高 飛

(中鐵水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，南昌 330001)

1 工程概況

楊東河(渡口)水電站工程位于重慶市石柱縣和湖北省利川市建南鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址座落在兩省(直轄市)界河河段磨刀溪上游渡口處(石柱縣黃水鎮(zhèn)楓木鄉(xiāng)花郎坪和建南鎮(zhèn)太陽坪交界處)，距建南鎮(zhèn)17km。

楊東河(渡口)水電站屬Ⅲ等中型工程，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000a一遇，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇。水庫校核洪水位1089.35m，總庫容3325萬m3，正常蓄水位1086m，相應(yīng)庫容3017萬m3，調(diào)節(jié)庫容2678萬m3，為年調(diào)節(jié)水庫，電站裝機(jī)容量48MW，保證出力8.58MW，裝機(jī)年利用3360h，多年平均年發(fā)電量1.61億kW·h，等效年發(fā)電量2.04億kW·h。

工程主要建筑物由攔河壩、泄洪洞、泄洪沖沙(放空)洞、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠房等組成。攔河壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程1090.0m，最大壩高88.0m。

2 壩址工程地質(zhì)條件

2.1 堆石壩壩體地基特性及設(shè)計(jì)參數(shù)

河床段覆蓋層為松散砂卵礫石，厚約15～25m，孔隙率約15%～20%；下伏基巖為砂質(zhì)泥巖、石英砂巖互層，河床基巖呈弱風(fēng)化～微風(fēng)化，弱風(fēng)化帶厚約7.0～11.50m。岸坡覆蓋層為崩坡積塊石層，下伏基巖為砂質(zhì)泥巖和石英砂巖，砂質(zhì)泥巖遇水易軟化。左岸高程1066 m、右岸高程1056 m以上為懸崖陡壁，基巖裸露，為弱風(fēng)化石英砂巖，巖石強(qiáng)度較高。

2.2 趾板地基特性及設(shè)計(jì)參數(shù)

岸坡趾板覆蓋層為崩坡積層巨石、塊石土，結(jié)構(gòu)松散。強(qiáng)風(fēng)化帶不厚，巖石強(qiáng)度低，應(yīng)予全部挖除。趾板建于弱風(fēng)化中下部較完整基巖上。左岸高程1066m、右岸高程1056 m以上為懸崖陡壁，基巖裸露，為弱風(fēng)化石英砂巖，巖石強(qiáng)度較高。

河床趾板覆蓋層為砂卵礫石，厚約15～19m，結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)～極強(qiáng)，須全部清除或設(shè)置防滲墻，建議墻底深入弱風(fēng)化巖2～3 m；下伏基巖無強(qiáng)風(fēng)化帶，均為弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖夾石英砂巖。

壩基、壩肩巖體透水性特征，河床及兩岸壩肩均存在透水帶，兩岸地下水位低于正常蓄水位，存在壩基及繞壩滲漏問題。

3 混凝土面板堆石壩結(jié)構(gòu)布置

3.1 混凝土面板堆石壩結(jié)構(gòu)布置

1)大壩斷面設(shè)計(jì)：混凝土面板堆石壩壩頂高程1090.00m，防浪墻頂高程1091.20m，河床段清基后，壩基趾板底高程1002.00m，相應(yīng)最大壩高88.0m。壩頂寬度為7.00m，壩頂長度為275.6m。壩頂路面為C25F50混凝土路面，厚20cm，底部為厚20cm的碎石墊層。上游壩坡為1∶1.4；下游壩坡1055m以上壩坡為1∶1.25，并設(shè)上壩公路，1055m以下壩坡為1∶1.3。上游面在高出正常蓄水位1086.00m以上0.5m處，即高程1086.50m 以上設(shè)直立擋墻至防浪墻頂，墻高4.70m，在上游側(cè)底部設(shè)置寬0.70m檢查行走用的小道。下游面在高程1087.90m以上設(shè)直立擋墻，墻高2.50m。

2)壩體分區(qū)：壩體分區(qū)填筑，分層碾壓，自上游至下游依次分為7個(gè)主要填筑區(qū)[1]： 2A區(qū)墊層區(qū)、2B區(qū)特殊墊層區(qū)、3A區(qū)過渡區(qū)、3A1區(qū)壩頂靜碾?yún)^(qū)、3B區(qū)主堆石區(qū)、3C區(qū)下游堆石區(qū)和3E區(qū)排水區(qū)，下游壩腳至河道下游跌坎段設(shè)置縱向排水帶，縱向排水帶底寬20m，高4m。壩體與壩基交界面設(shè)置反濾層和排水層厚均為80cm，下游壩面與棄渣場棄渣間設(shè)置一層排水層和一層60kN/m2有紡?fù)凉げ迹掠蚊媾潘畬铀綄?.0m。在上游壩腳處設(shè)1A區(qū)粉細(xì)砂鋪蓋區(qū)和1B區(qū)石渣蓋重區(qū)，蓋重區(qū)河床段頂高程1011.0m，頂寬29m；緩坡段粉細(xì)沙鋪蓋厚3.0m，其上石渣蓋重區(qū)厚2.0m，沿垂直趾板“X”線方向等厚布置。大壩防滲面板厚0.35～0.55m，大壩下游壩面干砌塊石護(hù)坡厚40cm。

