主坝结构布置设计优化方案

4.1.3.1　主坝布置

主坝为沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程791.90m，最大坝高94.80m，坝顶宽10.0m，长度600.37m，河槽段坝0+245.86～坝0+374.20为直线段，左、右岸坝肩分别转76.71°和88.56°的角度与库盆连接。坝正常蓄水位为789.60m，死水位为758.00m，设计洪水位790.43m，校核洪水位790.57m，最大库容782.5万m3。沥青混凝土面板为简式断面，坡比1∶1.7，厚20.20cm，自下而上分为三层：10cm厚沥青混凝土整平胶结层、10cm厚沥青混凝土防渗层及2mm的表面封闭层。面板下游依次为水平2.0m宽的垫层、4.0m宽的过渡层、主堆区、次堆区，主、次堆在坝轴线处以1：0.2的边坡相接。主堆区坝基设2.0～4.0m厚排水带，次堆区主河槽段排水带5.0m厚，经坝后堆渣场排水带通向下游。坝下游坡比1∶1.5，采用菱形浆砌石护坡。主坝坝后740.0m和768.0m高程设有两个弃渣平台，边坡1∶2.5，每隔25.0m高度设一条马道，堆放库区及坝基的开挖弃料。

4.1.3.2　坝体分区设计及各区控制指标

1.坝体分区原则

（1）坝体中应有通畅的排水通道且坝料之间应满足水力过渡要求。

（2）坝轴线上游侧坝料应具有较大的变形模量，从上游到下游坝料模量可递减，以保证蓄水后坝体变形协调，尽可能减小对面板变形的影响，从而减小面板和止水系统遭到破坏的可能性。

（3）根据枢纽工程的各种不同质量开挖料的数量，来确定坝体材料分区，尽可能多利用枢纽工程开挖料，达到经济的目的。

2.各区控制指标

根据上述分区原则，坝体自上游向下游依次分为沥青混凝土面板、垫层（2A）、过渡料（3A）、主堆石区（3B）及下游堆石区（3C）、坝基排水层（3D）、下游坝坡菱形片石护坡。

（1）垫层料作为沥青混凝土面板的基础，应具备施工期满足面板施工机械的正常运行要求，水库运行期具备排除坝体面板渗漏水功能。要求其压实后的渗透系数不低于1×10-3 cm/s，表面变形模量不低于35MPa。垫层料主要来自距主坝1.5km的龟山料场弱风化和微风化灰岩，经砂石料加工系统加工而成，部分自孟村外购，最大粒径80mm，粒径小于5mm含量为25%～39%，粒径小于0.074mm含量不大于5%，设计干密度为2～2.2t/m3，孔隙率不大于19%，碾压后层厚0.40m，颗粒级配见表4.1-7、图4.1-2。

表4.1-7　垫层料级配表

图4.1-2　宝泉上水库主坝垫层料级配曲线

（2）过渡料传递荷载并对垫层料进行渗流保护，达到向主堆石料的过渡，其料源采用龟山料场灰岩爆破开挖料，最大粒径300mm，粒径小于5mm含量不大于22%，粒径小于0.074mm含量不大于5%，设计干密度不小于2.19t/m3，孔隙率不大于20%，渗透系数不小于10-2 cm/s，碾压后层厚0.40m，颗粒级配见表4.1-8和图4.1-3。

表4.1-8　过渡料级配表

图4.1-3　宝泉上水库主坝过渡料级配曲线

过渡料相对于垫层料反滤关系计算：

式中　D15——反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总土重的15%；

　　　d85——被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总土重的85%。

经计算，D15/d85=0.08—0.184，满足设计要求。

（3）主堆石料是承受和传递水荷载的主要部分，其变形对面板安全有较大影响，故要求其有较低的压缩性和较高的抗剪强度，料源主要来自龟山料场灰岩堆石料，最大粒径800mm，粒径小于5mm含量不大于20%，粒径小于0.074mm含量不大于5%，设计干密度不小于2.14t/m3，孔隙率不大于22%，渗透系数不小于0.1cm/s，碾压后层厚0.80m，颗粒级配见表4.1-9和图4.1-4。

表4.1-9　主堆料级配表

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图4.1-4　宝泉上水库主坝主堆料级配曲线

反滤关系计算，D15/d85=0.018～0.075，满足设计要求。

（4）次堆石。次堆石料起到维持坝体稳定作用，按尽可能多利用枢纽工程开挖料的设计思路，次堆料源分为：①库区开挖页岩、泥灰岩、灰岩混合料；②龟山来料；③库区开挖毛庄2组灰岩料3种，相应次堆划分为3个区。

