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1壩體料力學特性試驗

1.1料場

主壩壩體填筑料采用當地砂巖石渣料和泥巖石渣料。砂巖石渣料有斜石壩和牛場寨2個料場。斜石壩有用層為J2s2-4弱風化—新鮮巨厚層砂巖，弱風化砂巖飽和單軸抗壓強度8.05～8.57MPa，軟化系數0.52，厚度6.9～13.8m；牛場寨有用層為J2s2-4弱風化—新鮮巨厚層砂巖，弱風化砂巖飽和單軸抗壓強度7.90～9.77MPa，軟化系數0.50，厚度14.9～23.1m。

1.2現場碾壓試驗

1.2.1初次碾壓試驗

為了確定壩體填筑標準和壓實采用的參數（碾壓設備型號、振動頻率及重量、行進速度、鋪筑厚度、碾壓遍數等），對筑壩材料進行不同的鋪土厚度、不同碾壓遍數和加水與不加水等多種不同工況的現場碾壓試驗。現場碾壓試驗選擇25t自行式振動平碾，分不加水和加水2種試驗工況。加水工況分3種鋪土厚度（60、80、100cm），3種碾壓遍數（4、6、8遍），1種行車速度（2.5km/h）；不加水工況分3種鋪土厚度（60、80、100cm），2種碾壓遍數（4、6遍），1種行車速度。從試驗成果看，加水工況下的干密度較不加水工況下的干密度高。同一區域不同碾壓遍數下，平均干密度值隨鋪土厚度的變化幅度不完全相同，但總體的變化規律較為相似，平均干密度值隨鋪土厚度的增加有較為明顯的減小，鋪土厚度從60cm增加到80cm時的干密度減小幅度較鋪土厚度從80cm增加到100cm時要小。平均干密度值隨碾壓遍數的增加呈規律性的增加，碾壓遍數從4遍增加到6遍時的干密度增加幅度較碾壓遍數從6遍增加到8遍時要大。

1.2.2補充碾壓試驗

現場碾壓試驗完畢后，根據設計要求對砂巖料做補充試驗，補充碾壓試驗鋪土厚度80cm和100cm，碾壓遍數8遍，激振力390kN。加水量為5.5%（按試驗料填筑體積計算），并在上料攤鋪過程中灑水，以使灑水更為均勻。從砂巖料的補充試驗可以看出，隨著激振力的提高，干密度較碾壓試驗都有0.02g/cm3的提高，說明碾壓激振力對干密度值的提高有較為明顯的影響。從顆粒級配曲線上也可以看出，試驗料破碎情況較碾壓試驗更為顯著，累計平均沉降量的變化趨勢與碾壓試驗變化規律相似。根據現場碾壓試驗，確定壩體施工碾壓參數：砂巖加水、鋪土厚度80cm、激振力390kN、碾壓8遍，設計干密度2.03g/cm3。

2主壩設計

2.1主壩壩體設計

主壩壩型為瀝青混凝土心墻石渣壩，壩頂高程354.20m，防浪墻頂高程355.60m，最低建基面高程311.50m，最大壩高42.70m。壩頂總長678.15m，壩頂寬7m。大壩上游在高程333.50m以上邊坡為1∶2.25，高程333.50m以下至高程323.00m坡度為1∶2.5，再以下為1∶2.75，高程333.50m設寬4.275m馬道，323.00m高程設5m寬馬道；下游327.00m高程以上邊坡為1∶1.9，以下為1∶2，分別在高程340m及327m處設置馬道，馬道寬度均為2m。瀝青混凝土心墻采用直心墻形式，厚度在高程331.0m以上為0.50m，以下為0.70m，墻頂高程為353.40m，高于校核洪水位353.32m。心墻底部2m為漸變段，與混凝土齒槽相接處心墻加厚至1m，混凝土齒槽混凝土采用C20W6，二級配，瀝青混凝土心墻與混凝土齒槽采用止水銅片連接，為保證瀝青混凝土和混凝土齒槽良好連接，齒槽頂部設反弧，反弧上鋪設20mm瀝青瑪蹄脂。心墻上、下游側分別設2m厚的過渡層，作為瀝青混凝土心墻的持力層和保護層，過渡層至壩基逐漸加厚與基礎相接。心墻過渡層后布置水平排水，壩腳設貼坡排水，與水平排水相接。水平排水采用排水條帶形式，梯形布置，底寬5.0m，兩側邊坡1∶1.2，中間為塊石，四周包反濾，沿壩軸線自左向右設有6條排水帶。貼坡排水頂高程327m，坡比1∶2，貼坡排水厚度0.5m，采用干砌石砌筑，排水下設2層反濾，每層厚度0.30m。壩腳設縱向排水溝，并在河床壩段設排水溝將主壩滲水導入下游河道。大壩上游面下部采用干砌塊石護坡，上部采用混凝土預制塊護砌；壩體下游面采用草皮護坡。壩體分為上游石渣區、上游臨時擋水斷面、瀝青心墻、心墻過渡層和下游石渣區。心墻過渡層料、反濾料、水平排水、貼坡排水等均采用強度較高的灰巖石料。上游臨時擋水斷面采用復合土工膜臨時防滲。壩殼料采用強度較高的砂巖石渣料填筑。心墻過渡料設計干密度2.10g/cm3，根據《重慶玉灘水庫擴建工程現場碾壓試驗報告》確定砂巖石渣料干密度不小于2.03g/cm3，鋪土厚度80cm，碾壓8遍。為控制施工期沉降，滿足加快施工進度要求，主壩心墻施工一、二期填筑高程統一后，主壩下游過渡料設計干密度由2.10g/cm3調整為2.15g/cm3；石渣料設計干密度由2.03g/cm3調整為2.07g/cm3。下游石渣料每層虛鋪厚度為60cm，最大粒徑為45cm。壩殼石渣料滲透系數不大于1×10-3cm/s。反濾料要求相對密度不小于0.70。

