擦耳岩水库重力坝设计特点

孔令梅+马富强

摘 要：擦耳岩水库坝址区河谷横向谷，采用重力坝枢纽布置方案。该坝地基岩体软硬相间，泥岩软弱夹层控制了坝基稳定，坝体结构及基础处理上采用独特的设计理念，设置梯型砼塞，很好的适应地质特点，以供同行借鉴。

关键词：关键词：重力坝 复杂地基 碾压砼 结构设计

1.项目概况

平塘县擦耳岩水库的主要任务是以县城防洪、供水为主，兼顾发电。擦耳岩水库推荐坝型为碾压砼重力坝，最大坝高50.7m，正常蓄水位744.00m，相应库容2849万m3，总库容3740万m3，工程等别为Ⅲ等，工程规模属中型。枢纽区大坝、溢洪道、泄洪兼冲砂底孔、发电取水口及引水管等主要建筑物级别为3级；供水工程输水、发电厂房等建筑物级别为4级，其他临时建筑物级别为5级。电站装机容量5MW。大坝设计洪水标准为50年，校核洪水标准为500年。

该水库枢纽布置：碾压砼重力坝+坝身泄洪表孔+坝身泄洪底孔+左岸供水取水系统+右岸发电取水系统+右岸坝后式电站。

大坝为碾压砼重力坝，坝顶高程748.7m，最大坝高50.7m，坝顶长度203.50m；泄洪坝段布置在坝纵0+111.00m～坝纵0+153.5m，为3孔溢流表孔+2孔泄洪底孔并排布置。取水系统布置于大坝左岸，引水发电系统及厂房布置于右岸，枢纽平面布置如图1所示。

2.地形地质条件

坝址区河谷总体结构为横向谷。河段相对较顺直、平缓，河谷为不对称的“V”型谷，坝址位于马蹄岩向斜核部，无区域性断层通过，主要构造为褶皱及節理裂隙，主要发育的裂隙有四组：①N45°W/NE∠60～65°，坝址左岸坝肩，与河流斜交；后期卸荷张开10～30cm。②N40°E/SE∠50-80°，坝址左岸，走向与河流斜交，交角15°左右，后期卸荷张开0.2～5cm。③N20°E/NW∠56°坝址右岸与河流近平行；后期卸荷张开0.3～3cm。④N65°E/直立，坝址右岸与河流斜交，微张，贯穿性好。坝址右岸及河床基岩主要由三叠系下统罗楼组（T1L1-2）薄层灰岩夹泥岩组成，左岸基岩则由三叠系下统罗楼组（T1L2）泥灰岩组成，两岸岩性不对称，泥质岩夹层易软化属软质岩层，泥灰岩属较软岩类。总体上看，坝基属软硬相间岩体组成，工程地质性质较差，但岩层层面多呈闭合状。

该工程场区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应普特征周期0.35s，确定擦耳岩水库坝址区地震基本烈度为Ⅵ度，区域构造稳定性较好。大坝设计可不进行抗震计算。

3.结构布置

3.1结构设计

坝体断面基本三角形的选定，是以建基面抗滑稳定极限状态下的作用效应函数小于抗力函数要求为准则，正常使用极限状态下坝踵垂直应力（计如扬压力）不出现拉应力为控制条件，选用不同的上、下游坝坡为变量，以工程量最小为目标函数，通过断面优化，选出最佳断面。溢流坝段断面，结合枢纽布置及水力学条件的要求，进行了局部修正。确定的断面如下：坝顶高程748.7m，宽度6m，上、下游坝面坝坡1：0.2、1：0.8，折坡点高程分别为718m、744m。河床部位最低建基面高程698m，坝体宽度51.1m，坝顶全长203.5m，共分7个坝段。为适应地基特性，保证大坝的抗滑稳定，大坝坝基设置了砼齿槽。

坝基受软弱夹层控制，力学参数偏低，抗滑稳定若按常规的重力坝水平建基面设计，即使下游达到1：0.8亦不能满足要求，设计考虑坝基向上游倾斜、设置砼齿槽等多种方案优选，最终选择设置梯型砼齿槽的方案。大坝标准断面如图2所示。

本工程重力坝坝高50.7m，考虑设置一层廊道，灌浆、排水、交通廊道合为一体，在706m高程处设置廊道，城门洞型2.5×3.0m，右岸通过斜廊道升至730 m高程，与坝后交通连接，通过右岸岸坡爬梯继续延伸至坝顶。

