柏叶口水库坝型方案比选及建筑物优化设计

段 ，根 据两种坝型对地质条件的要求差异进行深入 分析 。 坝址 区覆盖层一般厚度 ７ ８ ～ ｍ，在推测深槽部位 勘探揭露深度最大 １．ｍ 覆盖层以 Ｑ 卵石混合土 ５１ 。 层为主 ， 中未发现土夹层 ， 层 虽存在砂层 ， 但层薄且不 连续 ， 呈透镜体状分布 ， 原状 卵石混合土层具低压缩 性， 密实程度为 中密～ 密实 ， 抗剪强度较高。坝址左岸 基 岩 强 风化 层厚 ６ １ 弱风 化 层厚 ｌ～２ｍ。设计 ～ ５ｍ， ７ ２ 坝轴线主河床基岩强风化 层厚 ３ ８ ～ ｍ，弱风化层 厚 ｌ～ ０ｍ。 计趾 板 线处 强 风化层 厚 １ ｌ 左侧 河 谷 ４ ２ 设 ～ ０ｍ， 弱风化层厚 ｌ～ ３ 右侧河谷弱风化层厚 ３ ～ ５ ６ ２ ｍ， ５ ５ ｍ。
置换 和 固结灌 浆 工程量 。
在工程规模基本不变的前提下 ， 通过优化 防洪调
度方 式 ，对溢洪道 进 口控制 段底高程 １１７ ２ ． ｍ和 ５
１ ２ ８ １ ｍ分别进行调洪计算 ，其结果为设计洪水位和
校核洪水位基本相同。因此 ， 确定溢洪道进 口控制段
的底高程为 １ ２ ｍ， ８ 比可研阶段抬高 １ １ ｍ。
积 累 了经 验 。 ‘
［ 关键词 ］ 混凝土面板堆石坝 ； 碾压混凝土重力坝 ； 溢洪道 ； 泄洪发 电洞； 柏叶 口水库 ［ 中图分类号 ］ Ｖ ４ Ｔ ６ ［ 文献标识码 ］ ｃ ［ 文章编号 ］０４ ７ ４ （０ １０ — ０ １０ １０ — ０ ２２ １ ）９ ０ ３— ２
初设 阶段通过对坝址区地质进一步勘察可知 ， 左
岸岩石较完整 ， 风化程度较轻 ， 左岸岩性整体好 于右
岸。 泄洪发电洞位于左岸 ， 兼施工期导流 ， 洞进 口和趾 板之间应有适当的距离以满足施工 围堰布置 ， 口位 进 置上游约 ２ ０ ｍ岸坡岩石破碎且覆盖层较厚 ，上游发
型！！ 垒 旦团
流 消能 段 底 板混 凝 土厚 达 ５ｍ， 冲齿 墙深 １ 防 Ｏｍ。初 设 阶段 地质 钻孔 资 料显 示 ， 原挑 流 消 能段 风化 程 度 和 严 重 ， 风化 深 度 在 ４ 以上 ， 流 段 上游 ｌ 强 ０ｍ 挑 ０ｍ处
、
石覆盖层 ， 考虑到泄洪对地基的冲刷和与公路交叉处 的地基不均匀沉降问题 ， 可研 阶段对急流槽下的砂砾
４ 溢 洪道 优化 Fra bibliotek通过现场查看定线 ， 溢洪道进 口位于左坝端比较 合适 ； 口上游侧距下游坝脚 约 ９ 下游侧距柏叶 出 ０ ｍ， 口村居 民区不远 ， 出口位置基本没有调整的余地。因
急流槽坡度 １ ０底高程由 １ ５ ／， ２ ５ ０ ｍ降至 １ ５．ｍ， ２ ０ ９ 槽后接 ７ ．ｍ的挑流消能段 ， ４ ．ｍ， ５ 共 ９ 其中约有 ３ ５ ０ ｍ 长的基岩面较低 ， 急流槽底板以下有 ７ ｍ左右的砂砾
坝址 右 岸基 岩 强风 化层 厚 １～ ３ｍ，弱 风 化层 厚 ４ ￣ ８ ２ ５
触带附近部分地段岩石呈土状 ， 有可能沿该带延伸方 向产生错动 ， 影响右岸重力坝基及边坡稳定 。 面板堆石坝型主要存在坝基覆盖层和基岩渗漏 、 绕坝渗漏 ， 坝基覆 盖层 、 基岩全 强风化层 、 右岸沿辉 ２ 号带渗透稳定及开挖边坡稳定问题。渗漏稳定问题
议 采用 面板 堆石 坝型 。
３ 坝线 优 化
