水庫碾壓混凝土壩樞紐方案設(shè)計

摘 要：某水庫大壩是一座主要采用C15三級配的碾壓混凝土壩，最大壩高46m，壩基地質(zhì)條件較復(fù)雜，需要在規(guī)劃設(shè)計階段進(jìn)行深入研究。結(jié)合工程實際水文地質(zhì)條件，對大壩設(shè)計方案進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，使碾壓混凝土壩樞紐布置能夠滿足SL319-2005技術(shù)規(guī)范要求，達(dá)到技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的安全可靠性水平。

關(guān)鍵詞：水庫；農(nóng)業(yè)灌溉；碾壓混凝土；大壩

1 工程概況

某水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有農(nóng)村人畜飲水、城鎮(zhèn)供水的水利工程。壩址以上流域面積4.28km2，多年平均流量0.5m3/s。水庫采用碾壓混凝土重力壩壩型，正常蓄水位981.50m，校核洪水位983.19m。水庫總庫容120萬m3，為Ⅳ等?。?）型工程，主要建筑物擋水、泄水、取水建筑物為4級，施工導(dǎo)流及其他臨時建筑物為5級。

2 碾壓混凝土重力壩樞紐布置

重力壩樞紐由C15碾壓混凝土重力壩+壩頂開敞式溢洪道+左岸放空沖砂底孔等組成。

2.1 大壩樞紐結(jié)構(gòu)布置及防滲處理

（1）結(jié)構(gòu)布置。重力壩壩軸線長161.00m，壩頂高程983.80m，建基面高程937.80m，壩高46m，壩頂寬4.0m，最大壩底寬度37.20m，上游面坡比1：0.3（952.50m高程以下），下游面在978.80m高程以上鉛直，以下坡比1：0.7。大壩由溢流壩段及左、右岸非溢流壩段組成，溢流壩段布置在河床中部偏右岸，長20m，堰頂高程981.50m，為WES型實用堰，下游面采用挑流消能。非溢流壩段左、右岸分別長94.65m、46.35m。壩身采用C15三級配碾壓混凝土，迎水面采用C20二級配變態(tài)混凝土（厚0.5m）和C20二級配碾壓混凝土（上部厚1.5m，下部厚2.0m）防滲，抗?jié)B標(biāo)號為W6。大壩基礎(chǔ)設(shè)置1.0m厚的C15二級配混凝土墊層。

（2）基礎(chǔ)處理。大壩基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化中上部，為防止壩基淺層滑動對于基礎(chǔ)局部不良地質(zhì)段采用固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿采用梅花形布置，間、排距為3.0m，深入基巖5.0m。另外，為加強(qiáng)帷幕灌漿效果，在帷幕灌漿孔上下游側(cè)設(shè)置3排固結(jié)灌漿，孔間距3.0m。

（3）防滲處理。根據(jù)壩肩鉆孔地下水位分析，左岸地下水水力坡降為10～40%；右岸地下水水力坡降為10～30%。壩址區(qū)巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，可能會出現(xiàn)繞壩風(fēng)化裂隙型滲漏，需對壩基和兩岸進(jìn)行防滲處理。防滲處理原則及防滲線路選擇：兩岸接地下水位與正常蓄水位交點水平伸入5～10m作為防滲端頭，防滲線路按垂直于山體布置，防滲下限深入巖體透水率不大于3Lu。經(jīng)計算，防滲總進(jìn)尺4797m，有效進(jìn)尺3050m，無效進(jìn)尺1747m。

2.2 取水、沖砂建筑物

為節(jié)省投資，將壩內(nèi)取水設(shè)施與沖砂底孔上下重疊布置，井筒中心樁號為壩0+070.55，位于大壩左岸緊靠溢洪道布置。沖砂底孔進(jìn)口底板高程955.50m，孔長28.96m，進(jìn)口孔口尺寸1.2×1.5m（寬×高），設(shè)置檢修閘門及相應(yīng)的啟閉設(shè)備；出口采用1：5的壓坡，壓坡段長1.0m，孔口尺寸1.2×1.3m（寬×高），設(shè)置弧形工作閘門一道?？咨聿捎肅35鋼筋混凝土襯砌厚1m。

取水管為壩內(nèi)埋管，進(jìn)口底板高程960.50m，長16.70m，管徑0.9m，采用Q235焊接鋼管，壁厚6mm，管周邊采用1.0m厚的C20的外包混凝土，進(jìn)口設(shè)置固定式攔污柵和1.2×1.2m（寬×高）檢修閘門及相應(yīng)的啟閉設(shè)備。

3 碾壓混凝土重力壩結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 壩頂高程確定

壩頂高程根據(jù)各種運(yùn)行情況的水庫靜水位加上相應(yīng)超高后的最大值確定。

從表1中看出，壩頂高程的控制情況為校核洪水位情況，壩頂高程取為983.80m，高于校核洪水位，滿足規(guī)范要求。

3.2 大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）壩頂結(jié)構(gòu)。壩頂高程為983.80m，頂寬4.0m，壩頂無交通要求，左、右岸非溢流壩段分別長94.65m、46.35m，上、下游側(cè)均設(shè)欄桿，左岸壩頂與上壩公路相連接。

