淺談康蘇溝水庫大壩設(shè)計(jì)

蘇彬

（中工武大設(shè)計(jì)研究有限公司新疆分公司，新疆烏魯木齊，830000）

淺談康蘇溝水庫大壩設(shè)計(jì)

蘇彬

（中工武大設(shè)計(jì)研究有限公司新疆分公司，新疆烏魯木齊，830000）

康蘇溝水庫海拔較高、有效施工期較短、夏季降雨較多，采用瀝青混凝土心墻作為大壩的防滲體，具有施工較快、防滲效果較好、天氣對施工影響較小等優(yōu)勢，在當(dāng)?shù)厮畮旖ㄔO(shè)中得到廣泛應(yīng)用。

水庫；瀝青混凝土心墻壩；配合比

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

康蘇溝水庫位于新疆昭蘇境內(nèi)，壩址位于康蘇溝出山口上游約9.2 km處，距七十七團(tuán)團(tuán)部35 km，距伊寧市260 km。地理坐標(biāo)東經(jīng)80°48′48″，北緯43°14′23″。行政區(qū)屬伊犁哈薩克自治州昭蘇縣，距昭蘇縣45 km。

康蘇溝是特克斯河在中方北岸的一條支流，隸屬于新疆建設(shè)兵團(tuán)第四師七十七團(tuán)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)80°48′～80°52′、北緯43°06′～43°13′。康蘇溝位于七十七團(tuán)中部，發(fā)源于沙爾諾海山，由北向南由大小4條支流匯流而成?？堤K溝全長44 km，進(jìn)入七十七團(tuán)后，分為若干支流，流經(jīng)東科村（原址泉河鎮(zhèn)）旁的沼澤地，經(jīng)過團(tuán)部東側(cè)流入特克斯河?？堤K溝以降水、山泉補(bǔ)給為主，集水面積89.8 km2。

1.2 工程規(guī)模及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

康蘇溝水庫是一座以灌溉為主、兼顧防洪的攔河式水庫，設(shè)計(jì)總庫容315×104m3，設(shè)計(jì)水平年（2015年）控制灌溉面積17.33 km2，根據(jù)SL 252-2000《水利水電工程等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為小（1）型。主要永久性建筑物有：大壩、導(dǎo)流沖砂放水涵洞、溢洪道，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級，臨時(shí)建筑物為5級。

1.3 洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)SL 252－2000《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用重現(xiàn)期30年，洪峰流量11.1 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)采用重現(xiàn)期300年，洪峰流量16.0 m3/s。永久性泄水建筑物消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期30年。

1.4 地震設(shè)防烈度

根據(jù)GB 18306-2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，本工程區(qū)地震動峰值加速度為0.20 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，相對應(yīng)的地震烈度為Ⅷ度。設(shè)防烈度按照Ⅷ度考慮。

2 大壩布置情況

大壩推薦壩型為澆筑式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，由澆筑式瀝青混凝土心墻砂礫石壩、導(dǎo)流沖砂放水涵洞、溢洪道等建筑物組成，具體布置見圖1。

3 壩體設(shè)計(jì)

圖1 康蘇溝水庫平面布置圖Fig.1 Layout of Kangsugou reservoir

大壩壩型為澆筑式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，正常蓄水位2 423.38 m，設(shè)計(jì)洪水位2 423.98 m，校核洪水位2 424.15 m，大壩全長190 m，壩頂高程為2 425.52 m。壩頂上設(shè)防浪墻，防浪墻頂高程2 426.52 m，防浪墻高3.2 m，高出壩頂1.0 m，厚0.3 m，采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆。大壩頂寬6 m，壩頂鋪設(shè)瀝青路面，路面自上游向下游傾斜，坡度為2%。大壩最大壩高58.59 m。澆筑式瀝青混凝土心墻與防浪墻底部相連，心墻采用不等厚布置，根據(jù)水頭計(jì)算，心墻在2 400 m以上采用0.3 m厚，2 400 m以下采用0.6 m厚。大壩上游壩坡1∶2.25，采用15 cm厚 C25F200現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡。為解決運(yùn)行管理期的交通問題，在大壩下游設(shè)4條6 m寬的“之”字形上壩道路，在壩頂?shù)降谝粭l“之”字路之間壩坡為1∶2.0，其余段壩坡為1∶1.7，下游壩坡自壩頂以下設(shè)置五層混凝土網(wǎng)格加伸入壩體的鋼筋混凝土格柵梁，以增強(qiáng)壩體表層滑動穩(wěn)定性，防止壩體產(chǎn)生變形，減少震動破壞。

