水利樞紐工程混凝土面板堆石壩設(shè)計

任國兵 吳 俊

（安順市水利水電勘測設(shè)計院 安順 561000）

1 工程簡介

某水利樞紐工程，控制流域面積約為6375km2。工程建設(shè)的目的是以灌溉和防洪為主，同時兼顧發(fā)電。該水利樞紐工程為Ⅱ等工程，設(shè)計大壩抵御100年一遇的洪水。為了提升水利工程的安全性能和抗洪效果，采用混凝土面板堆石壩作為攔河壩，最大壩高為124.5m，壩頂長度為489m。

2 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 壩體體型設(shè)計

在對混凝土面板堆石壩進(jìn)行設(shè)計過程中，結(jié)合工程所在區(qū)域的地質(zhì)特點，在滿足工程建設(shè)需要的同時，避免地震等災(zāi)害對工程的影響，主要設(shè)計要點如下：

（1）為了避免強(qiáng)烈地震發(fā)生時，堆石壩壩頂即便在局部塌陷的情況下，仍能夠確保整體堆石壩不會出現(xiàn)斷裂，且能夠滿足地震后的搶險抗災(zāi)工作所需的交通通行需求，最終設(shè)計壩頂?shù)膶挾葹?0m，并且采用瀝青混凝土路面。此外對于上壩公路的設(shè)計為：10m寬度，坡度為8%左右的“之”字公路。

（2）在進(jìn)行壩體設(shè)計過程中，本水利樞紐工程采用“L”形的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為防浪墻，設(shè)計高度為4.2m，墻體頂部高出壩頂約1.2m。通過有效降低抗風(fēng)浪的壩體高度，節(jié)約了工程的堆石體填筑量，降低了工程的成本支出。

（3）為了抵抗地震發(fā)生時，出現(xiàn)落石、滾石等問題，同時結(jié)合美觀安全的設(shè)計思路，在壩體的下游坡處，設(shè)置厚度為40cm的漿砌石網(wǎng)格，并在網(wǎng)格中填充干砌石（塊石直徑大于30cm），最終形成良好的護(hù)坡。

2.2 壩體分區(qū)

在進(jìn)行壩體分區(qū)設(shè)計過程中，應(yīng)重視以下設(shè)計原則：

（1）在壩體當(dāng)中，應(yīng)設(shè)計有通暢性能良好的排水通道，同時對于壩料的選擇，應(yīng)當(dāng)滿足水力過渡的需求。

（2）在進(jìn)行壩軸線上游側(cè)壩料選擇時，應(yīng)選擇具有較好變形模量，且可以實現(xiàn)從下游到上游遞增的壩料，從而確保水利樞紐蓄水后，壩體的變形協(xié)調(diào)統(tǒng)一，避免對面板造成較大的變形影響，引發(fā)面板以及止水系統(tǒng)出現(xiàn)破壞的情況。

（3）在設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合樞紐工程的開挖料的質(zhì)量和數(shù)量情況，對壩體的材料進(jìn)行分析，從而充分利用現(xiàn)場的開挖料資源，降低資源的消耗，節(jié)約工程的建設(shè)成本。

2.3 混凝土面板設(shè)計

作為主要的防滲設(shè)施，混凝土面板的厚度主要根據(jù)工程現(xiàn)場的施工、結(jié)構(gòu)和耐久度等要求來確定，本工程結(jié)合以上因素，采用的混凝土面板頂部厚度為30cm，底部厚度為60cm。對于鋼筋和止水系統(tǒng)的設(shè)計，則是在混凝土面板的表面15cm處，設(shè)置雙向布置的鋼筋網(wǎng)，其豎向和水平向的配筋率均為0.4%。對于河床部位的混凝土面板設(shè)計為12m寬，岸坡部位的混凝土面板設(shè)計為6m寬。

2.4 混凝土趾板設(shè)計

本工程壩址所在區(qū)域的河床，右側(cè)的岸坡相對陡立，左側(cè)的岸坡則覆蓋層較為深厚，如果采用傳統(tǒng)的平趾板方案，不僅工程施工的開挖量較大，而且在開挖過程中邊坡較高。因此本工程采用“4+X”設(shè)計混凝土趾板。

（1）整體混凝土趾板分為標(biāo)準(zhǔn)平趾板和下游內(nèi)趾板兩部分組成；

（2）標(biāo)準(zhǔn)趾板為4m寬，主要用于作為2～3排的固結(jié)灌漿及中央排帷幕的灌漿蓋板。

（3）內(nèi)趾板作為下游的防滲板，其寬度應(yīng)當(dāng)根據(jù)水頭和地基容許水力梯度來進(jìn)行設(shè)計計算。

2.5 接縫型式及止水系統(tǒng)設(shè)計

為了避免周邊縫產(chǎn)生變形過程中，對周圍的面板、趾板以及止水結(jié)構(gòu)造成破壞，因此，本工程在進(jìn)行周邊縫設(shè)計過程中，其上部寬度為12mm，下部寬度為25mm。