９ 坝址 区基岩存在差异风化现象 。 ０ ｍ， 重力坝型对地基的要求较 高， 本工程设计大坝为 高坝 ， 按照规范要求将坝基置于弱风化层中部至微风 化层。 坝轴线处强风化层下限埋深 ｌ １ 弱风化层 １ ７ ｍ， 下限埋深 ２ ５ 。 ７ ３ 重力坝型对两岸开挖 的深度较大 ， ｍ 特别是右岸强 、 弱风化层较厚 ， 开挖工程量大 。 面板堆石坝型对地基要求较低 ， 坝基覆盖层可部
可通过面板及基岩帷幕灌浆防渗加以处理。由于两岸
开挖厚度较薄 ， 其边坡稳定 问题较重力坝型相对不突 出， 开挖带多处强风化带 内 ， 且 其边坡稳定问题应 引
起 足够 重视 。
总体来看 ， 由于坝址区风化程度较高 ， 尤其是弱 风化层厚度较厚 ， 且区内风化差异性明显 ， 重力坝型 开 挖量 大 ，由此带来 的边坡 稳 定 问题 可能 较 突 出 ， 建
Ｓ ＨＡＮＸＩ Ａ Ｒ ＲＥ ０ＵＲＣ Ｓ ＴＥ Ｓ Ｗ Ｅ
育一冲沟， 口不宜向上游移动。 进 从左岸来看 ， 如果趾 板线 向上游移 ，会引起泄洪发电洞进 口位置上移 ， 则 隧洞进 口位置不合理 ， 故趾板不宜向上游移动 ， 即坝 轴线 不宜 向上 游移 动 。 可研阶段的坝轴线距柏叶 口村约 ５０ ０ ｍ，左岸布 置溢洪道出 口比较紧张 ， 故坝轴线不宜向下游移动。 总之 ， 可研阶段初选的坝轴线 比较合理 。但由于 坝址区有 ３ 个节理密集带（ 从上游至下游分别为带 １ 、
石层采用大开挖换填混凝土基础。由于该处地下水位 较高 ， 砂砾石开挖大部分属水下开挖 ， 会增加施工难 度和开挖方量 ， 经分析 比较 ， 初设 阶段采用灌注桩基 础， 垂直于急流槽轴线布置 ８ 排桩 ， 每排 ３ ， 根 桩体深 入基岩 ２ ３ ～ ｍ，这样既解决了地基抗 冲和跨公路桥不 均匀沉降的问题 ， 又避免了大开挖基坑涌水和工程量 大的问题 ， 节省了工程投资 。
１ 工程概 况
分作 为 大坝 坝基 ， 开挖 工程量 较小 。
柏叶 口水库位 于交城县会立 乡柏 叶 口村上 游约 ５０ ０ ｍ的文峪河干流上 ， 控制流域面积 ８５ ｍ ， ７ ｚ是一 ｋ 座以城市生活和工业供水 、文峪河水库 防洪为主， 兼
重力坝型在开挖后主要存在坝基基岩渗漏、 绕坝 渗漏 、右岸沿辉 ２ 号带渗透稳定及开挖边坡稳定 问
［ 作者简 介 ］ 卿元（ ９９ ） 男 ，０ ４年 毕业 于华北水利 赵 １７ 一 ， ２ ０
水电学院水工专业 ， 助理 工程师。
［ 收稿 日期 ］０ １０ ～ ４ ［ 回日期 ］０ １ ０ — ６ ２１－７ １；修 ２ １－ ８ １
存在一大理岩墙 ， 厚约 １ 且风化程度较轻 ， 比较 ２ ｍ， 也 抗冲 ， 因此将挑流段 向上游移至大理岩墙上 ， 以减小 挑流消能段的混凝土量 ， 同时省去泄槽末段的混凝土
山 水利 鲁 西 鲁
技术与应用・０ １ ２ １ 年第 ９期
柏口１水库坝型方案比选及建筑物优化设计 十 ３
赵 卿 元
（ 山西省水利水电勘 测设计研 究院， 山西 太原 ００２ ） ３０ ４
［ 摘要 ］ 柏叶 口水库初 步设计阶段 ，通过对 混凝 土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝两种坝型方案进行 比较分 析 ， 定采用面板 堆石坝型 ， 确 并对主要 建筑物布置进行 了优化设计 ， 为山西省混凝 土面板堆 石坝的高坝设计
基稳 定 产生 不利 影 响 。另外 ， ２号带 与 周 围岩石 接 辉
