淺談蘇巴什水庫(kù)工程混凝土面板壩設(shè)計(jì)

趙 娜

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

蘇巴什水庫(kù)位于新疆阿克蘇地區(qū)柯坪縣境內(nèi)的蘇巴什河上，是新疆阿克蘇地區(qū)柯坪縣境內(nèi)重要的水利控制項(xiàng)目。蘇巴什水庫(kù)壩址區(qū)河床基巖為第四系下更新統(tǒng)冰積礫巖，巖溶較發(fā)育，總體透水率較大，水庫(kù)位于高地震區(qū)，存在嚴(yán)重的安全隱患?；炷撩姘鍓尉哂谐捎残浴?qiáng)度大等特點(diǎn)，對(duì)防止水庫(kù)受阿克蘇地區(qū)地質(zhì)影響具有顯著作用[1]?；谏鲜鲈?，本文對(duì)蘇巴什水庫(kù)混凝土面板壩進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

1 工程概況

蘇巴什水庫(kù)屬于典型的谷形水庫(kù)，包括混凝土面板砂礫石壩、引水閘、混凝土重力壩、沖沙閘、泄洪閘。水庫(kù)正常蓄水位1315.00 m，校核洪水位1315.46 m，總庫(kù)容1561 萬(wàn)m3，最大壩高35.5 m。與兩岸呈現(xiàn)出“V”字行，蘇巴什水庫(kù)的谷底寬度300 m～350 m，最寬處達(dá)370 m 左右，右岸分布Ⅰ級(jí)階地，階地界面高程約1290 m，河拔高度1 m～2 m，階地面寬120 m～170 m。

壩址區(qū)左右岸，是構(gòu)成壩址區(qū)的主要基巖。巖性為淺灰～深灰色薄—中厚層狀灰?guī)r，巖層較平緩，總體傾向上游，巖層產(chǎn)狀25°～35°/NW∠25°～35°，巖層走向與河谷呈大角度斜交或近于垂直。

壩址區(qū)河床基巖為第四系下更新統(tǒng)冰積礫巖，以鈣質(zhì)膠結(jié)為主，屬中硬巖，在河床總體呈現(xiàn)左厚右薄的分布形態(tài)，最厚可達(dá)約92 m。河床礫巖巖溶較發(fā)育，總體透水率較大，礫巖以上為厚度1 m～4 m 的第四系全新統(tǒng)沖洪積物。水庫(kù)位于高地震區(qū)，場(chǎng)地基本烈度8 度。

2 面板壩設(shè)計(jì)

2.1 總體布置

蘇巴什河出山口僅在河流彎道末端～河流出山口之間約500 m 范圍內(nèi)，河道順直，河谷相對(duì)較窄、兩岸山體邊坡較陡且?guī)r體較完整。根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，選定的壩軸線位距蘇巴什河出山口0.86 km 處。

2.2 準(zhǔn)備工作

經(jīng)過(guò)計(jì)算，面板壩壩頂高程為1319.5 m，最大壩高35.5 m，面板壩全長(zhǎng)359.4 m，

混凝土面板堆石壩呈現(xiàn)出明顯的直線分布，其中壩軸線的方位角是N24°52'7″E。蘇巴什壩分區(qū)上游到下游依次是上游粉煤灰覆蓋區(qū)1A、上游石渣復(fù)重區(qū)1B、墊層區(qū)2A、混凝土面板F、過(guò)渡區(qū)3A、下游塊石護(hù)坡P。蘇巴什水庫(kù)采用C25W8F100 混凝土。施工過(guò)程中，為了防止蘇巴什壩體變形，施工單位應(yīng)當(dāng)在兩岸設(shè)置垂直裂縫間距10.00 m. 確定大壩上游壩坡采用1∶1.5；下游壩坡為1∶1.5，下游1310.0 m 高程、1300.0 m 高程各設(shè)置1 級(jí)馬道，寬度2 m[2]。

