洛嘎莫水库现浇式沥青混凝土心墙堆石坝设计

【摘  要】洛嘎莫水库大坝采用现浇式沥青混凝土心墙堆石坝。本文主要介绍大坝结构、填筑材料和基础处理等设计。

【关键词】洛嘎莫水库  材料设计  结构设计  现浇  沥青混凝土  心墙  堆石坝

1工程概况

洛嘎莫水库位于吉恩拉达河上，距布拖县城8km，坝址以上控制集雨面积29.9km2，总库容223.2万m3，是一座为县城供水、县城周边农村供水的小一型水利工程，供水人口约7.46万人（规划水平年2030年）。经多种坝型比选研究，选择更适用于该项目地质条件的坝型，最终采用现浇式沥青混凝土心墙堆石坝，最大坝高65.5m。

2坝址工程地质条件

坝址区为不对称“U”型狭谷，正常蓄水位2677.00m时河谷宽约157.0m。右岸岸坡地形坡度45°～66°，左岸地形坡度46°～58°，局部可达75°，左岸略缓。工区基岩为二叠系上统峨眉山玄武岩组玄武岩（P2β）。河床坝基上部为第四系全新统冲积层(Q4al+pl)，岩性主要为卵砾石层，局部含漂石，层厚约3.0m；左岸覆盖层主要为第四系坡积残积粉土质角砾，层厚约3～17m；右岸覆盖层主要为第四系坡积残积粉土质角砾，层厚约0～3m，山顶处覆盖层较厚（约26m），主要为为第四系坡残积粉土质角砾，夹灰黑色可塑状粉质黏土。

坝址区位于大凉山断裂带之交际河断裂东侧、布拖断裂带西侧，距离工程区分别为2.3km、6km。受交际河断裂及四开-交际河背斜影响，库区内岩体成碎裂结构～镶嵌结构，岩体破碎，节理裂隙较发育，坝址区左岸及右岸岩体节理较裂隙。

坝基河床宽约4～16m，地形较为平坦，河床坝基上部为第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)，厚度约3.0m，下部为二叠系上统峨眉山玄武岩（P2β），厚度约1.0～4.0m。根据钻探及物探测试，河床覆盖层岩性主要为卵砾石层，局部含漂石，中密～密实状，孔隙一般由砂粒、粉粒填充。河床段卵砾石层具有中等透水～强透水性，埋深50m以下基岩透水率为1.1～7.5Lu，具有弱透水性。

左岸坝基段地面植被稀疏，覆盖层较厚，基本未见基岩露头。根据勘探孔揭露，左岸覆盖层主要为第四系坡积残积粉土质角砾，层厚约14.9～18.2m。下伏基岩为二叠系上峨眉山玄武岩组玄武岩（P2β），强风化层钻孔揭示厚度约1.6～3.0m。埋深50.5m以下基岩透水率为1.2～7.6Lu，具有弱透水性。

右岸坝基段地面植被发育，覆盖层较薄，局部基岩出露。根据勘探孔揭露，右岸覆盖层主要为第四系残坡积粉土质角砾，钻孔揭示厚度约0～3m，下伏基岩为二叠系上统计峨眉山玄武岩（P2β），强风化层钻孔揭示厚度约1～2m。根据压水试验，埋深50.0m以下基岩透水率为7.9～8.5Lu，具有弱透水性。

3天然建筑材料

大坝填筑材料主要选择玄武岩料场和溢洪道开挖的部分料。

玄武岩料场位于水库区左岸，属布托县特木里镇勒几村四组，料场面积约5.73×104m2，分布高程2669～2834m，距大坝综合运距约1.2km。料场区无用剥离层为表部第四系全新统残坡积粉土质角砾，总储量为16.58×104m3；有用层为强～弱风化岩石，总储量为132.39×104m3，剥采比为1：8，储量为设计用量的2.1倍。强风化玄武岩干密度平均值为2.87g/cm3，饱和抗压强度平均值为45.82MPa，为较硬岩；软化系数0.60～0.91，平均值为0.75；弱风化玄武岩干密度平均值为2.89g/cm3，饱和抗压强度平均值为57.74MPa，为较硬岩；软化系数平均值为0.76。

溢洪道开挖石渣料主要选用强、弱风化玄武岩，用于填筑大坝下游干区。

反滤料、过渡料、垫层料及沥青混凝土心墙骨料采用乌科乡灰岩料场外购成品，质量和储量均满足要求。

4大坝设计

4.1坝体设计

坝顶宽度8.0m、长196.00m，大坝最大坝高65.50m。大坝上游坝坡分2级，坡比均为1:1.8，在高程2649.00m设一级马道，马道宽2.00m。下游坝坡分为3级，坡比均为1:1.7，在高程为2659.00m、2639.00m各设一级马道，马道宽2.00m，高程2615.00m以下为贴坡排水。上游坝坡采用0.15m厚C25F150混凝土预制块护坡，其下铺0.4m厚的碎石垫层，上游坡在2649.00m高程设2.00m宽马道；沥青混凝土心墙厚0.7m，顶高程2678.40m、底高程2615.50m，心墙顶部与防浪墙底板连接，底宽7.00m，顶宽11.00m，厚2.00m，采用C30W8混凝土现浇。心墙上、下游侧过渡层顶宽2.5m，底宽3.5m，坝下游坝坡采用1.0m厚的干砌块石护坡，在高程2639.00m和2659.00处各设置2.0m宽的马道,下游坝脚高程2615.00m以下设贴坡排水，坡比1：1.7。贴坡排水表层采用1.0m厚的干砌块石，下层设0.6m厚的反滤层。（见图1）

