金塘子水库工程设计综述

金塘子水库工程设计综述

华林

大理白族自治州水利水电勘测设计研究院 云南省大理州 671000

【摘 要】金塘子水库的兴建可解决灌区耕地缺水困境，提高灌溉保证率，增加粮食产量和农民生活水平，促进农业生产的发展具有重要的作用和意义。本文重点就心墙坝及基础处理设计方面进行介绍。

【关键词】粘土心墙坝；坝基处理；金塘子水库；

1工程概况

金塘子水库位于大理州永平县厂街乡义路村委会境内，坝址处于银江河左岸支流金塘箐上游。水库是以农业灌溉为主，兼顾下游人畜饮水的小型水利工程。工程建成后可新增和改善灌溉面积0.34万亩，并满足灌区内0.16万人、0.82万头牲畜饮用水需求。

金塘子水库坝址以上径流面积为4.2km²,年径流量191万m³，水库总库容109.7万m³。大坝、溢洪道及导流输水放空隧洞级别4级，输水干管、次要建筑物及临时建筑物级别5级。坝址300年一遇校核洪峰流量27.9m³/s，30年一遇设计洪峰流量17.4m³/s。水库枢纽建筑物由大坝、溢洪道、导流输水放空隧洞和输水管道工程组成。

金塘子水库大坝平面布置见图1。

2地形地质条件

根据地质揭露，左坝肩及岸坡大部被第四系崩坡积（Q^cold）块碎石夹粘土层覆盖，偶含孤石，中至密实，厚度一般4～5m，局部约8m。基岩局部出露，主要分布于坝轴线上游冲箐沟边上，沿小路呈条带状分布，平面宽约6m，长约56m。河床段表层为第四系冲洪积（Q^alp）棕黄、灰黑等杂色卵砾石夹粘土，偶含孤石层覆盖，砾石具有次磨圆度，成分以砂岩、石英砂岩为主，松散至中密。坝轴线方向主河道相对狭窄，宽约11.4m，上下游坝脚则相对较宽，分别约42.8m、49.3m，透水性强，顺河道分布。右坝肩岸坡段基岩大部出露，但山脊表层被第四系残坡积（Q^eld）块碎石夹砂土层覆盖，厚度不大，一般1～2m，岸坡脚则分布有崩坡积（Q^cold）块碎石夹粘土层，偶含孤石，厚度变化大，1～3m不等，沿坡脚呈裙边状分布。

根据钻孔揭露，坝址区冲洪积层为卵砾石夹粘土，偶含孤石，但粘土含水量高，以中以松散至中密状态，砾石具次磨圆度，成分以砂岩、石英砂岩为主，厚度一般仅5～6m，透水性强，抗冲刷能力弱，稳定性差。坝址区出露及下伏基岩岩性为白垩系下统花景星组（K₁j¹）下段碎屑岩建造地层，岩性为灰白色石英砂岩、紫红色砂岩、泥岩，据钻孔揭露，左坝肩、河床、右坝肩强风化底界深度分别为14m～17m、11m、20.5m～31m，强风化段节理裂隙发育，岩芯破碎，RQD值分别为15～19、13.3、5.4，裂隙面有泥质或褐红色铁膜充填覆盖，尤其是右坝肩岩石风化程度较深和破碎，弱风化基岩节理裂隙中等发育，左岸坡和河床钻孔岩芯相对较完整，岩芯多呈长柱状、柱状，RQD值分别为16.7～40.2、18.7，裂隙多呈闭合状，或多被无序白色石英脉充填，宽一般2～6mm。右岸坡钻孔岩芯破碎。

图1金塘子水库工程平面布置图

3坝体剖面设计

坝顶高程2250.3m，最大坝高40.8m，长113m，宽5m，上游侧设1m高防浪墙，下游侧设路肩石。上游坝坡由坝顶至坝脚坡比为1:2、1:2.25、1:2.5，下游坝坡由坝顶至坝脚坡比为1:2，坝脚堆石棱体顶部高程2217.30m，顶宽2m。