擬定大壩壩體與圍堰相結(jié)合，圍堰頂高程2 396.06 m，圍堰頂寬5 m，圍堰上游壩坡1∶2.25，下游壩坡為1∶2.0。圍堰采用砂礫石填筑。大壩橫斷面見圖2。

3.1 壩料設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)大壩分為五個(gè)區(qū)，從上游到下游分別為：圍堰砂礫石區(qū)、大壩砂礫石區(qū)、過渡料區(qū)、瀝青混凝土心墻、堆石利用料區(qū)。

圍堰砂礫石區(qū)：采用砂礫石料場砂礫石料填筑，砂礫石相對密度Dr≥0.85。

大壩砂礫石區(qū)：采用砂礫石料場砂礫石料填筑，料場砂礫石各項(xiàng)指標(biāo)均合格，且儲量也能滿足要求。砂礫石相對密度Dr≥0.85。

堆石利用料區(qū)：堆石利用料主要放在下游壩坡干燥區(qū)域，堆石區(qū)采用大壩基巖開挖及導(dǎo)流沖砂放水涵洞、溢洪道等爆破料填筑，一方面可節(jié)約投資，另一方面可減少棄料對環(huán)境的污染。堆石區(qū)頂高程2 410 m，頂寬21 m，底高程2 397 m，上游坡度1∶0.75，下游坡度1∶1.5，最大粒徑小于600 mm，小于0.075 mm的顆粒小于5%，堆石區(qū)設(shè)計(jì)孔隙率不大于23%（最終以現(xiàn)場壓實(shí)實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)）。

圖2 大壩橫斷面Fig.2 Cross section of Kangsugou dam

過渡料區(qū)：過渡料設(shè)于心墻兩側(cè)，水平寬度2.0m，采用級配連續(xù)、最大粒徑為80 mm，小于5 mm的粒徑為25%～40%左右的砂礫料，含泥量（粒徑小于0.075 mm的顆粒）小于5%，滲透系數(shù)不應(yīng)小于1×10-3cm/s，過渡料從哈桑河料場購買。

3.2 瀝青混凝土心墻防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 心墻型式選擇

瀝青混凝土心墻分為澆筑式心墻和碾壓式心墻，兩種心墻的布置型式基本一致，主要區(qū)別是瀝青含量和施工方法不同。澆筑式瀝青混凝土心墻主要有以下特點(diǎn)：瀝青含量較大，占礦料總量的10%～16%；心墻澆筑不用碾壓工具，只需鋼筋棒插搗排氣即可，孔隙率一般小于2%，滲透系數(shù)小于10-11cm/s；工序簡單，最大優(yōu)點(diǎn)是基本不受氣候條件的影響，可以在嚴(yán)寒條件下施工。澆筑式瀝青混凝土具有良好柔韌性、可塑性和可壓縮性，心墻內(nèi)部產(chǎn)生的裂縫一般能自己愈合，冬季保護(hù)措施也可簡化。

本工程利用冬季枯水期填筑壩體，因此結(jié)合本工程的氣候特點(diǎn)和施工進(jìn)度安排等各種因素考慮，最終選用澆筑式瀝青混凝土心墻方案。

3.2.2 瀝青混凝土心墻防滲體結(jié)構(gòu)布置

瀝青混凝土心墻有垂直、傾斜和上部傾斜下部垂直三種布置形式。垂直式瀝青混凝土心墻面積較小，工程量小，施工簡單，心墻對壩體沉降引起的變形反應(yīng)不像傾斜式那樣敏感，各種高度的大壩均可采用。墻體靠上游側(cè)布置，可改善大壩受力條件并能很好地和壩頂防浪墻連接。因此，本工程采用垂直式心墻。

