某水庫(kù)壩體分區(qū)設(shè)計(jì)方法

陳嵩瀛

摘 要：以某水庫(kù)項(xiàng)目為工程背景，圍繞其壩體分區(qū)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討，根據(jù)壩體分區(qū)原則，在考慮大壩可順利運(yùn)行情況下，確定了壩體分區(qū)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)壩體各個(gè)組成部分運(yùn)行的受力特點(diǎn)以及壩料具體性質(zhì)進(jìn)行分析，以期能夠給與之相關(guān)的項(xiàng)目提供更多借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：水庫(kù) 壩體分區(qū) 滲透系數(shù)

為保證大壩可順利運(yùn)行，需要對(duì)壩體進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)按照壩體所有構(gòu)成要素運(yùn)行的主要受力特征和壩料的具體特征等等。按照實(shí)際情況對(duì)大壩分區(qū)提出不同要求，從整體上實(shí)現(xiàn)建筑物的價(jià)值，開挖主要石料、降低項(xiàng)目造價(jià)以及優(yōu)化施工現(xiàn)狀等等。

1.工程概況

某水庫(kù)的建筑物構(gòu)成部分有堆石壩以及溢洪道還有泄洪輸水隧洞。在這些構(gòu)成部分中，堆石壩頂高為1883.40m，1828.40m是最低建基面高度，最大壩高是55m，142m是壩頂?shù)拈L(zhǎng)度，壩頂?shù)膶挾仁?m；大壩上游壩坡的坡比是1：1.8，并在大壩下游壩坡1865m的高程處，建造馬道，其寬度為2.0m，此高程以上及以下壩坡坡比均為1：17。無(wú)坎寬頂堰為其控制堰，控制段凈寬度是10m，1879.90m為堰頂?shù)母叱獭?/p>

2.壩體分區(qū)原則

（1）為保證壩體不同部位之間可協(xié)調(diào)變形，應(yīng)當(dāng)盡可能的降低變形程度，防止對(duì)面板以及止水體系造成破壞。承受水荷載的重要地點(diǎn)為壩軸線上游地區(qū)，該部位的堆石體擁有比較高的變形模量，在分區(qū)之時(shí)，可盡量減少壩軸線下游部位的堆石體變形模量。

（2）為保證壩體能夠順利完成排水工作，不同分區(qū)材料之間要盡可能符合水力過(guò)渡的需要，其中，滲透系數(shù)應(yīng)當(dāng)由上游至下游逐漸增加。

（3）充分使用合適建筑物對(duì)材料進(jìn)行開挖工作。

（4）避免分區(qū)復(fù)雜，不同分區(qū)的最小尺寸應(yīng)當(dāng)符合機(jī)械化項(xiàng)目運(yùn)作需求。

3.壩體分區(qū)設(shè)計(jì)

在對(duì)壩體進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)之時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮壩料的強(qiáng)度以及施工條件等等，由上游到下游，在對(duì)大壩填筑分區(qū)之時(shí)，按照上游到下游可將其分成：上游堆石料以及過(guò)渡層區(qū)，中游主要包括反濾層以及粘土心墻防滲體區(qū)，另外，下游主要包括反濾以及過(guò)渡還有堆石料區(qū)?？傮w來(lái)看，壩體上、下游都使用干砌石護(hù)坡以及護(hù)砌。

3.1堆石料區(qū)

該項(xiàng)目在進(jìn)行堆石料填筑工作之時(shí)，石料大部分都從石料場(chǎng)運(yùn)輸而來(lái)，石料場(chǎng)具體位置于水庫(kù)下游地點(diǎn)，料場(chǎng)位置以及壩位兩者距離是1km，石料場(chǎng)巖性主要構(gòu)成部分是中厚層以及自云質(zhì)灰?guī)r，基巖幾乎是出露的，泉水幾乎都不出露，地下水位要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比開采底界低。

按照料場(chǎng)當(dāng)前地質(zhì)現(xiàn)狀可發(fā)現(xiàn)：開采區(qū)的巖石一般較為堅(jiān)硬，若從風(fēng)化角度對(duì)其分析，開采區(qū)巖石通常是弱風(fēng)化和微新狀的巖石。整體來(lái)看，料場(chǎng)里面不同層次的巖石特征幾乎沒(méi)有什么差異，在設(shè)計(jì)堆石料之時(shí)，要重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：（1）保證壩體和壩坡的保持安全狀態(tài)；（2）在開挖之時(shí)，盡可能通過(guò)不同樞紐建筑物中可利用的渣料；（3）在進(jìn)行填筑堆石料分區(qū)工作之時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循壩體不同位置的詳細(xì)要求，把質(zhì)量?jī)?yōu)良的料使用于重點(diǎn)部位。

應(yīng)在滿足工程結(jié)構(gòu)安全的情況下，應(yīng)當(dāng)將質(zhì)量上乘的好料于關(guān)鍵部位使用，質(zhì)量比較差的料于次要部位使用，將上、下游合理分區(qū)。大壩的關(guān)鍵受力部位是上游堆石料，為確保該地具有較強(qiáng)透水功能以及優(yōu)良物理力學(xué)參數(shù)，應(yīng)當(dāng)使用的料的特性是：具有比較高強(qiáng)度的指標(biāo)、透水功能較強(qiáng)等等，從而保證水位于降落情況之下，不會(huì)有較大孔隙水壓力，使壩坡保持穩(wěn)定狀態(tài)；壩體下游的干燥地區(qū)對(duì)石料的強(qiáng)度需求并不高，因此在開挖料之時(shí)，可以選擇標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)比較低的灰?guī)r以及溢洪道等等；在對(duì)下游的排水區(qū)進(jìn)行填筑工作之時(shí)，可使用比較優(yōu)良的硬巖料，從而確保滲透到壩體中水可以順利排出，防止水流斷面收縮，水位高于常水位，從而威脅大壩安全。