4坝体分区及坝料设计

4.1坝体分区设计

粘土心墙风化料坝由上、下游风化料填筑区、粘土心墙、反滤层和排水棱体等部分组成，分区材料渗透性由粘土心墙往上下游逐渐增大，均满足水力过渡要求。

4.2 坝料设计

坝体筑坝材料分区详见大坝分区概况图2。

坝体各区材料设计要求如下：

(1) 风化坝壳料：坝壳风化料位于上坝址下游右岸，岩性为强风化灰白、紫红色砂岩、石英砂岩及紫红色泥岩。根据土工试验，土料比重2.69，换算设计干密度为1.968 t/m³，控制孔隙率23%，相对密度不得低于0.80，含水率控制在最优含水率5.4％的-2％～+3％偏差范围内，抗剪指标根据试验及同类工程取C=2.0KPa，ф=28º。土坝试验资料反映，该坝料渗透系数较小，在坝料开采用中应选择性开采用填，坝壳透水系控制在1.0×10^-3cm/s以上。

图2 大坝分区概况图

(2) 防渗粘土心墙：粘土心墙采用Ⅰ号粘土料场的开采填筑。粘土料采用压实度控制、填筑干密度、最优含水率控制，压实度为≥0.96m，含水率控制在最优含水率24.43％的-2％～+3％偏差范围内，设计干密度≥1.536g/cm³，C=21.72KPa，ф=22.75º，渗透系数＜1×10^-5cm/s。

(3) 反滤料：反滤过渡层填筑标准按相对密度Dr≥0.75控制；反滤过渡层(混合砂)中粒径小于0.1mm的颗粒含量应不超过5%。

(4) 排水棱体：排水体石料软化系数应大于0.85，饱和抗压强度不小于40Mpa，孔隙率≤25%。

各分区填筑控制标准见下表1，心墙料、反滤料包络图见图3。

表1 坝体填筑控制标准

图3 心墙粘土料颗分级配包络曲线图

5 基础处理

（1）大坝基础处理

设计考虑覆盖层指标低，两岸形较陡，坝前右岸存在箐沟，如若覆盖层不清除，坝体的坝坡较缓、坝体工程量较大，且两岸施工开时边坡稳定不满足要求。故大坝清基原则为：心墙基础置强风化基岩上，左岸清基深1.5～2m，河床清基深2.2～3m，右岸清基深1.5～3m，局部加大清基深度。上下游坝壳区河床部分基础清除覆盖至基岩，左岸清基深约2m，右岸清基深约2.5m。坝壳建基面置于强风化基岩上。

（2）防渗设计

根据地层透水性情况及分布情况，坝基基岩及坝肩采用帷幕灌浆防渗处理。灌浆顶界以正常蓄水位2247.77m与稳定地下水位控制，左、右岸分别延伸38.407m、56.593m，帷幕长208m，帷幕灌浆防渗底界以q≤10Lu接地式灌浆控制，进入相对隔水层（q≤10Lu）不小于5m。帷幕轴线与心墙轴线重合，在坝轴上游1m，由于大坝右岸地形防渗轴线伸入库内，为满足右坝肩帷幕灌浆顶界高程不低天正蓄水位要求，帷幕灌浆在距右坝肩12.641m处向下游偏转43°。帷幕灌浆孔孔距2.0m，灌浆孔按三序孔实施。帷幕灌浆采用纯水泥浆灌注。在河床部分坝轴线上、下游分别布置一排固结灌浆孔，排距2m，孔距2m，孔深5m。

6 工程观测

为做好大坝观测记录和资料整编，布置坝体测压管6孔，布置沉陷位移标点15个、校核基点2个、起测基点10个、工作基点10个、三角量水堰1座。

7结语

灌区由于缺乏控制性水源工程,缺水状况十分严峻。金塘子水库的新建可基本满足灌区经济发展对水资源的要求，该工程的建设对灌区经济的持续健康发展将起十分重要的作用，具有显著的社会效益和经济效益。

8 参考文献

[1]潘家铮主编．土石坝水工建筑物设计丛书水利电力出版社1992．

[2]潘家铮主编．工程地质计算和基础处理水工建筑物设计丛书水利电力出版社1985

[3]华东水利学院主编．水工设计手册第四卷 土石坝水利电力出版社1984

[4]SL274-2018碾压式土石坝设计规范．