新疆某樞紐工程混合壩接頭混凝土擋土墻設(shè)計(jì)

胡小虎

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

新疆某樞紐工程攔河壩為混合壩，即左岸及主河床布置混凝土重力擋水壩段，右岸階地布置瀝青混凝土心墻堆石壩段。國(guó)內(nèi)外針對(duì)混合壩接頭的設(shè)計(jì)方案總體包括兩類：側(cè)墻式和包裹式。本文擬通過對(duì)兩種接頭方式進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選，選出適用于本工程的接頭方式。

1 工程概述

新疆某樞紐是某流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程的水源水庫(kù)，具有調(diào)水、灌溉、發(fā)電等綜合效益。工程主要由擋水大壩、發(fā)電引水洞和電站廠房等組成。水庫(kù)總庫(kù)容0.32億m3，正常蓄水位1282.0m，死水位1276.0m，調(diào)節(jié)庫(kù)容0.10億m3，電站裝機(jī)容量50MW。水庫(kù)正常蓄水位1282.0m。攔河壩采用混凝土壩+瀝青混凝土心墻壩的混合壩型，壩頂高程1285.3m，混凝土壩最大壩高68m； 瀝青混凝土心墻壩最大壩高60.3m。

壩址處左岸山體較陡峻，地形坡度在40°～50°，階地不發(fā)育。河床右岸Ⅲ級(jí)階地寬230m，階地前緣高程1250m，階地砂礫石厚5～27m，其上被少量壤土覆蓋，壤土厚0.3～3.0m，階地后緣被坡積、洪積含碎石土層所覆蓋。右岸山體較平緩，坡度在20°～30°。壩址區(qū)出露的地層巖性主要為：英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉細(xì)砂巖、沖積含漂石砂卵礫石層、全新統(tǒng)崩坡積物。

根據(jù)地震安全性評(píng)價(jià)成果，依據(jù)規(guī)范，樞紐攔河壩的抗震設(shè)防類別為乙類，考慮樞紐為水源工程，遭受強(qiáng)震影響的危害性，其設(shè)計(jì)地震加速度代表值取壩址區(qū)50年超越概率5%地震動(dòng)峰值加速度，對(duì)應(yīng)的值為315.15gal。其他各建筑物均為丙類，地震設(shè)防烈度均采用基本烈度，即為8°，相應(yīng)采用50年超越概率10%地震動(dòng)峰值加速度值為227.7gal［1］。

2 混合壩接頭形式比選

2.1 連接段接頭布置

土石壩與混凝土建筑物的連接，一般采用側(cè)墻式、包裹式［2-5］。依據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件，接頭型式采用以下兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選。

2.1.1 方案1（側(cè)墻式布置方案）

垂直壩軸線方向布置混凝土重力式擋土墻。擋土墻最大高度50.3m，墻頂寬3m，擋土墻自身穩(wěn)定的要求，擋土墻與瀝青混凝土心墻壩接觸面坡比為1:0.7，與重力壩接觸面坡比為鉛直，擋土墻基礎(chǔ)坐落在弱風(fēng)化層中部基巖。擋土墻頂高程沿心墻壩上、下游壩坡逐漸降低，上游側(cè)末端墻高7.0m，下游側(cè)末端墻高10.0m，擋土墻總長(zhǎng)度176.8m。

2.1.2 方案2（包裹式方案）

土石壩與混凝土壩直接對(duì)接，在立面上重力壩沿壩軸線方向以1∶0.5放坡，瀝青混凝土與重力壩緊密結(jié)合。由于地形限制，需在右側(cè)河岸邊緣設(shè)置混凝土擋土墻，防止錐坡的壩料進(jìn)入河床，錐坡坡度為1∶2.0。壩軸線上游擋土墻最大高度15.5m，長(zhǎng)45m。壩軸線下游利用生態(tài)基流兼放水孔的泄槽及消力池邊墻擋住下游的壩體填筑料。

2.2 兩種接頭型式的綜合比較

2.2.1 適應(yīng)性

（1）方案1：混凝土重力式擋土墻與重力壩段相互垂直，單一依靠重力式擋土墻抵擋土石壩的上下游土壓力。該方案優(yōu)點(diǎn)：混凝土重力式擋土墻結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，受力明確，擋土高度所形成的土壓力是控制截面尺寸的重要因素。缺點(diǎn)：由于擋土墻最大高度達(dá)50.3m，斷面尺寸較大，為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，施工時(shí)需考慮溫控措施，保證擋土墻的安全可靠。

