革里水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

令狐曉

(興義市水務(wù)局規(guī)劃計(jì)劃所，貴州 興義 562400)

革里水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

令狐曉

(興義市水務(wù)局規(guī)劃計(jì)劃所，貴州 興義 562400)

革里水庫(kù)位于興義市烏沙鎮(zhèn)抹角村革里組的革里小河上，距興義市城區(qū)約17 km，距烏沙鎮(zhèn)約5 km，該工程是以灌溉為主，兼顧鎮(zhèn)區(qū)供水，工業(yè)園區(qū)用水等的一個(gè)綜合性樞紐工程，工程規(guī)模為Ⅳ等小(1)型。文章對(duì)革里水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。經(jīng)過比較分析，革里水庫(kù)大壩采用面板堆石壩。因而對(duì)革里水庫(kù)面板堆石壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究，闡述了壩頂、分區(qū)、面板以及趾板設(shè)計(jì)。

水庫(kù)；大壩；面板堆石壩；壩頂；分區(qū)；面板

1 工程概況

興義市烏沙鎮(zhèn)位于E104°06′00″，N25°00′8″，地處云(滇)貴(黔)兩省三縣(市)結(jié)合部，西北與云南省富源縣、羅平縣接壤，東南與興義市坪東街道辦事處和白碗窯鎮(zhèn)交界，素有“滇黔通衢”、“滇黔鎖鑰”和貴州“西大門”之稱，是云貴兩省重要的商貿(mào)云集之地和商品聚散地之一。

革里水庫(kù)位于興義市烏沙鎮(zhèn)抹角村革里組的革里小河上，距興義市城區(qū)約17 km，距烏沙鎮(zhèn)約5 km，該工程是以灌溉為主，兼顧鎮(zhèn)區(qū)供水，工業(yè)園區(qū)用水等的一個(gè)綜合性樞紐工程，工程規(guī)模為Ⅳ等小(1)型。

革里水庫(kù)推薦方案(下壩址)興利庫(kù)容為372.4 萬 m3，死庫(kù)容為37.6 萬 m3，則正常蓄水位以下庫(kù)容為410 萬 m3，對(duì)應(yīng)的正常蓄水位為1 393.125 m。庫(kù)容系數(shù)16.5%，含環(huán)境水年供水量為1 122.68 萬 m3，水量利用系數(shù)為45.0%，不含環(huán)境水年供水量為875.88 萬 m3，水量利用系數(shù)為35.0%。工程建成后可解決41 250人的供水。16300畝灌溉用水。

本工程永久性主要建筑物為4級(jí)建筑物，如大壩、溢洪道、取水建筑物，沖沙建筑物等，次要永久性建筑物級(jí)別為5級(jí)，如泵站、輸水管線，由于本工程圍堰、臨時(shí)公路等臨時(shí)性水工建筑物為5級(jí)建筑物，使用時(shí)間都小于3年，而且失事對(duì)工程損失較小。圖1為水庫(kù)樞紐布置圖。

圖1 水庫(kù)樞紐布置圖

2 壩型選擇

根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件，選擇了混凝土重力壩、混凝土面板堆石壩兩種壩型及相應(yīng)樞紐布置，分別從地形地質(zhì)條件、工程總體布置、等方面進(jìn)行綜合比較，最終選擇了混凝土面板堆石壩為可行性研究階段的推薦方案。

壩軸線走向ES16.48°，壩頂高程1 396.20 m，最大壩高32.20 m，壩頂寬7.0 m，壩頂上游設(shè)“L”型混凝土防浪墻，墻高3.2 m，墻頂高程1 397.40 m，壩頂長(zhǎng)112 m，在防浪墻上游面設(shè)置寬0.8 m檢查廊道。

根據(jù)工程類比以及參照其它實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，上游壩坡采用1∶1.4，下游設(shè)一級(jí)馬道，下游坡度采用1∶1.4。下游壩坡在1 373.00 m高程處設(shè)一級(jí)馬道，寬2.0 m。

3 面板堆石壩設(shè)計(jì)

3.1 壩頂構(gòu)造

壩頂寬度應(yīng)根據(jù)運(yùn)行需要、壩頂設(shè)施布置和施工要求確定，壩頂寬度一般為5～8 m。當(dāng)壩頂有交通需要時(shí)，壩頂寬度應(yīng)滿足交通要求。該型水庫(kù)，水庫(kù)為小參照工程經(jīng)驗(yàn)，確定壩頂寬度為7.0 m，壩頂鋪有厚度為30 cm的碎石墊層，路面混凝土厚度為30 cm。為了排除雨水，壩頂面向下游側(cè)傾斜，做成2%的坡度[1]。