堆石料自身力學(xué)特點(diǎn)與級(jí)配具有不可分割的關(guān)系密切相關(guān)，級(jí)配和巖性巖層產(chǎn)狀以及爆破技藝密切相連。通過(guò)借鑒與之相關(guān)的項(xiàng)目所使用的級(jí)配材料，模擬制定的堆石料級(jí)配是：最大的粒徑≤800mm，石料粒徑要≤5mm，并且細(xì)料含量<20%，石料粒徑>0.1mm的含量要<5%。設(shè)計(jì)孔隙比率是22%，因此對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)干密度是21.1kN/m3。堆石料要保證可以實(shí)現(xiàn)自由排水，其滲透系數(shù)是（3～10）×1010cm/s。

在對(duì)壩料進(jìn)行填筑工作之時(shí)，應(yīng)當(dāng)按壩的等級(jí)以及高度等等，并充分參考與之類似的項(xiàng)目，從而確定具體數(shù)據(jù)。初步確定在表1中有所展示。

3.2過(guò)渡料區(qū)

對(duì)大壩進(jìn)行分區(qū)之時(shí)，應(yīng)當(dāng)于反濾料以及堆石料之間設(shè)置過(guò)渡料區(qū)，此區(qū)域的壩料具體特性是：低壓縮以及高抗剪特征，并具反濾的優(yōu)勢(shì)以及自由排水特征。料具體來(lái)源是石料場(chǎng)進(jìn)行開挖工作之時(shí)所得到的弱風(fēng)化巖石，其物理力學(xué)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)與過(guò)渡料相互協(xié)調(diào)，此分層的水平鋪筑寬是15m，坡度比是1：0.25，由弱風(fēng)化灰?guī)r料制作。

為充分發(fā)揮墊層料的所具有的水力過(guò)渡的優(yōu)勢(shì)，其壓實(shí)過(guò)后的過(guò)渡料的滲透系數(shù)應(yīng)當(dāng)是1×1010cm/ s-3×10-1cm/s。

3.3反濾料區(qū)

為了防止壩殼料以及心墻料出現(xiàn)變形的不良后果，使得心墻土料細(xì)中的顆粒存在流失問(wèn)題，可在心墻兩端安裝反濾層。它的主要功能是能夠保護(hù)粘土心墻，避免庫(kù)水位降低時(shí)，心墻土料偏移到壩殼孔隙里面，還具有協(xié)調(diào)變形的優(yōu)勢(shì)。此區(qū)水平鋪筑寬是15m，坡度比是1：0.25，原材料是弱風(fēng)化灰?guī)r。

反濾料抗剪強(qiáng)度較高，可以保證自身穩(wěn)定運(yùn)行，且具有優(yōu)良半透水的性質(zhì)，當(dāng)心墻破壞的時(shí)候，能夠穩(wěn)定壩體滲漏量，從而確保其擁有抗?jié)B性能，從而能夠?qū)?xì)粒料造成反濾效果，滲漏現(xiàn)象出現(xiàn)之時(shí)，主要利用細(xì)粒料將滲流通道堵住，從而達(dá)到擋水目的。

3.4粘土心墻防滲體區(qū)

此區(qū)域位于壩體中上方，心墻軸線位置于壩軸線上游，與壩軸線兩者相距1.5m，具體設(shè)計(jì)頂寬度為3.0m，因?yàn)榇隧?xiàng)目所處地點(diǎn)8度地震區(qū)域，所以地震設(shè)置的防烈度是8度，按照防止?jié)B土料詳細(xì)物理力學(xué)參數(shù)，在實(shí)際施工之中，模擬使用中厚心墻，心墻頂寬度為3m，1883.00m為頂部高度。上、下游坡比1：0.25，底高程1827.00m，心墻最大厚度為30.35m，該區(qū)域主要使用防滲心墻，粘土料來(lái)源于壩區(qū)下游粘土料場(chǎng)，粘土料在壓實(shí)完成后，滲透系數(shù)應(yīng)當(dāng)<10×l0-5cm/s。

于大壩兩肩以及河床位置之處開挖截槽，直到基巖，1.0～2.0m是截槽深入基巖，開挖深度為15.0～7.8m，在截槽底部安裝厚度是0.6m的混凝土灌漿蓋板。

4.結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，在對(duì)壩體分區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)在明確壩體各個(gè)區(qū)域?qū)嶋H工作以及受力條件還有壩料以及性質(zhì)等等基礎(chǔ)上，明確壩體主要分區(qū)之間的界限，保證堆石體實(shí)現(xiàn)排水暢通的目標(biāo)，充分發(fā)揮建筑物的作用，進(jìn)行開挖料工作，才能保證壩體分區(qū)設(shè)計(jì)的合理性。

參考文獻(xiàn)：

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