3)防滲體系：堆石壩體上游為大壩防滲體系，主要由鋼筋混凝土防滲面板、上游混凝土防浪墻、混凝土趾板、混凝土防滲墻、混凝土連接板、混凝土趾墻、灌漿帷幕及分縫間的止水等組成。

面板采用C30W10F100鋼筋混凝土，上部與混凝土防浪墻相接，底部座落于混凝土趾板上。面板采用滑模施工，面板垂直縫間距為6～12m。在接近周邊縫1m處轉(zhuǎn)彎，使其與周邊縫呈垂直正交，以避免面板在周邊縫處出現(xiàn)尖角。周邊縫和面板張性垂直縫均設(shè)二道止水，底部為止水銅片，頂部為SR塑性嵌縫填料止水，面板壓性垂直縫設(shè)底部止水銅片一道止水。上游混凝土防浪墻座落在高程1086.50m的壩體上，與防滲面板相接，水平接縫設(shè)置底部止水銅片和頂部SR填料二道止水[2]，墻頂高程1091.20m，墻高4.70m，為了適應(yīng)壩體沉陷和溫度變化，伸縮縫與面板垂直對齊為通縫，在迎水面設(shè)SR填料止水一道，表面黏貼環(huán)氧玻璃絲布3層。

趾板位于面板周邊與基礎(chǔ)交界處，為面板連接體，同時(shí)兼作基礎(chǔ)帷幕灌漿和固結(jié)灌漿的蓋板，趾板采用C30W10F100鋼筋混凝土。緩坡段趾板右岸1002.00～1050.00m高程、左岸1002.00～1058.00m趾板寬度為7.0m，厚度60cm，趾板基礎(chǔ)采用錨桿錨固，錨桿間距1.5m，單根長4.5m，基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，固結(jié)灌漿孔為三排，孔距3.0m，排距2.0～2.5m，帷幕灌漿為一排，孔距2.0m，孔深要求深入相對不透水層(q≤3Lu)以下5.0m。

左岸1058.00～1086.50m高程、右岸1050.00～1086.50m從陡壁底部緩坡上修筑貼坡式高趾墻，外側(cè)邊坡1∶0.25，墻基位于弱風(fēng)化砂質(zhì)泥巖上，墻頂直接與混凝土面板相連接，墻頂與混凝土面板之間伸縮縫按周邊縫設(shè)計(jì)。

河床段趾板底高程1002.00m，置于砂礫石基礎(chǔ)上，趾板與砂礫石基礎(chǔ)間設(shè)置特殊墊層和厚15cmC30素混凝土墊層，河床段趾板與緩坡段趾板交界處設(shè)置C25混凝土齒墻，齒墻與防滲墻間設(shè)垂直銅片止水一道，與連接板和齒墻間銅片止水焊接，形成完整防滲體系。

趾板沿“X”線方向每隔10m設(shè)一伸縮縫，伸縮縫頂部采用設(shè)SR填料水平止水一道，豎向設(shè)置止水銅片一道與周邊縫止水銅片焊接形成完整防滲體系。

河床段砂礫石基礎(chǔ)采用C25W8F50混凝土防滲墻處理，防滲墻厚度0.8m，嵌入弱風(fēng)化層50cm，防滲墻高度6.0～16.5m，墻體以下設(shè)1排帷幕灌漿防滲，灌漿孔孔距2.0m，孔深要求深入相對不透水層(q≤3Lu)以下5.0m[3]。防滲墻與趾板間連接采用混凝土連接板，連接板長3.5m，厚60cm?；炷吝B接板與混凝土趾板和混凝土防滲墻間設(shè)伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)二道止水，底部為止水銅片，頂部為SR塑性嵌縫填料止水。