图1  现浇式沥青混凝土心墙堆石坝横剖面图

4.2心墙结构

沥青混凝土心墙位于坝轴线上游2.0m处。沥青心墙顶高程2678.40m、底高程2615.50m，顶宽0.7m，2662.5m~2659.00m渐变至宽0.9m，2642.5m~2639.00m渐变至宽1.1m。底部与基座接触部位渐变至宽2.5m，渐变段长3.5m。

心墙底部设C30W8钢筋混凝土基座，基座底设置φ25砂浆锚杆，间排距均为3.0m。并利用基座作为固结灌浆和帷幕灌浆盖重。心墙与其他建筑连接处设置渐变扩大段，扩大接触面积，适应心墙变形。

5材料设计

5.1堆石料

上游堆石料采用玄武岩料场人工爆破开采料中的弱风化~新鲜石料，初拟最大粒径600mm，粒径小于5mm含量不超过20%，粒径小于0.075mm含量不大于5%，级配良好，填筑孔隙率不大于23%。干密度≥2.14g/cm3，压实后的渗透系数为>1×10-2cm/s。在铺料过程中不得出现大块石或细料集中和架空现象。

5.2过渡料

过渡料采用灰岩料厂外购的人工骨料进行掺配，颗粒级配应连续。过渡料最大粒径为60mm，粒径小于5mm含量为25%～35%，粒径小于0.075mm的颗粒含量不大于5%，填筑相对密度不应低于0.9。

5.3反滤料

坝壳与坝基开挖后剩余的覆盖层接触部位和下游出逸处设置反滤层，反滤料采用灰岩料厂外购，颗粒级配应连续，渗透系数不小于2×10-3cm/s，粒径小于0.075mm的颗粒含量不大于5%。反滤层为两层，单层厚0.3m，粒径范围分别为0.15mm～10mm、5mm～40mm顺水流粒径应先细后粗填筑。筑坝材料主要参数见表1。

表1                       筑坝材料主要设计控制参数

5.4沥青混凝土

心墙现浇的沥青混凝土实施后应满足密度＞2.4t/m3，孔隙率＜3%，渗透系数≤1×10-8cm/s，水稳性＞0.9。沥青应采用专门生产的水工沥青，生产厂家在沥青出厂时应提供沥青全部试验指标报告和合格证，设计拟选沥青标号90号。粗、细骨料采用外购成品，填充料为石灰岩生产的人工砂经柱磨机磨细后分选而得的矿粉。沥青混凝土配合比见表2。

表2                       沥青混凝土配合比

6基础处理设计

6.1心墙基础处理

为增强地基岩体完整性，提高基岩抗渗能力，减小变形，基座基础均进行固结灌浆处理。孔距3.0m、排距4.0m，孔深6.0m。若下方遇破碎带，则按深入破碎带下缘1m控制，最深不超过15.0m。

基座以下帷幕灌浆布置2排，孔距2.0m、排距1.5m。主帷幕灌浆沿心墙基座轴线布置，防渗底线深入相对隔水层（q≤5Lu）以下5.0m，副帷幕深度为主帷幕的1/2。两坝肩采用灌浆平硐施灌，布置1排，孔距2.0m，防渗底线深入相对隔水层（q≤5Lu）以下5.0m，左岸延伸段长50.00m，右岸延伸段长92.50m。

6.2坝壳基础处理

由于坝壳基础覆盖层深，且松散，不宜直接填坝，挖出松散覆盖层会增加弃渣、填筑料以及弃渣占地，投资也相应增加，因为对坝壳基础采用振冲碎石桩处理，可减少开挖、回填方量，同时也减少占地。振冲碎石桩采用75kw振冲器，桩径1.0m，正方形网格布置，桩孔排间距2.0m，深至强风化基岩面，平均桩深14.0m。桩体材料采用含泥量不大的碎石、卵石、角砾、圆砾等硬质材料。初拟材料粒径为20~80mm，经现场试验后可适当扩大，但不得超过150mm。石料中含泥量不宜超过10%，且不宜用单级配石料。

7结余

由于洛嘎莫水库地质条件复杂，未采用之前设计推荐的面板堆石坝。根据复勘和填筑料调查，选用现浇混凝土心墙作为大坝的防渗体。目前项目已批复开建，可为其他类似地质条件复杂地区水库修建提供参考经验。

参考文献

〔1〕SL501-2010,土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范

〔2〕SL274-2020,碾压式土石坝设计规范

〔3〕SL62-2020,水工建筑物水泥灌浆施工技术规范

〔4〕水发规划设计有限公司.凉山州布拖县洛嘎莫水库工程初步设计报告.2023

作者简介：

谢娇娇（1985.02-），女，四川大竹人，工学学士，工程师，从事水利水电工程设计工作；

敬西同（1995.09-），男，四川盐亭人，工学学士，工程师，从事水利水电工程设计工作。