3.2.3 瀝青混凝土心墻的技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)DL/T 5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》初步提出本工程瀝青混凝土心墻壩對瀝青混凝土的技術(shù)要求，見表1。

3.2.4 瀝青混凝土心墻厚度設(shè)計(jì)

壩體防滲采用澆筑式瀝青混凝土心墻，心墻軸線位于壩軸線上游2.4 m處，與壩軸線平行。由于瀝青混凝土心墻厚度的確定目前尚無成熟的理論公式可供應(yīng)用，主要參考已建工程和施工要求確定。根據(jù)SL 501-2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》，澆筑式瀝青混凝土心墻的厚度宜為壩高的1/100，最小厚度不宜小于20 cm。根據(jù)已建工程的經(jīng)驗(yàn)，本工程心墻采用不等厚布置，根據(jù)水頭計(jì)算，心墻2 400 m以上采用0.3 m厚，2 400 m以下采用0.6 m厚。

瀝青混凝土心墻頂部嵌入防浪墻底板50 cm，與防浪墻緊密結(jié)合。

表1 澆筑式瀝青混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)Table 1 Main technical indexes of poured asphalt concrete

3.2.5 瀝青混凝土心墻周邊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于瀝青混凝土的彈塑性質(zhì)，在長期水壓力作用下，心墻比基巖和混凝土構(gòu)件更容易變形，因此，應(yīng)注意使用柔性的瀝青混凝土壓在剛性構(gòu)件上，并盡可能增大接觸面積。另外，水庫蓄水后水壓力引起水平應(yīng)力，會使瀝青混凝土心墻產(chǎn)生一定的水平位移，所以，瀝青混凝土心墻同周邊的連接是防滲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，處理的好壞將直接影響大壩的安全運(yùn)行，必須精心設(shè)計(jì)、精心施工。

根據(jù)SL 501-2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，將岸坡削成不陡于1∶0.35的坡度，并澆筑1.5 m厚的混凝土基座與心墻擴(kuò)大的端部連接。

3.2.6 接縫面膠結(jié)材料

心墻和混凝土基座接縫的膠結(jié)過渡材料一般是滲漏處理的關(guān)鍵部位，必須保證其耐久性和抗?jié)B性，要求具有一定的結(jié)構(gòu)粘度和異變指數(shù)。

為增大粘結(jié)力并適應(yīng)心墻水平變形，瀝青混凝土心墻底部與混凝土基座連接面之間使用瀝青瑪蹄脂進(jìn)行處理，在涂瀝青瑪蹄脂之前先在混凝土基座上涂一層冷底子油，促進(jìn)瀝青瑪蹄脂和混凝土基座更好地銜接。

3.3 基礎(chǔ)處理

壩址處左岸基巖裸露，基礎(chǔ)開挖處理方案為：左岸基巖頂板高于正常蓄水位2 423.38 m，上部含土碎石層透水性強(qiáng)，心墻部分清除上部含碎石土和基巖強(qiáng)風(fēng)化巖體，基礎(chǔ)置于基巖的弱風(fēng)化巖體上；河床段將混凝土基座處的砂礫石清除，基座坐落在基巖強(qiáng)風(fēng)化層底線上，河床其余的砂礫石只清除表面0.5 m；右壩肩：表層為碎石土，該層厚度19.7～31.0 m，下部為上第三系含砂灰?guī)r，基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚7～10 m，較破碎；弱風(fēng)化層8～14 m，較完整，可滿足壩基基礎(chǔ)要求，本次設(shè)計(jì)在大壩樁號0+120～0+ 190心墻軸線處只清除表層5 m的碎石土，其余部分采用混凝土防滲墻進(jìn)行防滲處理，心墻的混凝土基座坐落在防滲墻上。大壩樁號0+190～0+300地面高程已高出壩頂高程，在此處壩頂高程以下采用混凝土防滲墻處理，防滲墻深入基巖以下1 m，壩頂高程以上不做處理。

