青川县东阳水库胶凝砂砾石坝结构设计与分析

青川县东阳水库胶凝砂砾石坝结构设计与分析邹同华，马学吉（四川沃土项目投资管理有限公司，成都,611732）!摘要】胶凝砂砾石坝是近年发展起来的一种新坝型，具有安全经济、环境友好、施工方便、适应性强等特点。

本文结合东阳水库的实际情况，经综合分析比较，推荐采用胶凝砂砾石坝；阐述了大坝结构和基础处理设计，进行了稳定、应力和地震动力分析，表明坝体结构设计合理，结构安全可靠，可为类似工程设计提供借鉴。

!关键词】胶凝砂砾石坝结构设计稳定分析应力分析东阳水库中图分类号:TV641文献标识码:A文章编号：2095-1809（2019）03-0027-04胶凝砂砾石坝（CSGR坝）是贾金生等［1］于2009年提出的一种介于面板堆石坝和混凝土重力坝之间的新坝型。

其主要特点是利用工程现场的砂砾石或开挖石渣料作为筑坝材料，使用少量的胶凝材料，通过简易拌合,经摊铺、振动碾压或浇筑振捣后形成的具备一定强度和抗剪性能的胶凝砂砾石⑵。

胶凝砂砾石坝具有漫顶不溃、抗震性能好、安全经济、适应性强、节能环保等优势，特别适宜在围堰、堤防和中小型水库大坝工程中推广应用目前国内已建成有街面、洪口等胶凝砂砾石围堰工程和顺江堰、猫猫河山塘等永久性工程;在建工程主要有山西守口堡水库、四川岷江犍为防护堤等工程⑷。

1工程概况东阳水库位于四川省青川县三锅镇境内，水库坝址位于嘉陵江流域清江河一级支流东阳沟上，坝址以上集水面积65.5km2%水库正常蓄水位932m，总库容717万m3，大坝采用胶凝砂砾石坝，最大坝高66.5m%工程属W等小（1）型工程，因大坝采用新型结构，且工程地质条件复杂，其主要建筑物提高一级为3级％大坝设计洪水标准采用50年一遇，相应洪峰流量564m3/s；校核洪水标准采用500年一遇，相应洪峰流量910m3/s%2工程地质2.1基本地质条件工程区位于扬子准地台龙门大巴山台缘坳陷之龙门山陷断束北段，属龙门山强烈活动断裂构造区％工区场地地震基本烈度为讽度，50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.2g，且工区附近有平武~青川主断裂及其羽列分支断裂F2、F3通过％其中平武~青川主断裂距工区最近距离约600m，F2、F3羽列分支断裂距离坝址区最近距离分别为440m、215m。

据《东阳水库锌厂坝坝址区断层活动性鉴定与水库诱发地震评价报告》，平武~青川断裂带2008年5・12地震中有过活动，其羽列分支F2、F3为全新世活动断裂％因此，该水库枢纽区地质构造发育，地质条件复杂％坝址区两岸大多基岩裸露，岩性为前泥盆系碧口群二组（AnDbi2）变质石英砂岩，岩性坚硬完整，坝址区岩层产状为N80。

~90°E/NW*70°~ 80。

，陡倾上游偏右岸，受构造影响，岩层略有扭转％坝肩两岸边坡坡度近50。

，现代河床及漫滩部位为第四系全新统（Q4*）冲积层漂卵砾石夹砂，厚度3m-17m%2.2砾坝址附近河道内砂砾石料较丰富，以山区河流冲洪积漂卵石夹中粗砂为主,成分有闪长石、花岗岩、变质石英砂岩等坚硬卵石，分选性较差，小于5mm含量在20%左右，大漂石含量30%~ 40%%质量基本满足胶凝砂砾石骨料要求％开挖石渣料主要为变质石英砂岩，强度可满足胶凝砂砾筑坝要%砾采河采的砾和枢纽开挖石渣料，控制最大粒径为150mm，超径部分采用机械破碎后使用。