壩頂上游側(cè)應(yīng)設(shè)置防浪墻，墻頂高出壩頂1～1.2 m。防浪墻與混凝土面板頂部的水平接縫高程，宜高于水庫(kù)正常蓄水位。防浪墻底部高程以上的壩體，應(yīng)用細(xì)堆石料填筑，并鋪設(shè)路面。防浪墻立墻上游的底板上，宜設(shè)寬度0.8 m的檢查廊道。本工程設(shè)計(jì)采用L型防浪墻，墻高112 m。防浪墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻頂部厚0.5 m。防浪墻頂高程1 397.40 m。

3.2 筑壩材料及壩體分區(qū)

堆石體在自重、水壓等荷載的作用下，各部分的應(yīng)力和變形特性不同，對(duì)面板工作產(chǎn)生的影響也不同，各部分對(duì)材料性質(zhì)、級(jí)配、壓實(shí)度和施工工藝的要求也各不相同，因此應(yīng)根據(jù)料源及對(duì)壩料的強(qiáng)度、壓縮性、滲透性、施工方便和經(jīng)濟(jì)合理等要求對(duì)壩體進(jìn)行分區(qū)[2-3]。一般，將壩體分為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)及下游堆石區(qū)。

3.2.1 墊層區(qū)

本工程墊層區(qū)水平寬度設(shè)計(jì)為4.0 m，采用石英砂巖人工開采加工砂料。最大材料顆粒直徑取60～80 mm，<50 mm的顆粒含量取30%～50%，<75 mm的顆粒含量去5%～8%。壓實(shí)后墊層的滲透系數(shù)取1.0×10-4m/s。

為了防止周邊縫張開而導(dǎo)致漏水，在趾板周邊縫的下側(cè)，設(shè)置特殊墊層區(qū)(2B區(qū))，用粒徑<40 mm的細(xì)墊層料填筑，以易于邊角處填筑密實(shí)，減少周邊縫的相對(duì)變形。

3.2.2 過渡區(qū)

該區(qū)位于墊層區(qū)與主堆石區(qū)之間，其變形特點(diǎn)和強(qiáng)度介于墊層與主堆石之間，作用是保護(hù)墊層區(qū)的滲透穩(wěn)定，即使面板開裂漏水，也不會(huì)因高壓水流作用將墊層料帶走。該區(qū)材料應(yīng)是新鮮、堅(jiān)硬、級(jí)配良好的石渣，其粒徑級(jí)配應(yīng)滿足墊層區(qū)與主堆石區(qū)的過渡要求，符合反濾原則，一般不必采用破碎加工，常以主堆石料剔除較大粒徑后直接填筑。

規(guī)范規(guī)定硬巖堆石料作主堆石區(qū)時(shí)，它與墊層區(qū)之間應(yīng)設(shè)過渡區(qū)，為方便施工過渡區(qū)的水平寬度≥3 m。本工程過渡區(qū)水平寬度設(shè)計(jì)為4.0 m，最大顆粒直徑取200～300 mm，采用專門開采的人工加工細(xì)堆石料。

3.2.3 主堆石壩區(qū)

主堆石區(qū)是面板壩的主體，是承受水荷載及其他荷載的主要支撐體。設(shè)計(jì)要求主堆石體壩料應(yīng)具有低壓縮性、高抗剪強(qiáng)度、透水性和耐久性。堆石壩的力學(xué)性質(zhì)在很大程度上取決于壩料的級(jí)配，開挖料的級(jí)配與母巖巖性、巖層產(chǎn)狀和構(gòu)造以及爆破工藝等因素相關(guān)。壩料級(jí)配設(shè)計(jì)中，目前多數(shù)是根據(jù)巖性相近的工程資料進(jìn)行類比確定。本工程選擇級(jí)配為<5 mm的顆粒含量<20%，<0.1 mm的顆粒含量<10%[4]。

3.2.4 下游排水棱體

為了大壩排水通暢和下游壩坡穩(wěn)定，在壩體下游高程為427.80 m處設(shè)置下游堆石區(qū)，用于排水，頂部寬度為6 m，上游坡度為1∶0.5，下游坡度為1∶1。

3.3 混凝土面板設(shè)計(jì)

對(duì)于面板壩，面板是防滲的主體，對(duì)其質(zhì)量有較高的要求，應(yīng)具有良好的防滲性能，足夠的耐久性，足夠的強(qiáng)度和防裂性能。

3.3.1 面板厚度

面板應(yīng)有足夠的厚度，以滿足施工方便和保證質(zhì)量的需要；所采用的厚度應(yīng)能便于在其內(nèi)布置鋼筋和止水；應(yīng)有足夠厚度，以控制面板滲透水力比降低于滿足耐久性的允許值。

在達(dá)到上述要求的前提下，應(yīng)盡量選用較薄的面板，它不僅柔性好，而且還能節(jié)約材料，降低造價(jià)。

規(guī)范規(guī)定：中低壩可采用0.3～0.4 m厚的等厚面板。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，本工程設(shè)計(jì)擬定采用厚度為0.3 m的等厚度面板。

