謝凌烽

(福建省興水科技開(kāi)發(fā)有限公司，福建 福州 350001)

上杭縣竹背水庫(kù)供水工程基礎(chǔ)處理

謝凌烽

(福建省興水科技開(kāi)發(fā)有限公司，福建 福州 350001)

針對(duì)上杭縣竹背水庫(kù)供水工程598～608 m高程基礎(chǔ)存在的問(wèn)題，采用了基礎(chǔ)加強(qiáng)灌漿、基礎(chǔ)墊座擴(kuò)大加固，墊座面層采用鋼筋混凝土板搭接到上下部堅(jiān)硬巖基上，有效的處理了該部位的強(qiáng)風(fēng)化巖體，使大壩基礎(chǔ)達(dá)到建壩要求。工程建成運(yùn)行多年，未出現(xiàn)安全問(wèn)題，充分發(fā)揮了水庫(kù)工程效益，可供同類(lèi)工程參考。

竹背水庫(kù)；基礎(chǔ)處理；墊座；搭板

1 工程概況

上杭縣竹背水庫(kù)供水工程壩址位于上杭縣蛟洋鄉(xiāng)馬賴寨村下游，在梅壩溪、下道湖溪、苦竹山溪三溪匯合口上游330 m處，流域內(nèi)水質(zhì)良好，水庫(kù)壩址以上集雨面積63.92 km2，設(shè)計(jì)總庫(kù)容555.65萬(wàn)m3。水庫(kù)建設(shè)后能滿足集中區(qū)日供水3.7萬(wàn)m3/d工業(yè)用水規(guī)模，供水對(duì)象主要為蛟洋工業(yè)集中區(qū)20萬(wàn)t銅冶煉廠、磷酸及磷銨廠、小型企業(yè)等。工程主要樞紐建筑物為竹背蓄水水庫(kù)大壩、泵站、輸水管、凈水廠工程等。

竹背蓄水水庫(kù)壩型為漿砌石雙曲拱壩，大壩采用C15細(xì)骨料混凝土塊石砌筑，壩頂高程618.7 m，最大壩高43.7 m，壩頂下游面弧長(zhǎng)164.5 m，壩頂厚度3.0 m。溢流段布置于壩頂中部，采用壩頂開(kāi)敞式自由泄洪，堰頂高程為615.0 m，溢流堰凈寬44 m，設(shè)4孔，每孔凈寬11 m，溢流壩段上設(shè)4跨人行交通橋，橋面寬3.0 m。水庫(kù)取水方式采用塔式取水，孔口底高程分別為597.4 m、604.0 m、610.0 m。大壩下部設(shè)置沖砂管，采用Φ1200鋼管，管底高程578.0 m，長(zhǎng)15 m，壩后設(shè)置錐閥及閥門(mén)井。

2 基礎(chǔ)開(kāi)挖情況

壩址河谷呈 “V”字形，谷底寬6～13 m，正常蓄水位615 m時(shí)，河谷自然寬度約86～88 m，兩岸較對(duì)稱，兩岸625 m高程以下自然坡度45°～55°，625 m以上較平緩。

開(kāi)挖后壩基巖性主要為粗粒鉀長(zhǎng)花崗巖。地質(zhì)構(gòu)造以斷層和節(jié)理裂隙為主，發(fā)育的斷層有11條。主要針對(duì)大壩右岸598～608 m高程壩基受f9、f10斷層影響風(fēng)化最嚴(yán)重段基礎(chǔ)進(jìn)行處理分析。壩基右岸地質(zhì)素描圖如圖1所示。

右岸598～608 m壩基有2條斷層(f9、f10)，斷層f9，產(chǎn)狀N80°W，SW∠58°，寬度10～30 cm，充填斷層泥、角礫巖；斷層f10，產(chǎn)狀EW，N∠86°，寬度10～50 cm，充填硅質(zhì)脈、角礫巖、斷層泥。受f9、f10斷層影響，斷層之間的巖體風(fēng)化層較深，且風(fēng)化不均勻，開(kāi)挖后邊坡不平順，呈三角塊形，底下的平臺(tái)仍存在強(qiáng)風(fēng)化巖體，屬Ⅲ～Ⅳ類(lèi)基巖，由于受f10斷層影響，f10斷層之后的基巖巖面傾下下游，走向與f10斷層一致，巖石堅(jiān)硬，屬Ⅱ～Ⅲ類(lèi)基巖，要想開(kāi)挖成徑向或半徑向，難度較大。右岸598～608 m高程壩基開(kāi)挖深度比原設(shè)計(jì)建基面已超挖0～8 m。

3 右岸壩基基礎(chǔ)處理措施

根據(jù)壩基現(xiàn)場(chǎng)揭露情況，擬定了以下處理方案。

(1)灌漿：壩基采用加強(qiáng)固結(jié)、帷幕灌漿，孔間距均加密至2.0 m，墊塊與f10斷層上部臺(tái)壁交接處，坡度大于45°，必須進(jìn)行接觸灌漿[1]。

