后箐水庫(kù)擋水建筑物大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

黃悠悠

（貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽 550001）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)水利工程的建設(shè)數(shù)量逐年增加。水庫(kù)工程建設(shè)中，做好擋水建筑物大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，不僅能夠提升水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)的可靠性，而且可以有效地提高水庫(kù)擋水建筑物的穩(wěn)固性[1]。后箐水庫(kù)作為貴州省六盤水市盤縣羊水鄉(xiāng)的主要水利設(shè)施，確保擋水建筑物大壩結(jié)構(gòu)合理對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用?；诖?，本文針對(duì)水庫(kù)擋水建筑物大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 工程概況

后箐水庫(kù)由樞紐工程與輸水工程構(gòu)成。施工中，水庫(kù)下壩址基礎(chǔ)采用上、下壩線進(jìn)行施工，兩個(gè)壩線之間保持約140 m的距離。上壩線集水面積12.2 km2，正常蓄水位1392.00m，死水位1373.00 m，校核洪水位為1394.50 m，總庫(kù)容304萬m3；下壩線集水面積12.4 km2，正常蓄水位1390.00 m，死水位1371.00 m，校核洪水位1392.65 m，總庫(kù)容323萬m3。水庫(kù)總供水量350.8萬m3，下放生態(tài)用水60.3萬m3。工程任務(wù)是鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水、農(nóng)田灌溉和工業(yè)用水。

2 建筑物級(jí)別

本工程主要建筑物有大壩、溢洪道、取水兼放空管、輸水管道及水池；臨時(shí)建筑物主要有導(dǎo)流建筑物和圍堰等。工程為IV等，小（1）型工程，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252－2000）及《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99）確定，水庫(kù)永久性建筑物按照4級(jí)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)；次要建筑物，包括水庫(kù)工程中的臨時(shí)性建筑物，均按5級(jí)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要建筑物級(jí)別見表1。

表1 主要建筑物級(jí)別

3 大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)工程實(shí)際情況，后箐水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要依據(jù)《貴州省水利建設(shè)生態(tài)建設(shè)石漠化治理綜合規(guī)劃》、《貴州省水利建設(shè)三大會(huì)戰(zhàn)實(shí)施方案》（2013～2020年）、《貴州缺水地區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用研究成果報(bào)告》、《盤縣農(nóng)田水利建設(shè)綜合規(guī)劃報(bào)告》、《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文（水利工程部分）》（2010版）、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）等[2]，保證大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

3.1 壩頂及壩體布置

3.1.1 壩頂

工程建設(shè)完畢后，大壩壩頂不屬于重要交通通道，但壩頂寬度需滿足施工期混凝土碾壓填筑施工要求，同時(shí)還要滿足閘門安裝、大壩運(yùn)行觀測(cè)等要求，經(jīng)過綜合考慮，確定壩頂寬度為6.0 m。大壩屬于碾壓混凝土重力壩，壩軸線方位角為N81.81°W，壩頂高程1395.00 m，壩底高程1341.00 m，最大壩高54.00 m（含1 m墊座），壩軸線長(zhǎng)162.076 m。

大壩壩頂上游側(cè)均設(shè)混凝土防浪墻、下游側(cè)設(shè)欄桿，高度1.2 m，右岸與永久上壩公路連接，左岸與料場(chǎng)上壩公路連接[3]。結(jié)合基礎(chǔ)灌漿、大壩監(jiān)測(cè)具體要求，并充分考慮壩體碾壓層厚、施工間歇期的安排和防滲帷幕灌漿孔的分段等外界因素，在1347.00 m高程設(shè)置廊道作為基礎(chǔ)灌漿廊道，右岸沿壩基面上升至1377.0 m高程，左岸沿壩基面上升至1378.0 m高程。廊道為城門洞形，尺寸為3 m×3.5 m（寬高），帷幕灌漿采用垂直灌漿孔。

大壩為4級(jí)建筑物，重力壩按30年一遇洪水設(shè)計(jì)和200年一遇洪水校核的控制工況確定壩頂高程。根據(jù)調(diào)洪計(jì)算結(jié)果，大壩設(shè)計(jì)洪水位為1393.86 m，校核洪水位為1394.50 m，正常蓄水位為1392.00 m。

根據(jù)規(guī)范，壩頂防浪墻頂高程=水庫(kù)靜水位＋Δh，其中Δh為防浪墻頂距水庫(kù)靜水位（正常蓄水位或校核洪水位）的高度，Δh主要按照下述公式確定：

Δh=h1%+hz+hc

式中：h1%：波浪高（m），按規(guī)定公式計(jì)算；hZ：波浪中心線至水庫(kù)靜水位高差（m）；Hc：安全超高（m）。

本工程大壩安全級(jí)別為4級(jí)，正常蓄水位和校核洪水位下分別取0.3 m、0.2 m，防浪墻高度通常選擇1.2 m。壩頂高程計(jì)算成果見表2。取大壩壩頂高程為1394.24 m。