根据胶凝砂砾石配合比试验成果［5］，推荐胶凝材料用量140kg/m3，其中水泥和粉煤灰各70k/m3，满足C1-。

8胶凝砂砾石的要求％3坝型选择坝址区的地形地质、建筑条件,拟重力坝砾石坝坝型行枢纽布置济。

从地形、地质条件，，基岩裸露,坝基岩体完整，坝型均宜。

工区地基本烈高，坝址距〜青川断裂，于砾石坝的抗能好，能地适应复杂的地质条件，故砾石坝较优。

从建材条件，重坝利用坝址附的砾为，而砾石坝可利用坝址的砾石，可利用枢纽筑坝,这样可减少弃，对环境影响，因此，砾坝较优。

从工程布置条件，坝型枢纽布置基本相同，工程布置条件相差不大。

从施工条件，坝布置大型工系型合系统，并施工过程需采取的温控措施,施工干，施工总工期36月；砾坝工系统布置简单，水，温措施简单，可坝通仓筑，施工方便，施工总工期34月。

因此,砾石坝较优。

从工程投资分析，砾坝工程总投资27236.02元，坝言省2425.45元，经济指标较优。

综合分析,推荐坝型采用胶凝砂砾石坝％4大坝设计4.1坝结构设计坝采 砾石坝,坝顶高程939.50m,坝顶长度135.50m,坝 6.00m,最坝高66.50m。

大坝上游坝坡为1：0.4,下游坝坡为1：0.7%溢流坝段采式无闸溢流，共计2孔，单 14・00m，末端采用底流消能%取水（）及生态放水管均埋设于坝体内％大坝内部采用C i-。

-胶凝砂砾石％上游防渗层采用C25,厚1.5m,下游防渗层采用C20，厚1.0m%大坝基础设置C20沾垫层，厚1.0m%坝共分为3个坝，水坝段、溢流坝段、右水坝段,长分别为53.75m、34.00m、47.75m。

挡水坝段与溢流坝设置横缝,横缝采工造缝,采“先”方式,缝内填塞无纺布％坝面防渗层和保护层分缝间距态分缝原则，横缝距14.75m〜18.75m,缝内设置止水％上游防渗层下设置一排竖向）150mm排水孔，间距2m%坝内布置两层廊道，高程分别为881.00m、914.00m,廊道尺寸采用2.0mX2.5m（宽O高）%4.2基础处理设河床坝段基风化上部，左、右坝肩坝段基风化中〜下部％帷幕共设置1排，孔距2.00m,帷幕岩体透水率g'5Lu界下5.0m%坝基采固结，、排距3m,其中河床坝段上游7排6m,中10排3m,下游6排15结构分析《胶结粒料坝筑坝技术导则》（SL678-2014）〔6*,坝体学I刚体的依据,复杂地基条件下宜采用有限元行分析％考虑到本工程位于高地震烈度区，距地裂带，地质条分复杂，采学有元综合分，并行抗分%试验资料［6*,砾石容重取2.4> m3,坝基抗剪强度/二0.55,抗剪断强度/二0.67,1.0MPa,层抗剪断强度>=0.62,=二0.64MPa,坝基弹性模量为10GPa,胶凝砂砾石弹性模量取11.5GPa°5.1学采学体行计，结各种工况下坝体及层面抗满足要求，坝基满足要求％表1非溢流坝段坝体抗滑稳定与应力计算结果坝基抗坝基抗层间抗坝踵垂坝垂最大主工况剪安全剪安剪安直应力直应力压应力系数系系(MPa)(MPE)(MPE)完建工况0.800.630.93正常运行 1.60 6.37 5.550.630.69 1.02设计洪水 1.38 5.59 4.610.550.74 1.10校核洪水 1.31 5.33 4.470.520.76 1.13地震工况 1.25 5.04 4.260.490.80 1.20表2溢流坝段坝体抗滑稳定与应力计算结果坝基抗坝基抗层抗坝垂坝垂最主工剪安剪安剪安直应力直应力压应力系系系(MPE)(MPE)(MPE)完建工0.970.58 1.13正常运行 1.45 5.72 5.150.600.73 1.09设水 1.28 5.15 4.310.530.78 1.16校核水 1.23 4.96 4.070.500.80 1.19地工 1.13 4.56 4.060.460.85 1.26 5.2有限元静力分析建水坝段有限元分型，模型采用四边形单元,模型共有单元15227,中坝体部分9287,型详见图2%图2有限元计算分析模型,设计洪水和校核洪水工况下,坝体应分布详见图3-图6%静下，坝体水平向最大位移为5.90mm,竖向最大位移为7.98mm,均坝顶％坝体竖向正均为，最值为4.50MPa,坝处的层,砾最大竖向正为1.65MPa°坝体最小主为6.80MPa的，坝处的层内，砾最小主为2.52MPa的%坝体最大主为除廊口和坝踵处中区0.05MPa的【力,均为状态，砾均处于状态。