顾提高现有灌区灌溉保证率 、 电等综合利用 的中型 发 水利枢纽工程 ， 主要由大坝 、 溢洪道 、 泄洪发电洞和水
电站等建筑物组成。
２ 坝型 方 案 比选 在 可行 性研 究 阶段 ， 选 混 凝 土面 板 堆石 坝 和 碾 初 压 混 凝 土重力 坝 两种 坝型 进行 比较 。 入初 步设 计 阶 进
５ 泄洪 发 电洞优化
可研 阶段泄洪发 电洞进 口位于坝轴线上游左岸 ，
题 。渗漏及渗漏稳定问题可通过帷幕防渗加以处理。 由于两岸 ， 尤其右岸开挖厚度较大 ， 开挖后易形成高 边坡 ， 开挖 边坡 的稳 定 问题 较 为 突 出。坝 址 区基 岩风 化存在差异性 ，在大的风化带有规律变化 的情况下 ， 各带内岩层 间存在风化程度的差异及突变 ， 如弱风化 层 中也 可局 部 见到 强 风化 层 ， 开挖 边坡 的稳 定 及坝 对
合理 。
带 ２带 ３ 横穿河谷 ， 、 ） 节理密集带影响范围内岩石 比
较破碎 ， 风化程度严重。其中带 １ 与河谷趾板小角度 相交 ， 为避开该节理密集带 ， 将坝轴线逆时针旋转 ４ ， ｏ 使河谷趾板线置于带 １ 和带 ２ 之间较好 的基岩上 ， 旋 转以后的坝轴线左端控制点位置基本不变 ， 右端 向下 游偏 移约 ２ ５ ｍ。
距坝轴线约 ２０ｍ 现场查看该处岸坡岩石比较完整 ， ０ ， 风化程度较轻 ， 同时能够满足洞进 口至上游坝脚之间
布置施工围堰 的要求 。洞出 口位于柏叶 口村下游约
２ ０ｍ， ５ 隧洞泄 洪 不会 危及 居 民安 全 ， 且在 洞 出 口与 而
柏 叶 口村之间有较合适的位置可布置电站 ，整体来 看， 可研 阶段洞进出 口位置选择较合理 ， 初设 阶段进
出口位置不变， 即洞轴线位置不变。
依据地质资料 ， 初步设计 阶段将洞进 口向上游移
１． 洞 出 口向下游移 ４ ． 洞身段长 ６０ｍ， ２２ ４ ｍ， ５８ ５ ｍ， ０ 比可研 阶段延 长 ５ ７ｍ。隧洞 出 口后通 过急 流槽跨 ３０ ２ 省道路将洪水泄入河道， 按照新测地形 图， 该公路 已 向洞线 的下 游 侧偏 移 ， 挑 流段 位 于 路 基 下 ， 以 原 所 适 当延长急流槽 ， 使其跨过公路 ， 再布置挑流段 ， 最终 急流槽 的长度为 ４ （ ２ｍ 可研阶段为 ６ 。这样处理 ５ ｍ） 后， 增加 了洞挖方量 ， 但减小 了进 口段 的开挖高度 ， 有 利于岸坡稳定 ， 减少 了岸坡开挖量 ， 总体上较为经济
此， 可研 阶段溢洪道 的轴线位置合理 ， 初设 阶段溢洪
道轴 线位 置不 变 。
受覆盖层和其走 向的影响 ， 可研 阶段泄槽纵坡为 １ 和 １ ． 。初设 阶段根据钻孔资料 ， ： ２ ：２ ４５ 将部分底板置
于强风化下部 ， 泄槽纵坡 １ ． ８ ：８ 。可研阶段泄槽横断 ２８ 面的开挖为侧墙顶 以上 １ 设 ２ ０ ｍ， ｍ宽马道 ， 马道 以 上 开挖 边坡 为 １ ．， ：７ 以下 为 ｌ ．； 设 阶段 考 虑强 风 ０ ：５初 ０ 化岩 石稳 定性 ， 开挖 边坡 均采 用 １ ．， ：７ 不设 马道 。 ０ 可研阶段泄槽 穿 ３０省道将挑流消能段置 于公 ２ 路外侧 ， 桩号 ０ １０ ０ ２ ２ ＋ ５～ ＋ １ 泄槽底板置于强分化表层 和覆盖层中 ， 底板以下的覆盖层用混凝土置换 ， 强风 化 层用 固结 灌浆 处 理 。为将 底板 置 于基 岩 和 防 冲 ， 挑