3.2 陡壁段趾板布置

攔河壩左岸1058m高程以上(右岸1050m高程以上)趾板布置于兩岸陡壁，兩岸陡壁自然邊坡較陡(坡度達(dá)85°左右)，局部邊坡為倒懸。

趾墻采用C25W8F100混凝土，左岸趾墻建基面高程1058.00～1055.00m，右岸趾墻建基面高程1055.00～1045.00m，趾墻最大高度為41.5m，最小頂寬1.2m，底面寬度3～5m。陡壁段趾墻總長110.4m，其中左岸長48.6m、右岸長61.8m。為降低墻背滲透水壓力，趾墻墻身設(shè)置城門型孔[4]，孔寬3.0m，高4.5～6.5m，孔內(nèi)砌筑干砌塊石。趾墻與基巖接觸面采用錨桿和錨桿束錨固，錨桿間距2.0m，單根長4.5～9.0m，錨桿束間距3.0m，單束長20m。底面基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，趾墻與陡壁接觸面進(jìn)行固結(jié)灌漿、接觸灌漿和帷幕灌漿，帷幕灌漿孔位于趾墻上部，帷幕灌漿孔為一排，與水平成30°角打設(shè)，帷幕灌漿孔孔距2.0m，孔深要求深入相對不透水層(q≤3Lu)以下5.0m。趾墻底面基礎(chǔ)進(jìn)行全面固結(jié)灌漿，灌漿孔孔距2.5m，梅花型布置；趾墻墻背與陡壁接觸面灌漿孔孔距3.0m，梅花型布置，固結(jié)灌漿孔孔深均為8.0m。趾墻沿周邊縫展開方向每隔12～20m設(shè)伸縮縫，伸縮縫頂部設(shè)一道止水銅片，止水銅片嵌入陡壁基巖50cm，止水槽采用水泥砂漿回填。

趾墻基礎(chǔ)如為砂質(zhì)泥巖，應(yīng)立即采用厚10cm的C25噴混凝土保護(hù)。為了保證施工安全，須預(yù)先清除趾墻、趾板范圍內(nèi)陡壁上的危巖體WY301～WY309，開挖石方上壩填筑。趾墻頂以上高度10m范圍內(nèi)采用M30水泥砂漿錨桿錨固，固坡錨桿采用Φ25鋼筋，單根長9.0m，錨桿間距2.0m，梅花型布置。

3.3 陡壁邊坡處理

1)陡壁卸荷裂隙處理：兩岸坡水平強(qiáng)卸荷帶內(nèi)節(jié)理多為微張～張開，有的黃褐色黏土充填，平均裂隙間距約5m；弱卸荷帶內(nèi)節(jié)理多為閉合，裂面水蝕痕跡明顯，平均裂隙間距約10m。左岸水平強(qiáng)卸荷帶寬度(水平)約5.0m，右岸水平強(qiáng)卸荷帶寬度約5～6m，各單條卸荷裂隙延伸長度均<30m。

根據(jù)赤平投影分析，左岸A、B兩個(gè)區(qū)段巖質(zhì)邊坡卸荷裂隙與層面的結(jié)構(gòu)面組合位于穩(wěn)定區(qū)，初判陡壁屬于穩(wěn)定邊坡。右岸C區(qū)段巖質(zhì)邊坡卸荷裂隙與層面的結(jié)構(gòu)面組合位于穩(wěn)定區(qū)，初判陡壁屬于穩(wěn)定邊坡；但是卸荷裂隙及其次生裂隙構(gòu)成結(jié)構(gòu)面位于滑動(dòng)區(qū)，裂隙密集帶易形成掉塊。

為限制左岸卸荷裂隙進(jìn)一步發(fā)展，對攔河壩左岸裂隙發(fā)育坡段進(jìn)行錨固處理，并進(jìn)行回填灌漿。在左岸泄洪洞內(nèi)打設(shè)錨索以錨固裂隙發(fā)育邊坡，錨索采用鋼絞線，單束錨索拉力1000kN，深度約30m，共需約22組錨索。并利用錨索孔進(jìn)行灌漿，灌漿壓力≤0.3MPa。

另外，為了保證壩區(qū)施工安全，須預(yù)先清除趾墻、趾板范圍內(nèi)陡壁上的危巖體WY301～WY309，開挖石方上壩填筑。趾墻頂以上高度10m范圍內(nèi)采用M30水泥砂漿錨桿錨固，固坡錨桿采用Φ25鋼筋，單根長9.0m，錨桿間距2.0m，梅花型布置。

