魁龙水库硬岩+软岩钢筋混凝土面板堆石坝设计

毛廷贵 韩天福

（余庆县水利局 贵州 余庆 564400）

1 工程概况

魁龙水库工程位于贵州省余庆县小腮镇境内，是一座以余庆县城供水和白泥镇工业园区供水的中型水库。水库坝址以上集雨面积39.4km2，总库容1152万m3，正常库容979万m3，兴利库容为907万m3，设计供水能力1170万m3/年。工程主要构筑物由钢筋混凝土面板堆石坝、竖井旋流泄洪系统及引水系统构成，拟建大坝最大坝高为58.50 m，属中坝，工程等别Ⅲ等。

2 坝体设计

2.1 坝型选择

根据坝址地质和可开采料场条件选择坝型有三种坝型可供选择：①土坝。坝址区附近天然建筑材料主要为第三系（E）砾岩及约8km以外灰岩料，可利用的天然土料较缺乏，且质量不均，其储量及开采条件不具备修建土坝的条件。②重力坝、拱坝。坝基为砾岩地层，层间每10 m～15 m夹有一层泥质胶结层，厚3cm～15cm，岩层倾下游，缓倾左岸，建刚性坝坝基及坝肩抗滑稳定均不利，不具备修建重力坝、拱坝条件。③钢筋混凝土面板堆石坝。其对坝基地质无特别要求，且具有大坝稳定性好，不易溃坝等优点。鉴于灰岩料场距坝址较远，交通不便，就近有大量砾岩—软岩可供开采及坝址地质等综合因素，确定魁龙水库大坝选择硬岩+软岩钢筋混凝土面板堆石坝。

2.2 坝型结构

钢筋混凝土面板堆石坝结构主要控制指标有：坝体结构尺寸、上下游坝坡坡比，钢筋混凝土面板厚度及大坝垫层堆石区结构。

坝体结构尺寸由库容、工程运行条件及坝址地貌确定，魁龙水库水库最大坝高58.50 m，坝顶宽7.0 m，坝顶长190.00 m，坝顶高程633.50 m，上游设高3.60 m的“L”型防浪墙，最大坝底宽170.66 m。

坝坡坡比在国内的大部分混凝土面板堆石坝一般采用经验值，当筑坝材料为硬岩堆石料时，上、下游坝坡可采用1∶1.3～1∶1.4，软岩堆石体的坝坡适当放缓。依照已建坝成功经验及面板堆石规范，魁龙水库上游坝坡坡比取1∶1.40，下游坝坡坡比取1∶1.40、1∶1.50。

面板厚度依照规范0.3 m～0.4 m，综合考虑水库建坝材料，魁龙水库钢筋混凝土防渗面板厚度取0.45 m。面板下端与趾板相接，趾板厚0.50 m，宽5.0 m～4.0 m，置于弱风化层上部岩基上，为了延长趾板基础渗径，在趾板下游基础采用挂网喷C20砼支护，喷砼厚度100mm。面板采用C 25钢筋混凝土，混凝土抗渗等级为W8，为防止面板开裂，面板设单层双向钢筋，水平向配筋率为0.3%，竖向配筋率为0.4%，在岸坡周边缝及附近适当配置增强钢筋。趾板采用C 25钢筋混凝土，设单层双向钢筋，水平向配筋率为0.3%，竖向配筋率为0.4%，趾板设φ25砂浆锚杆（单根长4.5 m）与基岩连接，锚入基岩4.0 m，间距1.5 m。

图1 大坝横剖面示意图

大坝垫层堆石区结构按面板坝结构标准类比确定，面板后设水平宽3.0 m的垫层，垫层后设水平宽4.0 m的过渡层，过渡层后（坝体626.00 m～583.00 m高程段）设坚向排水区和（坝底578.00 m～583.00 m高程段）水平排水区，坚向排水区后和水平排水区以上为主堆石区（干燥区），下游坝面为干砌块石护面。大坝结构详见图1。

2.3 填坝材料

水库大坝筑坝材料采用人工砂石料，主要由垫层料、过渡料、主堆石区料及下游堆石区料、下游特殊垫层料、上游铺盖区料构成，总填筑量46万m3。大坝填筑料指示由材料物理力学实验和现场碾压实验确定。2013年5月20日在实验场完成了碾压实验，2013年8月20日在南京水科院完成了材料物理力学实验，其筑坝指示如下：

