關于重力壩的探討

姜文峰

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 壩型比較

重力壩依靠自身重力來維持穩(wěn)定，根據(jù)筑壩材料或施工工藝的差異，可分為砌石重力壩、常態(tài)或碾壓混凝土重力壩及堆石混凝土重力壩，從目前壩工發(fā)展情況看，堆石混凝土重力壩作為一種新壩型，被廣泛應用于小水庫工程建設中。

1.1 砌石重力壩

砌石重力壩有水泥砂漿砌石和一級配混凝土砌石兩種施工方法。砌石壩的強度和均質性弱于混凝土壩，但可發(fā)揮當?shù)夭牧虾腿肆Y源豐富的優(yōu)勢，降低工程造價。以往山西省的砌石壩多為水泥砂漿砌石，施工質量缺乏保證，特別是混凝土防滲墻工藝粗糙，極易形成漏水通道。我國南方地區(qū)采用的一級配混凝土砌石，采用振搗棒振搗，其施工質量顯著高于后者，但使用人工較多，勞動強度大。目前已很少采用。

1.2 常態(tài)混凝土重力壩

常態(tài)混凝土重力壩是一種傳統(tǒng)壩型，施工技術成熟，適于大型機械化施工，因水泥用量較大，造價相對較高。同時，施工技術和工序相對復雜，溫度控制和裂縫控制要求較高，對施工隊伍的技術素質和機械化水平要求較高，一般應用于超高壩型。

1.3 碾壓混凝土重力壩

近20年來，碾壓混凝土筑壩技術得到了大面積推廣。碾壓混凝土壩可以大幅降低水泥用量，克服了混凝土壩的缺點。但受壩址區(qū)地形條件影響較大，當碾壓混凝土壩體積不大時，大規(guī)模機械化施工的優(yōu)勢難以發(fā)揮；碾壓混凝土和常態(tài)混凝土交錯使用、相互干擾，增加了施工難度。同時，碾壓混凝土壩一般不適宜壩段缺口分期施工導流。

1.4 堆石混凝土重力壩

堆石混凝土是一項新型混凝土筑壩施工技術。該技術是以自密實混凝土技術為基礎的大體積混凝土施工技術，施工簡單，質量容易控制；施工速度快，能充分發(fā)揮機械作業(yè)效應；施工成本低，水泥用量較長；適應面廣。施工時先將大粒徑塊石入倉，然后從堆石體上部澆入專用的自密實混凝土，利用其高流動性完全充填堆石體空隙，形成完整、密實、有較高強度和低水化熱的大體積混凝土。

2 工程實例

2.1 工程概況

某水庫位于陽泉市盂縣西潘鄉(xiāng)進圭村至莊頭村之間的烏河下游干流上，壩址位于均才村上游約1 km處，壩址以上控制流域面積1112.3 km2。烏河屬海河流域，為滹沱河支流，發(fā)源于陽曲縣的兩嶺山，自盂縣東蔣村西南0.3 km入陽泉境內，流經(jīng)盂縣東梁、西煙、西潘、莊里4個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），由南向北于莊里鄉(xiāng)棗院村匯入滹沱河，全長64 km，流域面積1230 km2，陽泉境內流域面積697 km2。主要支流溫川河發(fā)源于陽曲縣小五臺山，流域面積339.49 km2。

壩址處烏河河谷底寬140～200 m，河床覆蓋層厚5～7 m，河谷深槽處層厚14～16 m。壩基基巖主要為均才組混合花崗巖，基巖強風化層厚度2～3 m，弱風化層厚度15～20 m。建議挖除覆蓋層和強風化層及部分弱風化層，將壩建于弱風化層中上部巖體上，并對壩基進行固結灌漿，深5～8 m，壩基帷幕灌漿深度25～30 m。

2.2 工程布置

該水庫樞紐大壩由左岸擋水壩段、溢流壩段、右岸擋水壩段組成，共設9條橫縫，在縱向上將壩體分為10段。壩身泄洪設施為溢流表孔和泄洪沖沙底孔。大壩壩頂長267.9 m，壩頂寬5.0 m，最大壩高59.5 m。大壩主體筑壩材料為堆石混凝土。

2.3 壩體斷面設計

擋水壩壩頂高程792.0 m，寬5 m，橫斷面以2個背靠背的直角三角形為基本斷面，上游三角形頂高程771.4 m，高程以上為鉛直面，以下迎水面坡率1∶0.2；下游三角形頂高程785.9 m，高程以上為鉛直面，以下壩坡坡率1∶0.75。壩頂上游側設鋼筋混凝土防浪墻，下游側設1.2 m高欄桿。溢流壩段為開敞式溢流堰，堰頂高程786.4 m，溢流面由堰頂曲線段、斜坡直線段及銜接反弧段組成。堰頂上游堰頭采用三圓弧曲線，上游771.4 m高程以上為鉛直面，以下迎水面坡率1∶0.2；堰頂下游堰面曲線采用WES冪曲線，后接 1∶0.75斜坡直線段，斜坡直線段后接反弧段，反弧半徑10 m，采用挑流消能，挑角20°，鼻坎頂高程759.01 m。在壩頂高程處設交通橋，寬5 m，交通橋上下游設欄桿。泄洪沖沙底孔布置在左岸第4號壩段，為淹沒深孔式。泄流孔為矩形鋼筋混凝土結構，孔口周邊C40抗磨蝕混凝土厚度均為1.0 m。進口閘門處孔底高程756.4 m，孔口尺寸4 m×5 m（寬×高），布置一道平板檢修鋼閘門；檢修閘門與出口壓坡段之間按有壓短洞設計，出口壓坡段末端高度由5.0 m漸變?yōu)?.0 m，出口處孔口尺寸4 m×4 m（寬×高），布置一道弧形工作閘門。

2.4 壩基處理

本工程壩址處河中央為一沖刷深槽，且?guī)r石近表處有厚2～3 m的強風化層。本工程對壩高大于50 m的中間各壩段建在弱風化中部，其余壩段建在弱風化上部基巖上，故確定最大壩高處壩基開挖底高程按弱風化層中部控制。壩基開挖時，盡可能使建基面成為略微向上游傾斜狀；將壩端岸坡銜接處開挖成臺階狀，臺階寬度不小于1/3壩段長度。開挖后的壩基面上擬覆蓋厚度為1.5 m的C15基礎混凝土。壩基基礎混凝土澆筑后，對壩基進行固結灌漿（同灌漿帷幕相連接）。固結灌漿的孔排距初步確定為3.5 m，防滲帷幕上游端8～10 m，接近防滲帷幕處漸漸增加至10 m，防滲帷幕下游端6 m；灌漿終止封孔時，在每個灌漿孔內埋設一根直徑20 mm的錨筋。

為減少壩基滲漏量，對壩基進行防滲灌漿，以期形成帷幕。防滲帷幕位于灌漿廊道上游側，設計為單排，孔間距2 m，初擬灌漿深度20 m，使壩基透水率控制在3～5 Lu以內。在灌漿廊道下游側設單排排水孔，排水孔深度初步確定為15 m。

3 結語

結合以上實例可以看出，重力壩結構相對簡單，在做好地基處理的前提下，其耐用性較好，各功能區(qū)結構容易布置，設計過程中盡量做到優(yōu)化設計。隨著筑壩技術的進步及基礎處理技術水平的提高，可大大改善巖體質量，重力壩會得到進一步的發(fā)展應用。