金峰水库沥青混凝土心墙软岩堆石坝设计.pdf

设 计 施工 水利规划与设计 2 0 1 6年第 5期 OOl ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 6 0 5 0 3 0 金 峰水库沥青混凝 土心墙 软岩堆石 坝设计 陈惠君 ，廖 大勇 ( 四川省水利水 电勘 测设 计研究院 ，四川 成 都 6 1 0 0 0 0 ) 摘要 ：金峰 水库为沥青混凝土心墙堆石 坝 ，最大坝 高为 8 8 m，坝壳料采用全断面软岩 一极软岩 筑坝 ，属 国 内近百 米级采 用全断面软岩 一极软岩 筑坝 的先例 。设计通过设置排水 带及模增模 区解决 了心墙与坝 壳变形协调 问题 及渗 透 问题 。针 对软岩坝 壳料 ，设计创新性提 出了质量控制及评价标 准以施 工参数控 制为主 ，同时辅 以压 实度、干 密 度共 同控 制的设计理念 ，解决 了采 用现 行规范设计控制标 准不适用本工程的质量控制和评价 问题 。 关键词 ：沥青混凝土心墙堆石 坝；全断面软 岩 极软岩 ；排水 带；增模 区；施 工参数控 制 中图分类 号 ：T V 8 7 1 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 6 ) 0 6 - 0 0 8 1 0 3 1 概 况 金 峰水 库 工程 是 四川省 武都 引 水二 期 工 程 的一 座 囤蓄 水库 ，坝型 为沥 青混 凝 土心 墙 堆石 坝 ，最 大 坝 高 为 8 8 m。坝 体从 上游 至下 游 分 别 为上 游 石渣 料 区 、上 游过 渡 料 区 ，沥 青混 凝 土心 墙 料 区 、下游 过 渡料 区、下游竖向排水带、下游石渣料 区及水平排 水 带 。坝壳 料 采用 全断 面 软岩 极 软 岩筑 坝 ，岩石 软 化 系数低 于 0 5 ，饱 和抗 压 强 度 小 于 1 5 MP a ，湿 化和流变变形显著 。虽然 目前国内已建成多座百米 级 的 沥青混 凝 土心 墙堆 石 坝 ，但 尚未 有采 用 全 断 面 软岩 极软岩填筑高坝的先例。设计结合该工程坝 体填筑材料 的特殊性 ，针对坝壳料碾压后渗透系数 较 小 的特 点 ，在 心墙下 游 过渡 料后 设 置砂 卵 石 竖 向 排 水 带及 3 m厚水 平 排 水 带 。 同 时 ，根 据 大 坝 应力 应变计算 ，在 心墙底 部 01 5 m范 围水 平 变位较 大 ，为减少 心 墙底 部 的水 平变 形 ，保 证 心墙 变 形协 调 ，在心墙 底 部下 游侧 设 置砂 砾石 增 模 区 。并 根 据 四川 红层 地 区软岩 料特 点 ，设 计创 新 性采 用 了施 工 参数控制为主，同时辅 以压实度、干密度共 同控制 的设计理念 ，作为指导后续施工的依据。 2 坝体设计 2 1坝体 结构 布 置 大坝坝顶长 4 5 4 8 7 m，宽 8 m，最大坝高 8 8 m。 水库正常蓄水位 4 7 5 m，设计洪水位 4 7 5 m，校核洪 水位 4 7 5 4 5 m，坝顶高程为 4 7 7 m，坝顶设 1 2 m高 钢筋 混凝 土 防浪 墙 。防浪 墙 与坝 顶 路 面相 接 。为 方 便坝顶排水 ，坝顶 路 面以 2 的横 向坡度 倾 向下 游 ，坝顶 路 面为 2 0 e m 厚 C 2 5混 凝 土 ，下 面 铺 设 砂 砾石 垫层 。 大坝 上游 坝坡 坡 比为 1 ： 2 2 0，在 高程 4 4 0 0 0 m 处设 一级 马道 宽 为 3 0 0 m。