德昌縣和平水庫工程混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)

(四川省內(nèi)江水利電力勘察設(shè)計(jì)院有限公司，四川 內(nèi)江，641000)

1 工程概況

和平水庫位于四川省涼山州德昌縣茨達(dá)鄉(xiāng)和平村境內(nèi)，是在雅礱江二級(jí)支流安寧河下游右岸茨達(dá)河上興建的一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村供水的中型水利工程。水庫壩址位于磨房溝口上游約0.9km處，壩址以上集水面積61.0km2，河長13.9km，河道平均比降46.2‰，水庫距德昌縣城37km。水庫為年調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位1820.00m，相應(yīng)庫容為2230萬m3，水庫校核洪水位1821.22m，總庫容為2327萬m3，調(diào)節(jié)庫容2087萬m3，死水位1770.00m，死庫容143萬m3。水庫設(shè)計(jì)灌溉面積0.72萬hm2，供水人口6.22萬人。

根據(jù)四川省賽思特科技有限責(zé)任公司提供的《德昌縣和平水庫工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》成果，工程場(chǎng)地的地震基本烈度為Ⅷ度，壩址區(qū)未來50年超越概率為10%、5%基巖地震動(dòng)峰值加速度143cm/sec2、193cm/sec2；100年超越概率為2%基巖地震動(dòng)峰值加速度332cm/sec2。

和平水庫工程由水庫樞紐工程和灌區(qū)工程兩部分組成。水庫樞紐工程由大壩、右岸開敞式溢洪道、右岸放水放空洞等組成。其中大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程1823.00m，壩頂長370.0m，壩頂寬8.0m，最大壩高為89.0m。大壩總填筑方量約290×104m3。

2 樞紐布置

2.1 壩址地形地質(zhì)條件

壩址區(qū)河段總體相對(duì)彎曲，茨達(dá)河由S8°W流經(jīng)壩址區(qū)，河漫灘和階地局部發(fā)育，“V”字型河谷與“U”字型河谷間斷出現(xiàn)，壩址區(qū)河床河水面高程1752m～1742m，谷寬100m～150m，河水面寬8m～10m，兩岸岸坡地形坡度25°～45°。

河床和漫灘段地表覆蓋第四系沖洪積粉土和砂礫石，厚3.92m～7.20m，表層粉土厚0.00～4.0m，砂礫石厚1.48m～6.70m；岸坡段地表覆蓋第四系殘坡積碎礫石土，厚1.15m～2.97m。下伏輝長巖全風(fēng)化帶厚0.00～6.52m，強(qiáng)風(fēng)化帶厚5.74m～12.37m，弱風(fēng)化帶厚12.70m～23.25m。

2.2 水庫樞紐平面布置

和平水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放空放水洞等建筑物組成。

攔河大壩采用鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程1823.00m，壩頂軸線長370.0m，壩頂寬8.0m，最大壩高89.0m，壩基置于強(qiáng)風(fēng)化輝長巖上。

溢洪道布置在大壩右壩肩，采用2孔開敞式有閘寬頂堰表孔泄流，孔口尺寸6.0m×5.5m(寬×高)；泄槽段為城門洞型，底寬6.0m，高6.0m；末端采用挑流消能。

放空、放水洞位于右岸，采用“龍?zhí)ь^”型式，由導(dǎo)流洞改造而成。

3 混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)

3.1 大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

攔河大壩采用鋼筋混凝土面板堆石壩，壩前正常蓄水位1820.00m，設(shè)計(jì)洪水位1820.18m，校核洪水位1821.14m，死水位1770.00m，壩頂高程1823.00m，壩頂軸線長370.0m，壩頂寬8.0m，河床趾板建基面高程1734.00m，最大壩高89.0m。

大壩上游坡坡比為1∶1.506；下游設(shè)三級(jí)壩坡，坡比均為1∶1.6，并分別在高程1793.00m和1763.00m處設(shè)3.0m寬馬道。壩頂上游側(cè)設(shè)置C25鋼筋混凝土防浪墻，壩頂以上墻高1.2m，防浪墻上游底部設(shè)置1.0m寬檢修小道；壩頂下游側(cè)設(shè)置1.2m高不銹鋼景觀欄桿。