2.2.1 選材標(biāo)準(zhǔn)

1）上游蓋重區(qū)：位于上游鋪蓋區(qū)上游，頂高程1292.0 m，頂寬10.0 m，上游坡度1∶2.5，采用開挖棄渣等任意粗粒材料；上游鋪蓋區(qū)：位于面板上游，頂高程1289.0 m，頂寬4.5 m，上游坡度1∶1.5，采用開挖土料進(jìn)行施工。

2）墊層區(qū)：設(shè)于面板下游，水平寬度3 m，等寬布置，采用C1 砂礫石料場(chǎng)篩分獲得，粒徑要求d≤80mm，小于5 mm 含量為30%～50%，小于0.075 mm 含量宜小于8%，Dr≥0.85，滲透系數(shù)控制在10-3cm/s～10-4cm/s 數(shù)量級(jí)；過(guò)渡區(qū)：設(shè)于面板下游，水平寬度3 m，等寬布置，采用C3 砂礫石料場(chǎng)篩分獲得，粒徑要求d≤150 mm，小于5 mm 含量為30%～41%，小于0.075 mm含量宜小于8%，Dr≥0.85，滲透系數(shù)控制在10-2cm/s～10-3cm/s數(shù)量級(jí)；特殊墊層小區(qū)：位于周邊縫下游，為底寬0.5m，下游坡度1∶0.5 的梯形小區(qū)，采用C1 砂礫石料場(chǎng)篩分獲得，粒徑要求d≤10 mm，Dr≥0.85。

3）主堆石區(qū)：位于墊層料下游，是面板的主要支撐結(jié)構(gòu)。采用C3 場(chǎng)料砂礫石料，填筑相對(duì)密度Dr≥0.85，滲透系數(shù)控制在10-2cm/s～10-3cm/s 數(shù)量級(jí)；下游堆石區(qū)：位于主堆石下游，采用C3 場(chǎng)料砂礫石料和建筑物開挖砂礫石料，填筑相對(duì)密度Dr≥0.85，滲透系數(shù)控制在10-2cm/s～10-3cm/s 數(shù)量級(jí)。

4）排水棱體：采用砂礫石，粒徑要求d≥80 mm。在墊層區(qū)的上游側(cè)采用擠壓式邊墻坡面施工法，擠壓式邊墻為半透水混凝土墻，斷面為梯形，寬度為10 cm，單層高度為40 cm，上游與壩坡相同。

2.2.2 壩料層間關(guān)系復(fù)核

按照相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)大壩各分區(qū)壩料進(jìn)行層間關(guān)系計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示壩殼料與河床覆蓋層滿足濾土要求，但排水性能略欠。

2.2.3 填筑標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)本工程大壩的等級(jí)、高度、河谷形狀、地震烈度及料場(chǎng)特性等因素，并參考同類工程經(jīng)驗(yàn)，確定筑壩材料的填筑標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 混凝土面板

混凝土面板采用C30W8F300，面板采用等厚面板，厚度為0.3 m?；炷撩姘鍖挾龋汉哟膊课皇軌簠^(qū)面板寬12 m（24 塊），岸坡部位受拉區(qū)板寬6m（左右岸共9 塊）。垂直縫從壩頂沿壩坡一直延伸到周邊縫，方向與壩軸線垂直，只在接近周邊縫1m處轉(zhuǎn)彎。面板中部設(shè)置單層雙向鋼筋，豎向配筋率為0.5%，水平向配筋率為0.4%，用以抵抗可能出現(xiàn)的拉應(yīng)力，防止混凝土被擠壓破碎而剝落。