（2）壩體材料。結(jié)合壩體方量及工期要求，壩體主要采用C15三級配碾壓混凝土；為滿足防滲要求，上游迎水面采用C20二級配變態(tài)混凝土，厚度為0.5m；其后為C20二級配碾壓混凝土，953.80m高程以上厚度1.0m，以下厚度2.0m；壩頂為厚0.2m的C20常態(tài)混凝土路面；下游面設(shè)有厚0.5m的C15三級配變態(tài)混凝土；墊層采用C15二級配常態(tài)混凝土，厚1.0m。

3.3 基礎(chǔ)處理

（1）壩基開挖。最大壩高46.0m，屬中壩，根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》（SL319-2005）要求，將壩基置于弱風(fēng)化巖體中、上部。開挖邊坡巖質(zhì)邊坡1：0.3，土質(zhì)邊坡1：1，對地質(zhì)條件較差位置的開挖邊坡采取錨、網(wǎng)、噴聯(lián)合支護(hù)處理。壩基開挖揭露的軟弱夾層及巖溶發(fā)育位置進(jìn)行局部深挖回填混凝土處理，壩肩與兩岸陡坡相接處作接觸灌漿處理。

（2）固結(jié)灌漿。大壩基礎(chǔ)開挖至弱風(fēng)化基巖上部，為了提高基礎(chǔ)的整體性，減少基礎(chǔ)變位、降低沿基礎(chǔ)的滲漏，擬對大壩基礎(chǔ)存在地質(zhì)缺陷的地方進(jìn)行固結(jié)灌漿處理；同時為加強(qiáng)帷幕灌漿的效果，在帷幕灌漿孔上下游范圍內(nèi)增設(shè)3排固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿孔距擬定為3m，梅花型布置。固結(jié)灌漿壓力根據(jù)灌漿試驗確定。初步擬定固結(jié)灌漿深入基礎(chǔ)5m。經(jīng)計算，固結(jié)灌漿總進(jìn)尺為2640m。

（3）壩基防滲帷幕。防滲下限深入地下水位5～10m，并滿足巖體透水率不大于3Lu；兩岸帷幕端點接水庫正常蓄水位與地下水位交點水平伸入10m作為防滲端頭。壩段防滲實施方案比選：設(shè)計時選擇了在壩體內(nèi)設(shè)置灌漿廊道和在壩頂施灌兩種方式進(jìn)行比較。經(jīng)計算大壩下游最高水位1647.87m（P=0.5%），為保證廊道能自流排水至大壩下游，廊道底板高程需≥1647.87m，考慮廊道內(nèi)徑及襯砌厚其頂部高程為1651.67m（廊道高3.5m，襯砌厚0.3m），而沖砂底孔進(jìn)口底板高程為1655.23m，兩建筑物在高程上不矛盾，故降低廊道底板高程增加永久排水泵。壩段帷幕線長161.0m，總進(jìn)尺2473m，有效進(jìn)尺1992m。

兩岸防滲實施方案比選：設(shè)計時選擇了在兩壩肩開挖灌漿平硐和采用露天灌漿兩種方式進(jìn)行比較。根據(jù)兩岸防滲端頭確定原則，左、右岸帷幕線分別為86m、39m，如采用兩壩肩平硐內(nèi)灌漿，其洞挖石方為1183m3，投資為17.4萬元；如采用露天灌漿，將增加無效進(jìn)尺764m，投資為10.8萬元；故本次設(shè)計推薦投資較省的露天灌漿方式，兩岸帷幕灌總進(jìn)尺2324m，有效進(jìn)尺1058m。

根據(jù)壩區(qū)工程地質(zhì)條件及灌漿布置方式比選，帷幕線全長約286m，防滲帷幕總進(jìn)尺4797m，有效進(jìn)尺3050m，帷幕灌漿布置為單排孔，孔距3.0m。

4 結(jié)束語

根據(jù)壩址地形地質(zhì)、水文氣象等條件，結(jié)合建基面和壩體結(jié)構(gòu)布置等因素，經(jīng)詳細(xì)計算驗證，推薦采用的碾壓混凝土重力壩樞紐布置方案。該方案具有工程量較省、施工簡單、壩體外型與質(zhì)量易控制、適應(yīng)能力較強(qiáng)等優(yōu)點，具有較強(qiáng)的施工技術(shù)指導(dǎo)意義，確保工程高效優(yōu)質(zhì)、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的施工建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊加智，袁翠平.喀臘塑克碾壓混凝土重力壩壩體滲控方案研究[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2007（5）：284-286.

[2]曹駿.哮天龍水庫碾壓混凝土重力壩設(shè)計[J].貴州水力發(fā)電，2011（2）：17-20.

作者簡介：許祥（1979-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科學(xué)歷，工程師，主要從事水利水電建筑工程設(shè)計工作。