，防浪墙顶厚0.5m，分缝间距12m，缝问设铜片止水，坝顶设厚0.2m的C20混凝土路面，路面净宽5.5m。上游坝坡比1：1.4，采用厚0.45m的C25钢筋混凝土面板防渗。下游坝坡坡比1：1.3，采用厚0.4m的干砌块石护面，使大坝具有良好的外观。
4.3基础处理
4.3.1建基面的选择及坝基开挖要求
根据高洞水库工程的地质条件和大坝高度，大坝趾板建基面河床坝段置于强风化底部一弱风化顶部，岸坡段趾板置于强风化底部。对坝基存在的地质缺陷，如遇较大溶蚀裂隙，应采取开挖深度至裂隙宽度2倍，再采用混凝土回填进行处理。 4.3.2趾板固结灌浆设计
大坝基础开挖过程中，爆破震动可能使岩体松动，从而降低其承载力，并存在部分裂隙向坝基岩体内延伸发展的可能性。因此，为保证坝基岩体的完整性，提高基础承载能力，根据规范要求，须对趾板基础进行固结灌浆处理。固结灌浆孔根据趾板宽度，距离趾板帷幕灌浆孔1.0～1.5m布置，分别沿趾板宽度方向以帷幕灌浆线为中心线，上、下游共2排呈梅花形布置，排距2.0～3.0m，沿趾板纵向孔间距3.0m，趾板长264.2m，两排共布置钻孔176个，灌浆孔深入基岩5.0m，共计灌浆进尺880m。固结灌浆在趾板混凝土浇筑到设计高程后进行，栓塞位置应置于基岩面以上。固结灌浆分Ⅱ序次施工，灌浆前应对钻孔冲洗干净后方能灌浆;灌浆设计压力0.3～0.6MPa，具体压力根据灌浆试验确定;灌浆材料采用32.5MPa普通硅酸盐水泥纯水泥浆。检查孔为灌浆孔的10%，并作五点法压水试验，灌浆质量以岩体透水率q<5Lu为标准。
4.3.3坝基防渗帷幕灌浆
高洞水库工程坝基采用帷幕灌浆进行防渗处理，灌浆方法孔口高压灌浆，灌浆在趾板浇筑到设计高度后进行，灌浆上限1133.0m（设计正常高水位）。防渗帷幕灌浆孔沿趾板中心线单排垂直孔布置，灌浆线分别抵两坝肩，孔距1.5m，共布设165个灌浆孔，Ⅲ序次施工。施工中可根据先导孔的地下水位观测、压水试验、灌浆试验等做适当调整。防渗帷幕下限以河床坝段防渗深度按岩体透水率q≤5Lu界限1051.0m作为下限，同时保证深入岩体透水性小于5Lu岩体5m以下，施工中可根据先导孔的压水试验、灌浆试验等做适当调整。坝肩帷幕端点分别接左、右岸坡灌浆孔形成完整帷幕，设计帷幕线长246m。
5结论
（1）水库右岸山体雄厚，不存在低邻谷渗漏，左岸存在低邻谷且地下水分水岭水位（1120.6m）低于设计水位（1133m）的评价，水库经防渗处理后具备成库条件。
（2）坝线地形条件、坝基工程地质条件对修建拱坝及面板堆积坝各有利弊。经地形地质适应性、枢纽平面布置、施工条件和工程投资等因素综合对比分析，面板堆石壩地质适应性更好、综合投资更经济，高洞水库工程优选混凝土面板堆石坝坝型。
（3）根据调洪成果，结合《碾压式土石坝设计规范》（sL274-2001）规范要求，设置钢筋混凝土防浪墙，防浪墙与大坝防渗体紧密结合。确定防浪墙墙顶高程1137.2m，坝顶高程1136.00m。