大壩樁號0+000～0+120清基完成后，沿瀝青混凝土心墻軸線方向開挖基巖槽，然后澆筑C25混凝土基座，以封閉巖石裂隙，并可作為基礎(chǔ)灌漿的蓋板。大壩樁號0+120～0+190處壩基砂礫石進(jìn)行混凝土防滲墻處理，此段心墻基座刻槽坐落在混凝土防滲墻上。

該壩址處的基巖較發(fā)育，本次設(shè)計(jì)在大壩樁號0+000～0+120處進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)深度為5 m，固結(jié)灌漿設(shè)置兩排，排距為2 m，孔距為2 m。

帷幕灌漿沿整個(gè)瀝青混凝土心墻軸線進(jìn)行灌漿，帷幕灌漿設(shè)置一排，布置在固結(jié)灌漿孔的中間，孔距為2 m，帷幕深度按巖石透水率ω＜3 Lu控制。為保證大壩兩岸壩坡的穩(wěn)定及繞壩滲漏問題，在兩壩肩處進(jìn)行帷幕灌漿，兩岸延長深度各為10 m。

3.4 壩體抗震措施

壩體的抗震措施結(jié)合壩體結(jié)構(gòu)、壩殼料設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮，參考已建工程類似工程經(jīng)驗(yàn)，考慮以下幾個(gè)方面：

（1）考慮足夠的地震涌浪高度和地震附加沉陷。按SL 203-97《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，地震安全超高包括地震壩頂沉陷和地震涌浪高度。本工程地震設(shè)防烈度為8度，其中地震安全超高取1.6 m，包括地震壩頂沉陷0.8 m和地震涌浪高度0.8 m。

（2）適當(dāng)放緩上、下游壩坡。上游壩坡1∶2.25，下游壩坡在壩頂?shù)降谝粭l”之”字路之間壩坡為1∶2.0，其余段壩坡為1∶1.7，在下游壩坡設(shè)6 m寬的“之”字形上壩道路，下游最大斷面平均坡度約為1∶2.32。

（3）適當(dāng)提高壩殼料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，砂礫石填筑標(biāo)準(zhǔn)Dr≥0.85。

（4）加強(qiáng)瀝青混凝土心墻、過渡層及壩體各分區(qū)間及其與壩基和岸坡的連接，防止地震情況下造成破壞。

（5）下游壩坡設(shè)置五層混凝土網(wǎng)格加伸入壩體的鋼筋混凝土格柵梁，以增強(qiáng)壩體表層穩(wěn)定性，防止壩體產(chǎn)生變形，減少震動破壞。

混凝土網(wǎng)格粱橫斷面采用0.3 m×0.1 m的鋼筋混凝土，混凝土網(wǎng)格粱嵌入下游壩坡，表面鋪混凝土六棱塊，壩體內(nèi)埋入混凝土預(yù)制塊，用6 m長的錨桿與網(wǎng)格梁連接，以提高下游壩坡的整體穩(wěn)定性。

（6）壩殼料采用抗震性能和滲透性能較好的砂礫料筑壩。

4 結(jié)語

水庫處于高海拔地區(qū)，同時(shí)地震烈度較高，右壩肩覆蓋層較厚，處理難度較大，該工程目前正在施工中，水庫的成功實(shí)施將為以后類似地質(zhì)條件的水庫提供借鑒參考。 ■

作者郵箱：123859235@qq.com

Discussion on design of Kangsugou reservoir dam

by SU Bin
Xinjiang Branch of CAMCE WHU Design&Research Co.,Ltd.

As high elevation,short effective construction period and more rainfall in summer,the as?phalt concrete core wall is selected as anti-seepage body of Kangsugou dam,which has the advantages of rapid construction,good anti-seepage effect and being little affected by weather conditions.

reservoir;asphalt concrete core dam;mix proportion

TV222

B

1671-1092（2016）05-0010-04

2015-12-23；

2016-03-08

蘇 彬（1984-），男，重慶人，工程師，從事水利工程設(shè)計(jì)工作。