金桥水库大坝设计方案比选

范志强

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

金桥水库是一座小（一）型水利工程，总库容119.2万m3。水库枢纽主要建筑物有主坝、副坝、泄洪闸、进水闸等。主坝位于河流交汇处的下游，与河流走向基本垂直；副坝分为左岸、右岸副坝，依两岸地形布置；泄洪闸布置在主河槽，为3孔开敞式闸；进水闸2座，分别布置在左右两岸，即主坝的左右两端。

2 坝基地质情况

水库主坝坝基主要为低液限粉土和不良砂。坝基下结构松散的不良砂层透水性中等，低液限黏土层具弱—微透水性，可作为隔水层。坝基主要存在渗漏、渗透稳定、基坑涌水及级配不良砂层的震动液化问题。坝基需进行必要的防渗处理，伸入低液限黏土层2 m以下，并设排水棱体于坝后，降低坝体浸润线。

主坝坝肩处岸坡均为土质，其上部为结构松散，弱透水性的低液限粉土，下部为结构较密实，弱—微透水性的低液限黏土。

左、右岸副坝坝基为结构松散的低液限粉土和级配不良砂层，下伏具有相对隔水性的低液限黏土，地下水位埋深0.2～0.5 m。坝基应采取措施消除震动液化。

3 坝基处理

3.1 防渗处理方案

本工程仅有主坝坝基存在渗漏问题，需采取防渗处理措施。坝基防渗分为垂直防渗和上游防渗铺盖，作为以供水为主的北方小水库，应选择垂直防渗，垂直防渗又分为明挖回填截水槽、混凝土防渗墙、灌浆帷幕等，本工程级配不良砂层最大厚度3.9 m，因此选择明挖回填截水槽方案。

3.2 坝基地震液化处理方案

本工程主、副坝坝基均存在地震液化问题，对判别可能液化的土层，应挖除换土，在挖除比较困难或很不经济时，可采取加密措施，对浅层液化土层宜采用振动压密，对深层液化土层宜用强夯方法加密。

该工程液化土层属浅层，若采用较为彻底的挖除换土法，坝基处理工程量偏大，不太经济。对于浅层，以振动压密和重锤夯实较为经济和有效，但其有效深度在1～2 m之间，不满足本工程要求的深度。

因此本工程采用围封方式解决坝基液化问题。

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3.3 坝基处理设计

结合坝基防渗截水槽、泄洪闸闸基砂层挖除换土，在主坝下游坡脚处坝基砂层开挖一条围封土槽，将主坝坝基砂层封闭。

为配合主坝坝基围封，上游截水槽位置设在上游坡脚处坝基砂层，不满足距上游坝脚1/3～1/2坝底宽度处的要求，因此在截水槽下游面铺设土工膜，并沿砂层顶面延伸至距上游坝脚1/3～1/2坝底宽度处。土工膜选用两布一膜长丝复合土工膜，膜厚0.5 mm，渗透系数不大于1×10－12cm/s。上游截水槽及下游围封槽底宽分别为2 m和1.5 m，上下游两侧边坡均为 1∶1.5。

副坝采用围封方式解决副坝坝基液化问题，由于副坝坝基下游侧为低液限粉土，仅在副坝坝基上游侧开挖围封槽，围封槽底宽为2 m，上下游两侧边坡均为1∶1.5。

4 坝体设计

4.1 坝型选择

金桥水库坝址河道断面呈“U”型，河底宽约50 m，河底高程1 004 m左右。坝址两岸为黄土台地，两岸岸坡较缓，坝基为砂层和土层，因此不适合修建重力坝。

另外，坝址附近没有石料场，最近的石料场位于鹅毛河出山口的小磨村附近，距坝址约15 km，从坝址地质条件和主要建筑材料的采运等方面分析，也不合适修建堆石坝。

坝址附近土料遍布，其中坝址上游左岸的土料场储量丰富，质量能达到防渗体土料技术要求，且开采和运输方便。因此，从主要建筑材料的采运、施工、投资等方面分析，修建碾压均质土坝较为合理。