2)趾板開挖陡壁邊坡處理：在兩岸混凝土趾墻上游，由于趾板基礎(chǔ)的開挖將揭露兩岸陡壁坡腳處砂質(zhì)泥巖與石英砂巖分界處邊坡，左岸邊坡范圍為自趾墻至發(fā)電引水進(jìn)水口處，長約116m；右岸邊坡約44m。為阻止部分邊坡下部砂質(zhì)泥巖受風(fēng)化，確保邊坡安全，該段邊坡采用C25混凝土錨桿墩支護(hù)，墩間邊坡采用C25掛網(wǎng)噴混凝土保護(hù)。錨桿墩間距4.0m，墩頂部采用頂梁聯(lián)系，頂梁與墩子斷面尺寸均為1.0×1.5m，頂梁與墩子采用錨桿錨固，錨桿采用Φ25鋼筋，單根長4.5m，錨桿間距1.5m，梅花型布置。掛網(wǎng)噴混凝土厚15cm，掛網(wǎng)鋼筋為Φ8，鋼筋網(wǎng)格為20×20cm。

3)緩坡段趾板基礎(chǔ)開挖邊坡支護(hù)：緩坡段趾板基礎(chǔ)開挖邊坡大部分為砂質(zhì)泥巖，基礎(chǔ)開挖后應(yīng)對基礎(chǔ)和邊坡進(jìn)行支護(hù)。趾板上游開挖邊坡采用厚15cmC25錨噴混凝土支護(hù)，掛網(wǎng)鋼筋采用Φ8，鋼筋網(wǎng)格為20×20cm。趾板下游開挖邊坡采用厚10cmC25錨噴混凝土支護(hù)，掛網(wǎng)鋼筋采用Φ6，鋼筋網(wǎng)格為30×30cm。趾板基礎(chǔ)采用厚5cmC25噴混凝土保護(hù)。以防止砂質(zhì)泥巖風(fēng)化。

4 設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 攔河壩兩岸陡壁穩(wěn)定計(jì)算

4.1.1 陡壁邊坡滑動(dòng)穩(wěn)定分析

折線滑動(dòng)法計(jì)算說明圖，見圖1；陡壁邊坡滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算成果表，見表1。

圖1 折線滑動(dòng)法計(jì)算說明圖

表1 陡壁邊坡滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算成果表

續(xù)表1 陡壁邊坡滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算成果表

從以上結(jié)果可以看出，各工況下邊坡滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)均>1.5，邊坡穩(wěn)定，右岸由于石英砂巖與砂質(zhì)泥巖層面傾角為內(nèi)傾，邊坡穩(wěn)定性較好。

4.1.2 傾覆穩(wěn)定分析

陡壁傾覆穩(wěn)定計(jì)算說明圖，見圖2；陡壁邊坡傾覆穩(wěn)定計(jì)算成果表，見表2。

圖2 陡壁傾覆穩(wěn)定計(jì)算說明圖

表2 陡壁邊坡傾覆穩(wěn)定計(jì)算成果表

從以上結(jié)果可以看出，各工況下邊坡滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)均>1.4，邊坡穩(wěn)定。

4.2 趾墻穩(wěn)定計(jì)算

趾墻穩(wěn)定計(jì)算說明圖，見圖3；趾墻穩(wěn)定計(jì)算成果表，見表3。

圖3 趾墻穩(wěn)定計(jì)算說明圖

表3 趾墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

由表中計(jì)算結(jié)果可以看出，趾墻穩(wěn)定基本滿足規(guī)范要求，墻體越高，穩(wěn)定性越好。本工程趾墻與陡坡接觸面進(jìn)行接觸灌漿，且采用錨桿錨固等工程措施，可有效降低墻背的滲水壓力，能有效改善基礎(chǔ)面的應(yīng)力分布。

5 結(jié) 語

楊東河水電站壩址區(qū)兩岸陡壁以下基礎(chǔ)下伏基巖為砂質(zhì)泥巖和石英砂巖不等厚互層，基巖強(qiáng)弱風(fēng)化層較深厚，砂質(zhì)泥巖屬軟巖～較軟巖，其弱風(fēng)化巖石飽和抗壓強(qiáng)度較低，遇水易軟化且抗風(fēng)化能力低，河床段覆蓋層為砂卵礫石，松散，厚度較厚，且厚度最大達(dá)20m。因此，從壩基處理、建壩材料、料場棄渣及施工技術(shù)等方面考慮，壩址處適宜建造混凝土面板堆石壩。

文章就混凝土面板堆石壩的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了簡要的闡述，由于壩址處兩岸地形較陡，面板堆石壩陡坡段趾板施工較困難，是面板堆石壩防滲體系的薄弱位置，因此，作者著重對陡壁段趾板的布置以及陡壁邊坡的處理進(jìn)行了詳細(xì)的論述分析，并對其進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，結(jié)果均符合相關(guān)規(guī)定。本工程已完建多年，至今運(yùn)行良好，為今后類似工程積累了寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。