此外，由于冬季的氣候較為寒冷，庫區(qū)所形成的冰蓋會對水利樞紐的止水系統(tǒng)造成的巨大破壞，導(dǎo)致部分區(qū)域的面間縫以及周邊縫失去止水作用，引發(fā)滲漏事故的發(fā)生。因此本水利樞紐工程在進(jìn)行混凝土面板堆石壩設(shè)計過程中，采用了以下措施：

（1）在冬季水位變動區(qū)的以上部位，采用沉埋式止水系統(tǒng)設(shè)計大壩縫間止水系統(tǒng)。

（2）在止水的頂部，選用加筋三元乙丙橡膠板保護(hù)，其具有較強(qiáng)的抗重物沖擊能力，能夠有效的避免被冰蓋撕裂。對于止水的兩側(cè)，面層止水材料選用不銹鋼扁鋼壓板以及不銹鋼沉頭螺栓。

（3）結(jié)合工程所在區(qū)域的地質(zhì)情況，對壩體的地質(zhì)變化處、趾板轉(zhuǎn)折處和長直趾板中部處，每隔12m左右的距離設(shè)置一道永久變形縫，同時在設(shè)置過程中，避免和面板接縫重疊。在變形縫內(nèi)設(shè)置兩道與周邊縫結(jié)構(gòu)相同止水，使其與周邊縫形成一個封閉結(jié)構(gòu)。這樣可以有效的提升溫度和地基出現(xiàn)變化過程中，趾板的抗變形能力，避免裂縫等安全隱患的出現(xiàn)。

3 壩基處理

3.1 基礎(chǔ)開挖

（1）河床段高趾墻基礎(chǔ)：沿著河床段高趾墻，對趾墻上下游的基礎(chǔ)，采用垂直開槽的方式進(jìn)行基礎(chǔ)開挖，直到接觸到強(qiáng)風(fēng)化下限巖石為止。

（2）岸坡段趾板基礎(chǔ)：由于岸坡段趾板位于弱風(fēng)化層巖石基礎(chǔ)上，在進(jìn)行基礎(chǔ)開挖過程中，在趾板寬度方向的上游，按照邊坡1：0.3的比率進(jìn)行開挖；在趾板長度方向，應(yīng)沿著趾板槽底進(jìn)行開挖，開挖過程中應(yīng)注意平整，避免出現(xiàn)5m以上的陡坡或者反坡。對于岸坡段趾板的邊坡，為了避免出現(xiàn)滑坡等安全事故，采用錨桿和錨索錨固，并采用混凝土掛網(wǎng)噴灑進(jìn)行加固處理。

（3）左岸古河槽段趾板基礎(chǔ)：首先對基礎(chǔ)表面的風(fēng)積粉土進(jìn)行清除，然后在左岸古河槽內(nèi)設(shè)置深入到基巖不透水層的混凝土防滲墻，最后借助連接板與下游趾板進(jìn)行連接。

3.2 灌漿

本水利樞紐工程經(jīng)過地質(zhì)勘察，在壩基范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)破碎或者斷裂的地質(zhì)狗仔，所以在對防滲線表層以及淺層填充物處理過程中，采用直接挖除的方式。對于深層的裂隙或者小斷層，采用灌漿進(jìn)行處理。

（1）對于面板堆石壩，在趾板與高趾墻底部采用固結(jié)灌漿的方式進(jìn)行基礎(chǔ)的處理。根據(jù)面板堆石壩的趾板寬度，設(shè)置了兩排距離為2m，孔距為2m的固結(jié)灌漿孔，根據(jù)基巖的實際情況，灌漿深度設(shè)置為6m。

（2）對于處于河床段高趾墻頂部及覆蓋層上的趾板下部，不進(jìn)行固結(jié)灌漿施工。

（3）對于右壩肩，由于基巖出露面較高，且設(shè)置了表孔溢洪洞進(jìn)口，因此，在進(jìn)行帷幕灌漿過程中，應(yīng)向右側(cè)延伸，直到表孔溢洪洞，無需設(shè)置灌漿廊道。對于左側(cè)壩肩，其基巖出露面較低，需要設(shè)置灌漿廊道，長度約為35m。

4 結(jié)束語

綜上所述，作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，水利樞紐的建設(shè)推動了我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?，F(xiàn)階段，在進(jìn)行水利樞紐建設(shè)過程中，大多采用混凝土面板堆石壩設(shè)計，不僅簡化了施工的程序，提升了工程的安全性能，而且具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，相關(guān)工作者應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)自身的專業(yè)能力，熟練掌握混凝土面板堆石壩設(shè)計的要點，結(jié)合水利樞紐工程實際情況，設(shè)計出符合工程要求的混凝土面板堆石壩，推動我國水利水電事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。