因此，选定大坝为碾压均质土坝。

4.2 主坝设计

主坝为均质土坝，长245 m，坝顶高程1 011.50 m，坝顶宽6 m，最大坝高7.5 m。

坝顶上游侧设置钢筋混凝土防护墙，高出坝顶0.6 m，墙顶高程 1 012.10 m，L 型钢筋混凝土防护墙总高度 1.25 m，厚度 0.2 m，为 C25 钢筋混凝土结构，每隔10 m设沉降缝道。

坝顶下游侧设路缘石，坝顶路面为C20混凝土路面，厚0.2 m，混凝土路面下分别铺设碎石基层（200 mm）、粉煤灰垫层（250 mm），并留有下游坡排水沟进水口。上游坝坡1∶3，由上至下为干砌石护坡（300 mm）、碎石垫层（25 mm）和砂垫层（250 mm），防护范围从死水位1 006.00 m至坝顶。下游坝坡1∶3，采用0.1 m厚草皮护坡，其下设0.3 m厚腐殖土，同时在下游坡面设混凝土菱形框格和矩形混凝土排水沟，在贴坡排水顶面（高程1 007.00 m）设纵向排水沟一道，在桩号 B0＋059.00 和 B0＋187.00 处及桩号 B0＋116.00 和 B0＋129.00 处（泄洪闸两侧）、两侧岸坡处设横向排水沟，共设横向排水沟6道（包括边沟）。排水沟尺寸为 0.3 m×0.3 m（宽×深），采用 C20 混凝土结构，厚15 cm。为方便下游坝面交通，在桩号B0＋059.00和B0＋187.00处的横向排水沟一侧设上坝台阶，为C20混凝土结构，宽0.8 m，台阶底板厚0.2 m，每个踏步的高度、宽度分别为 0.12 m，0.36 m。

在下游坡脚处设置以贴坡排水为主的综合式排水，坝内褥垫伸入坝内 10 m，厚0.5 m，坡外在1 007.00 m高程以下采用贴坡排水反滤层砌护，反滤层结构从下到上依次为中粗砂（厚300 mm）、砂卵石（厚300 mm）、干砌块石（厚300 mm）。

坝体填筑压实度不小于0.96，与坝体连接的岸坡边坡按缓于1∶2控制。

4.3 副坝设计

副坝为均质土坝，包括左岸副坝和右岸副坝，副坝总长度1 150 m，其中左岸副坝长550 m，右岸副坝长600 m。

副坝坝顶高程1 011.50 m，坝顶宽度6 m，左岸副坝最大坝高5.3 m，右岸副坝最大坝高4.0 m。在副坝的上下游两侧设路缘石，中间为0.2 m厚的混凝土路面，混凝土路面下设2层0.25 m厚砂砾石垫层，并留有下游坡排水沟进水口。

副坝上游坝坡1∶3，采用0.3 m厚干砌石护坡，其下设0.25 m厚碎石垫层和0.25 m厚砂垫层，防护范围根据地形从实际地面至坝顶。下游坝坡1∶3，采用0.1 m厚草皮护坡，其下设0.3 m厚腐殖土，同时在下游坡面每50 m设置矩形混凝土横向排水沟，在下游坡脚设纵向排水沟一道。排水沟尺寸0.3 m×0.3 m（宽×深），采用C20混凝土结构，厚15 cm。

5 结论

由于金桥水库主副坝地基存在一系列问题，因此本工程利用坝基防渗截水槽，结合下游坡脚处坝基砂层再开挖一条围封土槽，将坝基砂层封闭，可较好地解决坝基液化问题。明挖回填截水槽方案解决了主、副坝坝基防渗问题。通过大坝渗流稳定及坝坡稳定分析，坝体不会发生渗透变形，正常蓄水位时最大断面上、下游坝坡抗滑稳定。