3.2坝体材料

坝体材料选择：防渗区 C15二级配碾压砼，大体积C15三级配碾压砼。防渗层上游表面采用均厚0.5m的C20二级配变态砼，河床大坝底部设置1m厚的C15常态砼垫层。溢流坝段溢流部分采用C30抗冲耐磨砼。

4.大坝应力稳定计算

4.1坝体应力分析

重力坝应力计算用材料力学法进行分析计算。该重力坝采用C15碾压砼，容重24kN/m3，弹性模量为20GPa。基础跨越三段岩体：①薄层灰岩夹少量泥岩（T1L1-1）：弱风化岩体容重27kN/m3，弹性模量为7GPa，变形模量为5GPa，允许承载力2000 kPa；②弱风化泥岩夹灰岩（T1L1-2）：弱风化岩体容重26.8kN/m3，弹性模量为5GPa，变形模量为3GPa，允许承载力1300 kPa；3）弱风化泥灰岩（T1L2）：弱风化岩体容重26.5kN/m3，弹性模量为6GPa，变形模量为4GPa，允许承载力1500kPa。

根据应力计算成果，坝基垂直正应力均小于基岩的允许承载力，而且均未出现拉应力。坝体各截面的应力满足砼的抗压、抗拉强度要求。从而，大坝应力指标满足结构设计规范要求。

4.2坝基抗滑稳定分析

坝体抗滑稳定分析采用刚体极限平衡法计算，本大坝采用抗剪断原理进行稳定分析。坝基（肩）抗滑稳定起控制性作用的主要结构面是岩层面及裂隙。从结构面的产状及其组合形态分析，因大坝坝基段岩层整体倾下游偏左岸，倾角31-36°左右。坝基可能的深层滑动模式为：左坝段坝踵位置附近以N45°W/NE∠60～65°裂隙为下游拉脱面，坝体连同泥化夹层以上部分岩体将产生沿泥化夹层为上游拉脱面的双滑面滑动，坝基岩体存在深层滑动问题。

坝基弱风化岩体物理力学参数建议值：1）泥岩夹灰岩T1L1-2，岩石/岩石f=0.35-0.50，c=0；混凝土/岩石f=0.3-0.5，c=0；裂隙面、层面f=0.22-0.4，c=0。2）泥灰岩T1L2，f=0.35，c=；混凝土/岩石f=0.2，c=0；裂隙面、层面f=0.18，c=0。

坝基设置梯型砼齿槽参与抗滑，抗剪断强度参数指标考虑及砼塞组合的模式，按接触面面积比进行综合参数取值，最不利抗滑的综合抗剪断参数为f=0.4，c=100kPa。

通过坝基特殊结构设计，考虑综合参数的最不利工况下，大坝非溢流坝段深层抗滑稳定：基本组合、特殊组合的稳定最小安全系数分别为3.105、3.426；溢流坝段深层抗滑稳定：基本组合、特殊组合的稳定最小安全系数分别为3.005、3.330，均满足规范要求。

5.基础处理

本工程基础处理的重要任务是要建立良好的防渗帷幕，妥善处理裂隙面和泥质灰岩软弱层，改善和加固坝基岩体整体性。建基面放在弱风化岩体中下部，对于建基面上出露的裂隙面、局部破碎河泥质灰岩软弱层等，考虑做梯型砼塞、排水和加大固结灌浆处理。坝基的防渗标准为3Lu，采用悬挂式防渗帷幕，单排孔距2.0m。坝基排水孔渗水引入廊道内集中抽排至下游河床。

6.结语

该水库坝址地质条件比较复杂，采用碾压砼重力坝设计方案，最大坝高50.7m。泥岩软弱夹层控制了坝基稳定，坝体结构及基础处理上采用了独特的设计理念，设置砼塞，很好的适应了地质特点。本文从大坝布置、结构设计、应力计算、稳定分析及坝基处理等方面，对复杂地基的重力坝设计特点进行了分析总结，仅供广大同行参考借鉴。

参考文献：

[1]冯树荣.重力坝稳定性能和承载能力分析.中国电力出版社.

[2]陈诚，温国利.重力坝设计与施工.中国水利水电出版社.