分析水利樞紐工程混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)

【摘要】基于目前水利樞紐工程進(jìn)行混凝土面板堆石壩的設(shè)計(jì)缺陷，文章以實(shí)際工程案例的設(shè)計(jì)過程為例，分析了土方開挖設(shè)計(jì)、混凝土參數(shù)設(shè)計(jì)以及防裂設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容。結(jié)果表明，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要想提高水利工程的使用耐久性，必須要結(jié)合工程建設(shè)的實(shí)際情況來進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】水利樞紐工程；混凝土面板堆石壩；爆破設(shè)計(jì)；巖溪水庫

引言

混凝土面板堆石壩型的水利樞紐工程，對于建設(shè)地質(zhì)條件和地形條件具有較好的適應(yīng)能力。而且，建成的水利工程具有工期短、運(yùn)行安全以及抗震性能好的特點(diǎn)。然而，隨著市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，這一類型的水利工程建設(shè)需求越來越大，這就給工程設(shè)計(jì)人員帶來不小的挑戰(zhàn)。針對這一問題，相關(guān)研究人員應(yīng)結(jié)合工程實(shí)例來分析設(shè)計(jì)過程中，可能遇到的問題以及采用的解決方式。這是提高水利樞紐工程混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)實(shí)用性的有效措施。

1、工程案例

巖溪水庫工程位于我國貴州省遵義市務(wù)川縣涪洋鎮(zhèn)西南方向的當(dāng)陽村，還水利樞紐工程位于洪渡河的上游左岸以及支流羊崗河上游的張家寨河段。本工程的建設(shè)目的是：為農(nóng)田提供灌溉水源以及供周圍城鎮(zhèn)和村莊的生活用水。巖溪水庫大壩的樞紐工程結(jié)構(gòu)為砼面板堆石壩，其中最大壩高為60m，壩頂?shù)母叱虨?82.50m，壩頂?shù)膶挾葹?m，壩頂?shù)拈L度為272.50m。建成后水庫的總庫容量為1240萬m3，正常情況下的蓄水量為1030萬m3，在我國屬于中型的水利工程。

2、混凝土面板堆石壩的土方建設(shè)設(shè)計(jì)

2.1 面板堆石壩的土方開挖設(shè)計(jì)

對于混凝土面板堆石壩的土方開挖設(shè)計(jì)，首先，要根據(jù)工程現(xiàn)場的地質(zhì)情況來選擇爆破的方式。該工程設(shè)計(jì)根據(jù)巖石開挖場地的巖石特點(diǎn)，采用了梯段爆破設(shè)計(jì)和淺孔爆破設(shè)計(jì)。其次，還要根據(jù)建設(shè)需求確定爆破鉆孔的深度，這是精確控制爆破范圍的關(guān)鍵設(shè)計(jì)內(nèi)容。具體來說，將主爆孔設(shè)計(jì)使用連續(xù)裝藥的方式來進(jìn)行梯段爆破。將預(yù)裂爆破采用不耦合的間接裝藥方式來控制爆破深度。如圖1所示，為預(yù)裂爆破孔的設(shè)計(jì)布置圖。最后，分別對趾板上、下游邊坡開挖進(jìn)行針對設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員將趾板上游的邊坡按自上而下的設(shè)計(jì)方式，且開挖的高度要控制在4m以下；而對于趾板下游的邊坡，由于其處在巖溪水庫的下游延伸段，因而采用了壩內(nèi)基巖開挖設(shè)計(jì)來進(jìn)行建設(shè)。值得注意的是，對于不同的巖石厚度，設(shè)計(jì)人員要采取不同的開挖設(shè)計(jì)來起到保護(hù)整體巖層的作用。

2.2 相關(guān)爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)

在對大壩的基礎(chǔ)位置和邊坡進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要按照保證開挖面穩(wěn)定、平整以及影響小的設(shè)計(jì)原則。本工程設(shè)計(jì)人員將爆破方式初步定位：主爆孔采用微差爆破；基礎(chǔ)位置周邊則采用光面爆破和預(yù)裂爆破來控制爆破的作用范圍。這一設(shè)計(jì)內(nèi)容，要在建設(shè)的過程中根據(jù)工程場地巖石的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整并不是一成不變的。值得注意的是，設(shè)計(jì)爆破方法在使用之前，需要進(jìn)行相應(yīng)的爆破試驗(yàn)，這是以試驗(yàn)的方式來驗(yàn)證爆破設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確與否。

3、大壩面板的混凝土參數(shù)設(shè)計(jì)

該水利樞紐工程的大壩面板中所有的頂部高程均為779.5m，其坡度為1：1.405。經(jīng)設(shè)計(jì)人員的工程勘探結(jié)果，將C25為了混凝土施工的主要材料。因而，在對混凝土鋼筋工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分體現(xiàn)面板鋼筋的鋪設(shè)方式和布設(shè)參數(shù)。根據(jù)工程建設(shè)需求將鋼筋材料確定為φ16螺紋鋼，且每隔3×3m就要標(biāo)出設(shè)計(jì)位置，這是保證建設(shè)準(zhǔn)確性的前提。對于模板工程的設(shè)計(jì)，應(yīng)采用鋼木組合模板材料，來提高模板表面的變形度、平整度以及光潔度。如表1所示，為爆孔網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)表。