3.2 壩料選擇

和平水庫新填筑堆石料巖性為二疊系輝長巖，主料場(chǎng)位于庫區(qū)左岸團(tuán)包山料場(chǎng)，運(yùn)距較近，備用料場(chǎng)位于大壩下游溢洪道出口對(duì)岸。根據(jù)料場(chǎng)巖石室內(nèi)試驗(yàn)成果：強(qiáng)風(fēng)化輝長巖飽和抗壓強(qiáng)度33.9MPa～35.6MPa，平均34.1MPa，軟化系數(shù)0.60，屬中硬巖類；弱風(fēng)化輝長巖飽和抗壓強(qiáng)度52.8MPa～66.3MPa，平均58.5MPa，軟化系數(shù)0.68，屬中硬巖類；微風(fēng)化輝長巖飽和抗壓強(qiáng)度61.7MPa～77.8MPa，平均68.8MPa，軟化系數(shù)0.77，屬堅(jiān)硬巖類，強(qiáng)度較高，抗軟化能力較強(qiáng)。

3.3 壩體填筑分區(qū)

壩體從上游至下游分別為粉細(xì)砂鋪蓋區(qū)(1A)、蓋重區(qū)(1B)、墊層區(qū)(2A)、特殊墊層區(qū)(2B)、過渡區(qū)(3A)、上游主堆石區(qū)(3B)、下游次堆石區(qū)(3C)、下游主堆石區(qū)(3B)、下游干砌塊石護(hù)坡(3D)。壩體分區(qū)見附圖。

附圖 壩體填筑分區(qū)

3.4 壩料填筑設(shè)計(jì)

3.4.1 粉細(xì)砂鋪蓋區(qū)(1A)

粉細(xì)砂鋪蓋區(qū)(1A)位于面板上游下部，頂高程1769.00m，頂寬3m，上游坡為1∶1.506。鋪蓋區(qū)采用購買的粉細(xì)砂進(jìn)行填筑。

3.4.2 蓋重區(qū)(1B)

蓋重區(qū)保護(hù)區(qū)(1B)位于粉細(xì)砂鋪蓋(1A)的上游，維持粉細(xì)砂鋪蓋的穩(wěn)定，并起保護(hù)作用，采用壩基開挖任意料進(jìn)行填筑，頂部高程1769.00m，頂寬8.0m，上游坡1∶4.0。

3.4.3 墊層區(qū)(2A)

墊層區(qū)位于混凝土面板下部，設(shè)計(jì)水平寬度為3.0m。墊層料采用料場(chǎng)爆破開采料，設(shè)計(jì)最大粒徑不超過40cm，控制干密度>2.30g/m3、孔隙率<20%，小于5mm粒徑的含量控制在35%～55%范圍，小于0.075mm粒徑的含量控制在4%～8%，滲透系數(shù)1×10-2cm/s～1×10-3cm/s。

3.4.4 特殊墊層區(qū)(2B)

特殊墊層料位于周邊縫下游側(cè)，為梯形斷面，頂寬2m，高3m，上游坡坡比為1∶1.5，下游坡坡比為1∶1，采用料場(chǎng)爆破開采料摻配后填筑。設(shè)計(jì)最大粒徑不超過20cm，控制干密度>2.33g/m3、孔隙率<19%，小于5mm粒徑的含量控制在40%～60%范圍內(nèi)，小于0.075mm粒徑的含量控制在4%～8%，滲透系數(shù)1×10-3cm/s～1×10-4cm/s。

3.4.5 過渡區(qū)(3A)

過渡區(qū)位于墊層區(qū)和上游堆石區(qū)之間，水平寬度為3.0m，采用料場(chǎng)爆破開采料。設(shè)計(jì)最大粒徑不超過30cm，控制干密度>2.23g/cm3、孔隙率<22%，小于5mm粒徑的含量控制在20%～35%范圍內(nèi)，小于0.075mm粒徑的含量控制在<5%，滲透系數(shù)大于1×10-3cm/s。

3.4.6 主堆石區(qū)(3B)