下 游 坝坡 坡 比从 上 至 下 为 1： 2 0 0 、 1： 2 0 0 、 1： 2 2 5 ， 分 别 在 高 程 为 4 5 7 0 0 m、4 3 7 0 0 m处 设置 宽 为 3 m 的马道 。 2 2坝体 分 区设 计 坝体 从 上至下 分 别为 上游 石渣 料 区 、上游 过 渡 料 区 ，沥青 混凝 土心 墙料 区 、下游 过 渡料 区 、下 游 竖向排水带 、下游 石渣料 区及水 平排水 带。详见 图 1 。 2 2 1 沥 青混凝 土 心墙设 计 为便 于沥青 混凝 土心 墙 与坝顶 防浪墙 衔 接 ，减 少 防浪墙 变 形影 响 ，大坝 沥青 混凝 土 心墙 轴 线位 于 坝轴线上游 2 m，沥青混凝土心墙分 三阶设计 ，心 墙 厚度从 上 至下 分别 为 6 0 c m、8 0 e m、1 0 0 e m，坝高 8 8 m，按 照 近 3 0 m 梯 度 变 化 ，厚 度 变 化 处 高 程 为 4 2 0 m、4 5 0 m，厚 度 变化 处 采 用 1 m 高 斜 坡 渐 变 连 接 。 心墙底 部采用渐变式扩大基础 ，心墙底部 与 基 座 连 接 处 2 m 高 范 围 内 ，心 墙 厚 度 由 1 m 渐 变 至 2 m，与 基 座 连 接 ，连 接 处 混 凝 土 表 面 充 分 凿 毛 ，中 间 设 铜 片 止 水 ，表 面 涂 刷 乳 化 沥 青 和 沥 青砂 浆。 收 稿 日期 ：2 0 1 6 - 0 4 - 1 1 作者简介 ：陈惠君 ( 1 9 6 8年一 ) ，女 ，高级工程师。 81 zzzPsgiolePfrp zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp 设 计 施工 水利规划与设计 2 0 1 6 年第 5 期 3沥青混凝土设计 根据大坝应力应变计算成果及技术规范，沥青混 凝土心墙技术指标除孔隙率、渗透系数、水稳定性满 足规范要求外 ，根据大坝应力应变计算成果及工程运 用条件 ，结合国内已建工程有关沥青混凝土心墙技术 指标 ，提出了变形及力学指标要求 ：内摩擦角 12 5 。 ， 粘 结 力 I0 3 MP a ，心墙挠跨 比不小于 3 。 施 工 中根 据 沥青配 合 比室 内试 验 及 现场 碾 压试 验成果 ，推荐采用配合 比为：沥青选用 7 0号 水工 沥青 ，沥青含量为 6 3 ，填料 占 1 2 ，骨料选用 武都水库挡家垭 料场灰 岩料 ，骨料 的最 大粒径 为 1 9 m m，级配指数 0 3 8 。 4坝料参数 设计 4 1上 下游 坝 壳料参 数 根据土石坝设计规范 ，堆石的填筑标准宜用孑 L 隙率作为设计控制指标。但四川红层地 区砂、泥岩 及 其 混合 料属 于 软岩 料 ，既非 粘 土 ，也 有别 于通 常 的堆石 ，设计及施工控制时 ，无论采用孔隙率还是 压实度都存在一定 问题 。如采用孔隙率 ，由于软岩 岩块天然孑 L 隙率较高 ，碾压后岩石破碎率 也较高 ， 岩块 密度 与颗 粒 密度差 异很 大 ，导 致干 密度 与 孔 隙 率间换算 的完全不能反映实际情况 ，如采用压实度 则依 据 不足 。 对 金峰水 库 坝料 ，根 据 料 场 勘 察 及 试 验 结 果 ， 石渣 料 随着不 同的岩层 ，不 同的风 化 程度 ，以及 砂 岩与泥岩不同的混合 比例 ，都会 出现不 同的碾压干 密度，因此根据不同上坝料 ，设计提出了施工参数 控制为主 ，同时辅以压实度、干密度评价的设计理 念 ，作 为后 续施 工 的指导 依据 。 