表2 壩頂高程計(jì)算結(jié)果表

3.1.2 壩體

大壩排水系統(tǒng)包括壩身排水孔及壩基排水孔。壩基排水孔設(shè)于1347.00 m高程大壩帷幕下游側(cè)、廊道下游側(cè)，沿排水溝布置，鉆孔深度為帷幕深度的0.5倍，鉆孔傾向下游，傾角10°，排水孔間距均為3 m，孔徑100 mm；壩身排水引入1347.00 m高程廊道內(nèi)，匯入集水井，通過水泵抽水排至下游河道。排水孔需在固結(jié)灌漿、帷幕灌漿實(shí)施完成后進(jìn)行鉆孔，施工過程中嚴(yán)禁水泥漿及雜物串入排水孔內(nèi)，堵塞排水通道。施工完成后，需對(duì)排水鉆孔出口處進(jìn)行清理，以保證排水通道暢通。

3.2 大壩標(biāo)準(zhǔn)剖面擬定

碾壓混凝土重力壩斷面設(shè)計(jì)重點(diǎn)根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319－2016），以材料力學(xué)法和剛體極限平衡法[4]計(jì)算成果來準(zhǔn)確確定壩體斷面。設(shè)計(jì)斷面需要滿足壩體及壩基的穩(wěn)定和應(yīng)力控制條件要求。

結(jié)合《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319－2016）規(guī)定，壩體基本斷面呈三角形。壩體上游壩坡優(yōu)化范圍定為0～0.20，下游壩坡的優(yōu)化區(qū)間為0.6~0.8之間。結(jié)合壩坡結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇斷面優(yōu)化參數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算出壩坡的具體高程數(shù)值，并結(jié)合相關(guān)單位寬度，準(zhǔn)確計(jì)算出壩體斷面的設(shè)計(jì)參數(shù)。

最后擬定壩體基本斷面參數(shù)：上游面1370.00 m高程以下坡度1∶0.2，1370.00 m高程以上為鉛直面；下游壩坡1∶0.8，起坡點(diǎn)高程為1388.57 m；溢流壩段剖面參照擋水壩段剖面擬定。大壩標(biāo)準(zhǔn)剖面圖見圖1。

圖1 大壩標(biāo)準(zhǔn)剖面圖

3.3 壩體分縫、止水設(shè)計(jì)

3.3.1 壩體分縫

大壩混凝土分縫應(yīng)根據(jù)壩基條件、結(jié)構(gòu)布置、施工澆筑條件以及混凝土溫度控制等因素要求確定。

該工程壩體為碾壓混凝土壩，不設(shè)縱縫。誘導(dǎo)縫及橫縫根據(jù)碾壓混凝土的特點(diǎn)設(shè)置，參照工程經(jīng)驗(yàn)，具體分縫為：壩0+033.414、壩 0+063.414、壩 0+073.414、壩 0+088.914、壩0+107.914、壩0+127.914處，壩體共分7個(gè)壩段，長(zhǎng)度為20 m～35 m。誘導(dǎo)縫采用切縫機(jī)切縫，切縫面積為縫面面積的2/3。大壩在橫縫處分左右兩個(gè)倉(cāng)面通倉(cāng)碾壓施工。因?yàn)閴误w上游面的面積比較大，寒潮襲擊等一系列因素，使得表面混凝土降溫收縮，產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，極易出現(xiàn)混凝土裂縫，應(yīng)對(duì)混凝土表面采取良好的保溫保濕措施。

3.3.2 壩體止水

上游壩面橫縫內(nèi)全部設(shè)置2道“U”型紫銅片止水[5]，其中，第一道止水與上游壩面相距1 m，止水片之間距離全部為0.75 m；溢流壩下游溢流面橫縫內(nèi)部設(shè)置銅片止水一道，止水片與壩面之間的距離為1 m；穿過溢流壩中部施工橫縫的廊道周邊應(yīng)全部設(shè)置塑料止水。

4 結(jié)語

水庫(kù)通常由擋水壩、溢流壩、升壓站等組成，設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模確定工程等級(jí)、防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，分析計(jì)算擋水建筑物的壩頂高程，確定擋水壩結(jié)構(gòu)尺寸。通過對(duì)后箐水庫(kù)擋水建筑物大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，如壩頂及壩體布置要點(diǎn)、大壩標(biāo)準(zhǔn)剖面擬定、壩體分縫、壩體混凝土分區(qū)等，提升了大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與穩(wěn)定性，為水庫(kù)后期的安全管理與運(yùn)行提供了安全保障。