2.3.2 趾板

蘇巴什水庫(kù)工程面板壩的趾板型式采用水平趾板。河床段趾板設(shè)置在細(xì)粒砂礫巖層上。趾板內(nèi)設(shè)置錨筋，將趾板錨固在基巖上，取錨筋直徑φ25 mm，間、排距1.5 m，伸入基巖4 m。趾板寬度高程1306 m 以上設(shè)為6.0 m，1306 m 以下設(shè)為3.0 m，趾板分縫寬度12 m，趾板厚度為0.5 m。在距趾板頂面15 cm 處布置一層雙向鋼筋，含鋼率為0.3%。

2.3.3 正槽式溢洪道

蘇巴什壩的溢洪道應(yīng)當(dāng)設(shè)置在右岸，整個(gè)溢洪道主要是由控制段、引渠段、消能段和泄槽段四部分組成。蘇巴什壩的引渠段高741.6 m，凈寬21 m，控制端有兩個(gè)孔，凈寬16 m。蘇巴什壩的溢流堰采用的是WES 標(biāo)準(zhǔn)，其中堰面的高度為724.6 m，在堰的頂部設(shè)有交通橋，橋的寬度為10.0 m，橋與堰的頂部連接。蘇巴什壩的泄槽段在控制端之后，其中一級(jí)陡坡，坡度為0.072，墻高度為4.26 m，厚度為0.6 m[3]。一級(jí)陡坡的高度為724.1 m，二級(jí)陡坡的坡度為0.714，橫截面為矩形，邊墻采用的是C25 鋼筋混凝土。在水庫(kù)的下游，設(shè)置有水平護(hù)坦，長(zhǎng)12 m，厚度為1.0 m。挑流鼻坎段的邊墻高為689.1 m，厚度為1.0 m。

2.3.4 大壩基礎(chǔ)

（1）趾板基礎(chǔ)開挖

河床及左岸趾板基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化中上部巖層上，沿趾板寬度方向，趾板上游側(cè)覆蓋層開挖坡度取1∶1.5，巖層開挖坡度取1∶0.3～1∶0.5，趾板下游側(cè)，為避免堆石體沉降變形時(shí)對(duì)混凝土面板產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，開挖坡度緩于1∶3。

（2）壩體基礎(chǔ)開挖

由于壩殼料與河床覆蓋層砂礫料之間滿足濾土要求，但河床覆蓋層排水性略欠。同時(shí)河床覆蓋層的主要物理力學(xué)指標(biāo)（平均干密度、內(nèi)摩擦角）均略低于壩殼料，且壩址區(qū)附近的河床覆蓋層最大深度約2.1 m，因此，其余部分的壩基開挖，清除全部壩基范圍內(nèi)的覆蓋層，使壩殼基礎(chǔ)座落在下部基巖上。壩軸線上游其余部位將妨礙堆石壓實(shí)的陡坎、倒懸體清除，或用混凝土、漿砌石等補(bǔ)成平順邊坡。

（3）固結(jié)灌漿

在建基面表層基巖的張開裂隙帶或中等透水帶進(jìn)行固結(jié)灌漿的目的是提高表層基巖的整體性和提高帷幕灌漿的灌漿效果。面板壩在趾板范圍內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿，2 排，孔距3.0 m，灌漿深度為5 m。

3 結(jié)語(yǔ)

蘇巴什壩地理環(huán)境較復(fù)雜，尤其是水文地質(zhì)，施工時(shí)需要對(duì)周圍基巖體、壩肩巖體進(jìn)行清理，對(duì)壩址區(qū)地址條件進(jìn)行全方位考察，綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境特點(diǎn)，優(yōu)選混凝土面板堆石壩進(jìn)行樞紐布置，遵照施工流程及技術(shù)要求進(jìn)行項(xiàng)目施工。蘇巴什水庫(kù)工程于2015 年3 月開工建設(shè)，2016 年6 年建成并投入使用，面板壩大壩變形，基礎(chǔ)滲漏等參數(shù)均在正常范圍之內(nèi)，面板壩設(shè)計(jì)較為成功，促進(jìn)了我國(guó)混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。