圖1 右岸壩基地質(zhì)素描圖

(2)擴(kuò)基：擴(kuò)寬壩基下游基礎(chǔ)，與原壩基相比，壩基向下游側(cè)拓寬0.8～7.72 m，ABC三點(diǎn)連線即為擴(kuò)基后下游基礎(chǔ)邊線，基礎(chǔ)上游邊即為壩體上游輪廓邊線往上游側(cè)擴(kuò)大0.5 m。

(3)墊座：擴(kuò)基后采用C15埋石混凝土鋪墊成平順邊坡，作為壩體墊座，墊座與f10斷層上部臺(tái)壁，采用Φ25鋼筋錨固, 錨筋長(zhǎng)1.5 m嵌入臺(tái)壁1.0 m，采用梅花型間距1 m布設(shè)[2]。

(4)搭板：在墊座上部設(shè)置C25鋼筋混凝土搭板，板厚1.0 m，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雙層配筋，板寬為拱端輪廓線向下游側(cè)擴(kuò)大0.8 m、向上游擴(kuò)大0.5 m后的寬度，搭板兩端跨越f9、f10斷層,搭接在堅(jiān)硬巖體上，搭接長(zhǎng)度不小于1.5 m。基礎(chǔ)處理平、剖面如圖2和圖3所示。

4 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

抗滑穩(wěn)定按剛體極限平衡法計(jì)算，計(jì)算三角塊墊座的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)值。計(jì)算公式[3]如下：

(1)

Q=Hasinα+Vacosα

(2)

Ha=Vsinθ+Fcosθ

(3)

Va=Vcosθ+Fsinθ

(4)

式中：K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f1為側(cè)向滑移面的摩擦系數(shù)，Ⅱ～Ⅲ類(lèi)基巖，取值1[4]；f2為墊塊與底下巖基間的摩擦系數(shù)，Ⅲ～Ⅳ類(lèi)基巖，取值0.7[4]；α為滑面與拱端角度，f10斷層為最不利滑裂面，與拱端夾角為59.4°；θ為拱端與拱壩中心線的夾角,°；Ha為拱端軸向力,MPa；Va為拱端切向力,MPa；Q為由拱端傳來(lái)的軸向和剪力在側(cè)向滑移面上的滑移力,MPa；N為由拱端傳來(lái)的軸向力和減力在側(cè)向滑移面上的法向壓力,MPa；V為為豎向力，MPa；ψ為岸坡角,°；c1為側(cè)向滑移單位面積的黏著力，Ⅱ～Ⅲ類(lèi)基巖，取值70 t/m2，即0.7 MPa[4]；c2為墊塊與底下巖基間單位面積黏著力，Ⅲ～Ⅳ類(lèi)基巖，取值40 t/m2，即0.4 MPa[4]；l為側(cè)向滑移面的長(zhǎng)度，為11.7 m；W2為抗滑巖體的重量,t；A為抗滑體的面積,m2；U1為側(cè)向滑移面的滲透壓力,MPa；U2為單位高度上下巖石間的滲透壓力,MPa。

圖2 右岸壩基處理平面布置圖

圖3 右岸壩基處理剖面圖(單位：m)

由拱壩分析與優(yōu)化軟件系統(tǒng)ADAO程序計(jì)算得到的各種工況的各層拱端作用力，將595～609 m兩層拱圈的作用力之和代入抗剪斷公式(三角塊墊座高程為598～608 m)，經(jīng)計(jì)算，基本組合中工況(3)為最不利工況，工況(3)為：設(shè)計(jì)洪水位+自重+泥沙及浪壓力+溫升；特殊組合為工況(5)：校核洪水位+自重+泥沙及浪壓力+溫升。計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

基本組合時(shí)，K=3.30>3；特殊組合時(shí)，K=3.11>2.5，滿足規(guī)范要求[5]。

5 結(jié) 論

過(guò)多年運(yùn)行觀測(cè)，大壩未出現(xiàn)安全問(wèn)題，各觀測(cè)點(diǎn)位移量很小，符合規(guī)范要求。為工業(yè)園區(qū)用水提供了保障，抵御洪水能力明顯加強(qiáng)，充分發(fā)揮水庫(kù)工程效益。對(duì)其他大壩具有類(lèi)似設(shè)計(jì)背景的基礎(chǔ)處理問(wèn)題有重要的借鑒意義及參考價(jià)值。

[1] 李瓚，陳興華，王光崙,等.混凝土拱壩設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[2] 張乃盛.壽寧縣牛頭山水電站大壩壩肩斷層帶組合體處理[J]. 水利科技，2016(1)：43-44.

[3] 周建平，黨林才.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

[4] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范：GB 50487-2008[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[5] 中華人民共和國(guó)水利部. 混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范:SL 282-2003[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

謝凌烽(1983-)，男，福建閩清人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。E-mail：764739424@qq.com。

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