1）768.00m高程以上。利用料②+③，碾压标准：最大粒径800mm，粒径小于5mm含量不大于30%，粒径小于0.074mm含量不大于5%，设计干密度不小于2.06t/m3，孔隙率不大于25%，20t振动碾碾压8遍，洒水6%～10%，碾压后层厚0.80～1.20m。

2）坝基排水带以上2.0m厚范围：由于混合料中的页岩易泥化担心堵塞坝基排水带料，因此排水带料上部的次堆至少2.0m以上填筑料②+③，控制指标同上。

3）坝基排水带以上2.0～768.00m高程为次堆相对干燥区：主要利用料①，部分采用龟山不满足主堆的废料。次堆采用页岩及泥灰岩混合料时，压实层厚0.6～0.8m，最大粒径不得大于600mm，小于5mm的含量不得超过30%，孔隙率不大于25%，干密度不得小于2.06t/m3，由于页岩和泥灰岩遇水容易泥化，用这种料填筑时不得洒水，控制同一层混合料要均匀，或同一层允许有一种料，不得页岩、泥灰岩及灰岩在同一层分散。

（5）坝基排水带料分两部分，一部分是在坝基坝0+071.00～0+568.38桩号范围内全断面布置，一部分为坝后堆渣场下面，最后经排水棱体排至东沟，形成坝体稳定透水通道。石料自距坝址约25km孟村和马村外购。坝基排水带为5～200mm的级配碎石，施工期调为最大粒径为300mm，其他指标维持不变；坝后堆渣场下面的排水带原设计和坝基一样，施工期改为最大粒径为500mm，5mm以下不允许超过10%，0.075以下不得超过5%，其他指标维持不变。排水带设计干密度不小于2.11t/m3，孔隙率不大于23%，渗透系数不小于1cm/s，20t振动碾碾压8遍，天然含水，碾压层厚0.40m，排水层颗粒级配见表4.1-10和图4.1-5。

表4.1-10　排水层级配表

图4.1-5　宝泉上水库主坝排水层级配曲线

（6）反滤料。主坝基础过渡料与覆盖层接触段、排水层和覆盖层接触段之间均设两层反滤层4B、4C。其中4B最大粒径20mm，粒径小于5mm含量48.5%～70%，粒径小于0.074mm含量不大于5%，相对密度为0.70，渗透系数不小于10-3 cm/s，碾压后层厚0.25m；4C最大粒径60mm，最小粒径5mm，相对密度0.70，渗透系数不小于1cm/s，碾压后层厚0.25m。

4C料自龟山料场灰岩料加工配制而成，4B料自孟庄外购，颗粒级配见表4.1-11和表4.1-12、图4.1-6和图4.1-7。

表4.1-11　反滤层4B级配表

图4.1-6　宝泉上水库主坝反滤层4B级配曲线

表4.1-12　反滤层4C级配表

图4.1-7　宝泉上水库主坝反滤层4C级配曲线

4.1.3.3　坝顶细部构造

坝顶上游侧设有钢筋混凝土防浪墙，墙底坐于垫层料（2A）和过渡料（3A）回填顶部，墙顶高于坝顶1.30m，沿防浪墙轴线方向每12.0m设一道伸缩缝，防浪墙下游预埋照明和观测电缆，在环库每个照明灯柱处设检查电缆井，坝顶下游设混凝土防护墙，路面设1%坡倾向下游，沿下游防护墙内侧每10m设一道PVC穿防护墙排至下游坝面。

坝顶路面采用沥青混凝土路面，坝肩硬化采用C25F150混凝土。

4.1.3.4　主坝上、下游边坡设计

主坝为面板堆石坝，由于上游为沥青混凝土面板防渗结构，因此上游边坡除了满足主坝稳定要求外，还要受沥青混凝土摊铺施工控制，采用1∶1.7。

坝后为堆渣场，分740.00m和768.00m高程两级平台，其中768.00m平台宽80.0m，长约350.0m；740.00m平台宽93.0m，长约260.0m，堆渣下游坡1∶2.5，每25.0m设一道马道，马道宽5.0m。768.00m高程以上为主坝坝体，以上坝高约23.9m，采用1∶1.5边坡。

下游边坡为适应环保要求，768.00m高程以下所有边坡由原干砌石护坡改为菱形浆砌片石骨架衬砌，骨架内绿色植被绿化。768.00m高程以上采用拱形浆砌石片石骨架防护，骨架间采用植被绿化。