（2）方案2：重力壩段向右岸延伸49.5m，在立面上重力壩沿壩軸線方向以1∶0.5放坡，土石壩與混凝土壩直接對(duì)接。上、下游采用與瀝青混凝土心墻壩壩坡相同坡比的錐坡裹頭型式連接，上游錐坡末端布置低擋土墻，避免錐坡進(jìn)入河道，擋土墻最大墻高僅為15.5m。該方案優(yōu)點(diǎn)：①采用錐坡的方式與低擋土墻連接。②擋土墻高度較低，連接段為重力壩，連接處的安全性較強(qiáng)。缺點(diǎn)：由于錐形面裹頭與重力壩結(jié)合處，不宜碾壓密實(shí)，地震時(shí)容易產(chǎn)生裂縫。為了降低該風(fēng)險(xiǎn)，在結(jié)合處采用將瀝青混凝土心墻壩過渡料延伸至錐坡段，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量等措施。

2.2.2 施工條件

（1）方案1：連接部位為單一的混凝土重力式擋土墻，施工干擾小，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量容易保證。

（2）方案2：連接部位為錐形面裹頭型式連接，并需設(shè)置混凝土擋土墻，施工干擾大，錐坡裹頭與連接段重力壩連接處施工難度大。

2.2.3 投資比較

兩種連接方案經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較，方案1靜態(tài)總投資為6.7962億元，方案2靜態(tài)總投資為6.7864億元，方案1較方案2多97.9萬(wàn)元。

通過對(duì)兩種型式的連接方式對(duì)比得出，兩種結(jié)構(gòu)型式瀝青混凝土心墻壩與重力壩連接型式均可行，均有一定的抗震性，且兩方案投資相當(dāng)。但方案2混凝土重力擋土墻的高度較小，擋土墻的受力條件單一，連接處的安全性較強(qiáng)。因此混凝土重力壩與瀝青混凝土心墻壩段連接方式采用方案2的連接型式。

3 擋土墻設(shè)計(jì)

3.1 體型設(shè)計(jì)

擋土墻最大高度13m，長(zhǎng)45m。擋土墻面坡度為1:0.6，背坡垂直。在面坡、背坡底設(shè)置高1m、寬1m的齒。墻身混凝土標(biāo)號(hào)C20，W6，F(xiàn)300。基礎(chǔ)至于強(qiáng)風(fēng)化上限，基礎(chǔ)設(shè)固結(jié)灌漿及砂漿錨桿。固結(jié)灌漿孔間、排距3m，孔深5m。25砂漿錨桿間、排距2m，桿長(zhǎng)4.5m，入巖4m。擋土墻標(biāo)準(zhǔn)剖面如圖1。

圖1 擋土墻典型剖面圖

3.2 穩(wěn)定計(jì)算

3.2.1 計(jì)算方法

依據(jù)SL379—2007《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)擋土墻進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算?？够€(wěn)定計(jì)算公式按抗剪公式計(jì)算，如式（1）：

式中K′為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f′為壩體混凝土與基巖接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)；C′為壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力（kPa）；A為壩基接觸面截面積；∑W為計(jì)算截面上的全部垂直力總合；∑P為計(jì)算截面上的全部水平力總合。

傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算：

式中K0為擋土墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)； ∑MV為對(duì)擋土墻基底前趾的抗傾覆力矩（kN·m）；∑MH為對(duì)擋土墻基底前趾的傾覆力矩（kN·m）。

地基應(yīng)力驗(yàn)算：

式中Pmax，Pmin分別為擋土墻基底應(yīng)力的最大值或最小值（kPa）；∑G為作用在擋土墻上全部垂直于水平面的荷載（kN）；∑M為作用在擋土墻上的全部荷載對(duì)于水平面平行前墻墻面方向形心軸的力矩之和（kNm）；A為擋土墻基底面的面積 （m2）；W為擋土墻基底面對(duì)于基底面平行前墻墻面方向形心軸的截面矩（m）。

3.2.2 計(jì)算參數(shù)

計(jì)算參數(shù)采用《新疆某水利樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，具體參數(shù)如表1和表2。

表1 壩址區(qū)巖石物理力學(xué)指標(biāo)建議值

表2 壩址區(qū)巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值

3.2.3 計(jì)算結(jié)果

各工況的計(jì)算結(jié)果如表3。

表3 計(jì)算結(jié)果

擋土墻的抗滑穩(wěn)定、 抗傾覆穩(wěn)定及應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，擋土墻是穩(wěn)定的。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)某水利樞紐混合壩連接形式進(jìn)行了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選，認(rèn)為包裹式方案混凝土重力擋土墻的高度較小，安全性較強(qiáng)。對(duì)低擋土墻進(jìn)行抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算，結(jié)果均滿足規(guī)范要求。因此，本方案是可行的。