表1 填坝材料分区特性表

表2 各种工况下坝坡稳定计算

（1）垫层区。水平宽3.0 m，采用灰岩骨料，铺筑层厚0.4 m，最大粒径80mm，粒径小于5mm的含量宜为30%～40%，小于0.1mm的含量宜控制在5%左右。为了减少上游面斜坡碾施工难度和提高施工速度及质量，在上游坝增设一道C 5挤压砼墙后，再采用8 t振动碾压，压实后应具有内部渗透稳定性、低压缩性、高抗剪强度，干容重2.20 t/m3，空隙率15%，渗透系数1×10-3～10-4cm/s。

（2）过渡区。水平宽4.0 m，采用灰岩骨料，铺筑层厚0.4 m，最大粒径300mm，且级配连续，采用22 t振动碾压，压实后具有低压缩性、高抗剪强度、自由排水性能，干容重2.15 t/m3，空隙率20%，渗透系数＞1×10-3cm/s。

（3）排水区。坝体626.00 m～583.00 m高程段设坚向排水区，水平宽4.0 m～11.20 m，并在河床坝底578.00 m～583.00 m高程段设水平排水区，排水区均采用灰岩骨料。铺筑层厚0.8 m，最大粒径为600mm，采用22 t振动碾压，压实后能自由排水、有较高的压实密度和变形模量，干容重2.10 t/m3，空隙率24%，渗透系数＞1×10-1cm/s。

（4）主堆石区及下游堆石区料。采用砾岩石料，铺筑层厚0.8 m，最大粒径800mm，采用22 t振动碾压，压实后具有较低的压缩性和一定的抗剪强度。干容重2.0 t/m3，空隙率20%，渗透系数＞1×10-3cm/s。

（5）周边缝下游侧特殊垫层料。采用最大粒径小于40mm灰岩料，且内部稳定的反滤料。薄层碾压密实，铺筑层厚0.2 m，采用手扶振动碾压，压实后干容重2.15 t/m3，以尽量减少周边缝的位移，同时对周边缝表面铺设的粉细砂、粉煤灰等起反滤作用。

（6）上游铺盖区。采用粉土、粉细砂、粉煤灰等材料，上游盖重区采用土石渣填料。填坝材料分区特性见表1。

3 大坝稳定

水库上游坝坡为1∶1.40，下游坝坡为1∶1.40、1∶1.50，坝顶宽7.0 m，最大坝底宽170.66 m。根据《混凝土面板堆石坝设计规范》（SL228－98）规定，由于大坝部分主堆石和下游堆石材料采用砾岩，属软岩堆石坝，大坝坝坡稳定分析采用二维线性计算。依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2001）坝坡稳定分析方法，采用水利水电科学研究院土石坝坝坡稳定程序《S T A B》简化版中的有效应力法计算，滑裂面为圆弧（毕肖普法）。选取面板堆石坝典型断面进行计算，排水区堆石体完全透水，不考虑面板作用。计算工况：①水库正常蓄水位630.00 m时下游坝坡；②水库校核洪水位632.48 m时下游坝坡；③水库死水位602.00 m时上游坝坡；④水库水位从正常蓄水位骤降至死水位高程时的上游坝坡；⑤水库竣工后未蓄水时上游坝坡。成果见表2。

根据计算成果分析，魁龙水库大坝上下游坝坡在正常运行和非常运行情况下坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范规程要求。

4 结语

硬岩+软岩钢筋混凝土面板堆石坝在国内施工钢筋混凝土面板堆石中相对较少，余庆县魁龙水库通过材料物理力学实验和现场碾压实验确定大坝上游坝坡为1.40，下游坝坡为1.40、1.50，经稳定计算，抗滑抗剪满足要求，可以筑坝。余庆县魁龙水库采用硬岩+软岩钢筋混凝土面板堆石坝方案比硬岩钢筋混凝土面板堆石坝方案节约投资1300万元，同时提高筑坝施工强度，缩短了工期360天，取得了良好的经济效益。

［1］蒋国澄,赵增凯.中国砼面板堆石坝20年［M］.北京：水利出板社，2005.

［2］蒋国澄,傅志安,凤家骥.砼面板工程史［M］.武汉：湖北科技学术出版社，1997.