4、混凝土面板堆石壩的防裂設(shè)計(jì)

水利樞紐工程的混凝土面板石壩要想保證水庫的正常蓄水效果，必須要對面板進(jìn)行防裂設(shè)計(jì)，這也是保證水利工程正常運(yùn)行的前提。針對這一設(shè)計(jì)內(nèi)容的關(guān)鍵性，要從降低滑膜損傷設(shè)計(jì)、增加面板強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及提高抗裂性能的設(shè)計(jì)方向滿足其建設(shè)要求。

4.1 降低滑模損傷設(shè)計(jì)

水利樞紐工程在使用的過程中，會對混凝土產(chǎn)生一定的機(jī)械損傷。這就意味著設(shè)計(jì)人員在制作滑模的過程中，要降低其結(jié)構(gòu)變形程度，增大其剛度，從而使得整個(gè)模板始終處在平直狀態(tài)。對于混凝土的澆筑過程，設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)出其進(jìn)行方式。例如滑膜應(yīng)在左右兩端保證上升同步；脫模應(yīng)設(shè)計(jì)二次操作。此外，對于滑膜的材料，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)工程的建設(shè)需求和實(shí)際工程情況來進(jìn)行確定。例如，滑模材料應(yīng)選擇25號槽鋼作為型鋼骨架。同時(shí)，還要對其加工過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)椴煌募庸ぜ夹g(shù)所制成的滑膜平整度、剛度都不一致。設(shè)計(jì)人員在確定好相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范后，還要經(jīng)過監(jiān)理工程師的審核。審核通過后，才能設(shè)計(jì)在水利工程圖紙上。

4.2 增加面板強(qiáng)度設(shè)計(jì)

提高水利樞紐工程混凝土面板堆石壩的面板強(qiáng)度，要按照防風(fēng)、保溫以及保濕的設(shè)計(jì)原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體來說，防風(fēng)設(shè)計(jì)是指，為解決風(fēng)速變化而引起的面板裂縫問題而采用的覆蓋設(shè)計(jì)。這樣一來，就能降低風(fēng)速變化所帶來的裂縫影響。保溫設(shè)計(jì)是指，控制面板表面溫度裂縫出現(xiàn)的設(shè)計(jì)。具體來收，可通過在砼脫模后進(jìn)行覆蓋保溫毯設(shè)計(jì)，來防止結(jié)構(gòu)中的水份蒸發(fā)而造成的干燥裂縫。而保濕設(shè)計(jì)指的是，通過噴水設(shè)計(jì)來提高面板混凝土的脫模狀態(tài)。

4.3 提高混凝土抗裂設(shè)計(jì)

混凝土的抗裂設(shè)計(jì)要從原材料的選擇以及混凝土配合設(shè)計(jì)兩方面內(nèi)容進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)。首先，原材料要按照工程建設(shè)的性能需求，來選擇骨料、粉煤灰、聚丙希纖維以及水泥的型號類型。其次，對于面板混凝土的建設(shè)方法，設(shè)計(jì)應(yīng)該體現(xiàn)出使用方法。最后，對于特殊位置的材料選擇，必須在監(jiān)理工程師批準(zhǔn)合格后才能投入建設(shè)。對于混凝土的配合化設(shè)計(jì)，在全面滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的條件下，通過一定配比方法來提高混凝土初期硬化的徐變能力。例如，設(shè)計(jì)選用水灰比較低的材料，這是提高面板極限拉伸值從而保證抗裂性能的有效設(shè)計(jì)。此外，還可以通過采用聚丙希纖維以及高效的復(fù)合型外加劑，來增強(qiáng)混凝土的使用抗?jié)B性、耐久性以及抗裂性。

結(jié)束語：

綜上所述，巖溪水庫是用來農(nóng)業(yè)灌溉和居民生活用水的水利樞紐工程，采用混凝土面板堆石壩的工程類型，將有利于提供工程使用的穩(wěn)定性。但這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要以設(shè)計(jì)有效性為前提，只有設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、適用以及建設(shè)便利，才能時(shí)使工程投入使用收獲應(yīng)有的作用價(jià)值。事實(shí)證明，在土方開挖設(shè)計(jì)、混凝土施工參數(shù)設(shè)計(jì)以及防裂設(shè)計(jì)三方面內(nèi)容進(jìn)行完善，就能在很大程度上保證水利工程樞紐的建設(shè)質(zhì)量。對于實(shí)際的設(shè)計(jì)技術(shù)水平還有很大的提升空間，因而相關(guān)建設(shè)人員，應(yīng)將這一內(nèi)容作為重點(diǎn)研究課題，以加快實(shí)現(xiàn)全面小康社會的建設(shè)目標(biāo)。

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作者簡介：梁正坤（1982-）男，貴州貴陽人，本科，工程師，主要從事水利水電施工管理工作。