3.3.2 面板分縫

3.3.2.1 周邊縫

它是趾板與面板間的接縫，從防滲的角度看，這是面板壩最薄弱環(huán)節(jié)。在張開、沉降、剪切3個(gè)方向都有變形發(fā)生。

根據(jù)規(guī)定，50～100 m高度的壩設(shè)兩道止水才可滿足大壩運(yùn)行的要求。本工程除在底部設(shè)止水外，在頂部設(shè)柔性填料止水，并在周邊縫下設(shè)特殊墊層區(qū)，用瀝青砂填筑，以易于邊角處填筑密實(shí)，減少周邊縫的相對(duì)變形[5]。

3.3.2.2 垂直伸縮縫

這種縫從壩頂沿壩坡一直延伸到周邊縫。本工程右岸設(shè)總長(zhǎng)度為80m的張性縫(A縫)，縫間距為8 m，左岸設(shè)總長(zhǎng)度為64 m的張性縫，縫間距為8 m；面板中部設(shè)總長(zhǎng)度為192m的壓性縫，間距為12 m。

3.3.3 面板混凝土設(shè)計(jì)及配筋

面板混凝土應(yīng)具有較高的耐久性、抗?jié)B性、抗裂性及施工和易性。面板混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥C25，抗?jié)B等級(jí)不應(yīng)低于W8，抗凍等級(jí)應(yīng)根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5082—1998)的規(guī)定確定。面板宜采用單層雙向鋼筋。鋼筋宜布置于面板截面中部，每項(xiàng)配筋率為0.3%～0.4%，水平向配筋率可低于豎向配筋率。經(jīng)論證，面板局部可采用雙層配筋。本工程設(shè)計(jì)使用強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土，抗?jié)B等級(jí)為W10，面板采用單層雙向鋼筋，配筋率由結(jié)構(gòu)計(jì)算確定。

3.4 趾板設(shè)計(jì)

3.4.1 趾板的布置

趾板布置方式有三種方案：趾板等高線垂直于趾板基準(zhǔn)線，即平趾板方案；趾板面等高線垂直壩軸線的斜趾板方案；趾板面等高線適應(yīng)開挖以后的巖面的斜趾板方案。

平趾板是應(yīng)用得最廣的一種方案，其優(yōu)點(diǎn)：便于趾板的施工，便于交通及鉆孔、灌漿作業(yè)；提供排水通道，避免造成暴雨沖刷填筑體；趾板上游端基巖風(fēng)化較淺，地質(zhì)條件較好；趾板可以用滑模施工。本工程選擇平趾板布置方案。

3.4.2 趾板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

巖石地基上的趾板寬度按容許水力梯度確定。巖石地基容許水力梯度如下表1所示。

表1 巖石地基容許水力梯度

經(jīng)過計(jì)算得趾板寬度為5 m。

巖基上趾板厚度可<與其連接的面板厚度，最小設(shè)計(jì)厚度應(yīng)≥0.3 m。本設(shè)計(jì)趾板厚度取0.4 m。趾板示意圖如圖2。

圖2 趾板示意圖

3.4.3 趾板分縫及配筋

趾板結(jié)構(gòu)早期為分段式，后來發(fā)展為連續(xù)式，現(xiàn)在連續(xù)式趾板已成為一種新的趨勢(shì)。連續(xù)式趾板允許溫度裂縫的出現(xiàn)，但按限制裂縫開展寬度的要求配筋，以保證趾板的耐久性。連續(xù)趾板的施工縫按冷縫處理，不設(shè)止水，鋼筋通過。趾板僅需要配置溫度筋和灌漿蓋板的鋼筋，采用單層鋼筋，各向鋼筋量為設(shè)計(jì)厚度的0.3%，保護(hù)層厚度采用10 cm，止水附近局部增加構(gòu)造鋼筋。趾板的錨筋采用砂漿錨桿，先灌漿再插入鋼筋，選取φ25普通螺旋鋼筋，間距1 m。

4 結(jié) 語

綜上所述，面板堆石壩具有較好的優(yōu)勢(shì)被廣泛的運(yùn)用在水庫(kù)工程建設(shè)中。面板堆石壩的設(shè)計(jì)要點(diǎn)就是壩頂設(shè)計(jì)、壩體分區(qū)設(shè)計(jì)以及面板和趾板設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范和要求，保證設(shè)計(jì)的合理性。

[1]蔣國(guó)澄.哥倫比亞的混凝土面板堆石壩[J].水利水電技術(shù)，1986(09)：34-34.

[2]孛永平.唐河水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)及穩(wěn)定分析[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2011(03)：12-14.

[3]雷臻.水庫(kù)大壩防滲設(shè)計(jì)分析[J].黑龍江水利科技,2012,40(11):133-134.

[4]楊俊杰.柏葉口水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2009(33):230-232.

[5]杜文江.小流域壩系中單壩設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].甘肅農(nóng)業(yè),2006(10):131.

1007-7596(2014)12-0147-03

2014-04-09

令狐曉(1973-)，男，貴州興義人，工程師，從事水利工程規(guī)劃計(jì)劃和工程管理方面工作。

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