由于石 渣料 为 软 岩 料 ，岩 石 碾 压 破 碎 率 较 高 ， 施工碾压时根据现场碾压及室 内试验成果取得合适 的碾压遍数等施工参数确定控制指标 ，既要保证坝 壳料获取尽可能高的碾压 密实度 ，减少坝体 沉降 ， 同时也 要避 免 碾 压 遍 数增 加 后 带 来 的 细 颗 粒 增 加 ， 降低抗 剪力 学指 标 。 4 2上 下游 过渡 料及 排水 带指 标 上 下游 过渡 料 及 排 水 带 均 采 用 涪 江 砂砾 石 料 ， 由于涪 江 天然砂 砾石 料含 泥量 高 ，级 配 不连 续 ，特 别是 52 m m级 配缺乏 ，故需进 行人工掺 配 的方 式 ，在级配参数严 格控制前提下 ，根据规范要求 、 工 程经 验 、室 内试验 及碾 压实 验 ，过 渡料 及排 水 带 主要设计指标见表 1 。 表 1 砂砾 石填筑主要设计指标 名 称 相对密度 干密度 d ( t m ) 渗 透系数 K( c m s ) 最大粒径 D m a x ( mm) 5 mm含量( ) 1 01 0 8 0 2 53 5 1 01 0一 4 0 0 51 5 5 下 游反滤料 0 8 5 2 2 4 1 01 0 1 01 0 8 0 3 0 5 O 5 上 游垫层料 0 7 5 2 2 4 4 0 3 5 5 5 5 5 结论 金 峰水库 沥 青混 凝 土心墙 堆 石 坝坝 壳料 采 用 全 断 面软 岩 极 软岩筑 坝 ，坝 壳模 量 偏低 ，碾 压后 渗 透系 数较 小 ，存 在心 墙底 部 应力 及 变形 较 大 ，坝 体 排水不畅问题 ，虽然设计设置模量区及水平 竖向排 水 带 ，但 由于受 施 工 质 量 及 坝 料 岩 性 变 化 的 影 响 ， 施工 期及 运 行期 应加 强 监测 及监 测 资料 的分 析 ，以 便发 现 问题 及 时 处 理 ， 同 时 为 今 后 类 似 工 程 积 累 经验 。 针对软岩筑坝材料 ，设计提 出了施工参 数控制 为主，同时辅以压实度 、干密度共 同控制的设计理 念 ，作为后续指导施工的依据 ，值得软岩料筑坝类 工程 借 鉴 。 参 考文 献 1 S L 2 7 4 2 0 0 1 碾压式土石坝设计规范 S 2 D L T 5 3 9 5 - 2 0 0 7 碾压式土石坝设计规范 S 3 S L 5 0 1 - 2 0 1 0 土石坝沥青混凝土 面板和心墙设计规范 S 4 D L T 5 4 1 1 2 0 0 9 土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范 s 5 林 昭碾压式土石坝设计 M 郑州 ：黄河水利出版社 ， 2 0 0 3 6 高希章 ， 孙 陶四川“ 红层 ” 地 区筑坝材料和筑坝标准研 究 J 四川水利 ， 2 0 1 6 ( 0 1 ) 7 高希章 ， 孙 陶沥青混凝土心墙坝筑 坝料与心 墙合理模量 比研 究 J 四川水利 ， 2 0 1 6 ( O 1 ) 8 百生贵 深覆盖层上修 建沥青混凝土心墙坝 J 水利规划与设 计 ， 2 0 1 4 ( 0 9 ) 9 黄云新疆下坂地沥青混凝土心墙坝坝体设计研究 J 水利规 划与设计 ， 2 0 0 9 ( 0 5 ) 1 0 汪洋寒冷 地 区冬 季施 工 的碾 压 式 沥青 混凝 土 心墙 坝设 计 J 水利规划与设计 ， 2 0 1 2 ( 0 5 ) 8 3 zzzPsgiolePfrp