2.2主壩有限元分析

玉灘水庫主壩分別進行二維、三維有限元計算。瀝青混凝土心墻和壩體填筑體采用鄧肯-張（Ducan-Chang）E-B非線性模型模擬，混凝土采用線彈性模型模擬；瀝青混凝土心墻與過渡層的接觸面采用薄層接觸面單元模擬。分析主壩二維、三維有限元計算結果，有下列結論：（1）由于壩軸線較長，沿壩軸線方向地形變化較緩，主壩的河谷三維效應很小，壩體應力位移的最大值發生在最大斷面壩段，即樁號0+180至樁號0+300的壩段。該壩段范圍內的二維和三維計算結果基本一致。（2）壩體在自重作用下的沉降量最大為30cm，沉降變形在壩高的1％以內；蓄水后，由于上游側壩殼浮力的作用，壩體沉降略有減小，為28cm。竣工期壩體的向下游的水平位移最大為14cm；蓄水后，由于水壓力的作用，壩體向下游的水平位移增加到21cm。整個壩體的應力分布較好：竣工期壩體絕大部分區域應力水平都較小（小于0.5MPa）；蓄水期，除心墻上游側臨近區域應力水平達到0.9MPa外，壩體其它區域的應力水平較小（小于0.6MPa）。（3）竣工期瀝青混凝土心墻的水平位移很小，沉降較大，沉降最大值約29cm，發生在最大斷面壩段的心墻中部。蓄水期，由于水壓力的作用，瀝青混凝土心墻發生向下游的水平變形，位移最大約為20cm，發生在最大斷面壩段的心墻上部。竣工期，瀝青混凝土心墻的應力接近自重應力分布，大主應力最大值約1MPa，小主應力最大值0.35MPa。蓄水期，除墻底部應力略有減小外，其它部位瀝青混凝土心墻的應力混凝土竣工期一樣，接近自重應力分布，大主應力最大值約0.9MPa，小主應力最大值0.42MPa。無論竣工期還是蓄水期，瀝青混凝土水平的應力水平都較小，均小于0.4MPa。用應力水平來評價瀝青混凝土心墻的安全性，則瀝青混凝土心墻有較大的安全裕度。

3主壩基礎處理

本工程主壩采用瀝青心墻石渣壩，大（2）型水庫，根據規范，基礎透水率應控制在5Lu以下。透水率q大于5Lu的底界高程為：左壩肩304m；右壩肩310m；河床274m。根據地質建議，心墻及反濾層部位基礎開挖至弱風化中下部巖體，其余部位適當放寬，開挖到弱風化上部。心墻下布置灌漿帷幕，與心墻相連，形成壩體、壩基的防滲體系。采用單排幕，孔距2m。壩基相對不透水層按透水率小于5Lu控制，防滲帷幕伸入相對不透水層5m。主壩帷幕長724.40m，下限高程左岸為295m，河床270m，右岸305m。根據《帷幕灌漿試驗報告》確定帷幕灌漿孔距2.0m，灌漿壓力是根據地質情況、孔序情況控制0.5～1.2MPa。壩基防滲帷幕在左岸與溢洪道控制段防滲帷幕連成一體，右岸與單薄分水嶺防滲幕體相接。為加強壩基基巖的整體性及心墻基座與基礎的緊密連接，在心墻下設2排固結灌漿孔進行固結灌漿，灌漿孔距3.0m，孔深6.0m。

4結語

（1）玉灘水庫2008年開工建設，2010年底主壩填筑到壩頂，2012年水庫正常蓄水，目前大壩運行良好，經受了洪水考驗。（2）玉灘樞紐主壩采用瀝青混凝土心墻軟巖石渣壩。軟巖作為介于土、石之間的一種材料，其性狀有別于土、石，理論基礎相對較為薄弱，但對于缺少理想筑壩料源的地區來講，其利用和推廣有著廣闊的空間。隨著土工試驗技術、大型土工試驗儀器的發展以及大功率震動平碾的使用，對筑壩材料的限制也在逐步的突破和放寬，并嘗試采用任意石渣料筑壩。軟巖筑壩技術在國內外壩工界也在逐漸起步，一些大壩將軟巖開挖料布置在下游壩體干燥區，達到了一定的節省投資目的。玉灘水庫主壩采用了壩殼全斷面軟巖填筑技術，對其他此類壩均有借鑒意義。

作者：陸永學時鐵城李婭李浩瑾單位：黃河勘測規劃設計有限公司天津設計院中水北方勘測設計研究有限責任公司