分析所得的均小于的，强度设计满足要求％表3坝体应力计算结果单位:mm&MPa 工况坝体水坝体竖坝体竖向坝体最坝体最CSGR竖CSGR最CSGR最平位移向位移正主应力主向正应力主主设计洪水 4.54-7.33-3.680.04-5.70-1.33-0.01-2.48校核水 5.90-7.98-4.520.05-6.85-1.65-0.006-2.52图6校核洪水工况下坝体最大主应力分布5.3地震动力分析利用有限元时程法，计算了坝体的地震动响应,计算结果如图7-图-所示。

坝顶最大水平向动位移为9.14mm,最大竖向动位移为-9.18mm,最大水平向加速度为4.12m/s2,最大竖向加速度为-2.62m/s2%坝踵处最大主应力为1.35MPa 的拉应力，小于C25标值，胶凝砂砾石最大主应力为0.1MPa的压应力,坝趾处最小主应力为7.1MPa,/J、于下游面板C20混凝土的抗压强度,坝体砾石最小主为3.1MPa的压应力，小于胶凝砂砾石抗压强度%坝踵处沿建基坝体约1.5m围内，即上游面防渗面板底部将出现拉应力，坝踵处的1.35MPa衰减至0.2MPa；上游面坝体顶处及上层，地过程中I现0.3MPa左右的拉应力;廊中部出现轻微拉应力，幅值约0.3MPa%图7坝体最大王应力包络图图8坝体最小王应力包络图6结语胶凝砂砾石坝采用“宜材适构、宜构适材”的筑坝理念，能够充分利用当地建筑材料、减少弃，利于环境；强调功能分区，可以充分能，超强;水，温单,施工方便;具有漫顶不溃，抗能优点；极端情况下能避免发生重大次生灾害，在中小型水利工程中具有普遍的的应用前景。

结合东阳水库的实际情况,采用胶凝砂砾石坝,能够工程地质条件复杂、地震烈度高、洪水流、环保要，经济效益显著％大坝分，砾石坝设计合理,结构安全可靠,能满足抗震设防要求,可为类似工程提供的借鉴％水库砾石坝是我国首次在高地震烈度区(训度)复杂地质条件下应用胶凝砂砾石筑坝，并坝高是建(审批)工程之首％相关单位做的试验工作％通过东阳水库的工程验总结，有利于推动国内筑坝的，砾筑坝的推广％参考文献(1］贾金生，刘宁，郑璀莹，等•胶结颗粒料坝研究进展与工程应用［J］，水利学报,2016,47(03)：315-323.:2］冯炜.胶凝砂砾石坝筑坝材料特性研究与工程应用］D］.北京：中国水利水电科学研究院，2013.:3］贾金生，郑璀莹，王月，等•胶结颗粒料坝筑坝理论探讨与实践进展:J］•中国科学：技术科学，2018，48 (10)：1049-1056.:4］刘中伟，贾金生，冯炜，等•胶凝砂砾石坝在中小型水利工程中的最新应用与实践［J］.水利水电技术，2018，49(5)；44-49.:5］四川赛思特科技有限责任公司•东阳水库祥厂坝坝址区断层活动性鉴定与水库诱发地震评价报告(R］.2017.:6］黄河勘测规划设计有限公司，中国水利水电科学研究院，四川沃土项目投资管理有限公司•青川县东阳水库工程胶凝砂砾石坝研究报告(R］•北京：中国水利水电科学研究院，2018.■。