主堆石區(qū)位于過渡區(qū)和次堆石區(qū)之間，采用料場(chǎng)爆破開采料。設(shè)計(jì)最大粒徑不超過100cm，控制干密度>2.17g/cm3、孔隙率<24%，小于5mm粒徑的含量控制在≤20%范圍內(nèi)，小于0.075mm粒徑的含量控制在≤5%，滲透系數(shù)大于1×10-2cm/s。

3.4.7 次堆石區(qū)(3C)

次堆石區(qū)位于下游壩殼料和主堆石區(qū)之間，采用料場(chǎng)爆破開挖料。次堆石區(qū)頂高程1803.00m，上游側(cè)距壩軸線5m，頂寬10m，上游坡比1∶0.3，下游坡比1∶1.6，底高程為1751.00m。設(shè)計(jì)最大粒徑不超過100cm，控制干密度>2.14g/cm3、孔隙率<25%，小于5mm粒徑的含量控制在≤30%范圍內(nèi)，小于0.075mm粒徑的含量控制在≤5%，滲透系數(shù)大于1×10-2cm/s。

3.4.8 下游干砌石護(hù)坡(3D)

大壩下游坡采用干砌大塊石進(jìn)行護(hù)坡，護(hù)坡厚度1.0m。其中高程1808.00m以上采用10cm厚空心六方塊護(hù)坡，護(hù)坡下設(shè)20cm厚一級(jí)配碎石墊層(粒徑5mm～20mm)。

壩料填筑指標(biāo)見附表。

附表上壩料關(guān)鍵指標(biāo)匯總

3.5 面板設(shè)計(jì)

水庫大壩面板采用C30鋼筋混凝土，抗?jié)B標(biāo)號(hào)為W10，抗凍等級(jí)F150，采用摻粉煤灰和氧化鎂的微膨脹混凝土?；炷撩姘搴穸雀鶕?jù)水力梯度確定，面板頂部厚度0.3m，底部最大厚度為0.6m。其中河床段壓性面板寬度為14.0m，岸坡段張性面板寬度為8.0m。面板采用單層雙向配筋，每向配筋率為0.31%～0.4%。為避免局部應(yīng)力集中使混凝土受壓破壞，在面板垂直縫、周邊縫1.0m范圍內(nèi)設(shè)置加強(qiáng)鋼筋，加強(qiáng)鋼筋采用雙層雙向配置。

3.6 趾板設(shè)計(jì)

趾板混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30，抗?jié)B標(biāo)號(hào)為W10，抗凍等級(jí)F150，采用摻粉煤灰和氧化鎂的微膨脹混凝土。趾板為C30鋼筋混凝土水平型趾板，沿河床和岸坡布置。河床段趾板寬8.5m，厚1.0m。岸坡趾板采用了2種形式：第一種是1780.00m以下部位趾板寬度6.5m，厚度1.0m；第二種是1780.00m以上趾板寬度4m，厚度0.6m。兩岸壩肩趾板大部分置于強(qiáng)風(fēng)化基巖上部，為加固趾板與基礎(chǔ)間連接，在趾板下設(shè)置了φ25錨桿，錨桿長6m，布置在固結(jié)灌漿孔上。趾板采用單層雙向配筋，每向配筋率為0.31%。趾板不設(shè)置永久縫，采用分段跳倉澆筑，分段長度為15m～20m，各段之間預(yù)留1m～2m寬臨時(shí)寬槽，各段趾板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，采用W10F150C30低熱微膨脹混凝土對(duì)臨時(shí)寬槽進(jìn)行回填澆筑。

3.7 接縫止水設(shè)計(jì)

和平水庫大壩接縫形式共4種，分別為周邊縫、面板垂直縫、面板與防浪墻水平接縫、防浪墻伸縮縫。

3.7.1 周邊縫

周邊縫采用兩道止水，河床段底部設(shè)“F”型銅止水帶，岸坡段底部設(shè)“W”型銅止水帶，周邊縫頂部表面預(yù)留“V”型槽，在縫口槽底設(shè)氯丁橡膠棒，縫表面設(shè)波浪型GB復(fù)合橡膠止水帶，以上采用GB柔性填料嵌縫，填料表面敷設(shè)GB三元乙丙復(fù)合蓋板，兩側(cè)采用膨脹螺栓和不銹扁鋼進(jìn)行固定。周邊縫縫寬1.2cm，縫內(nèi)填充1.2cm厚瀝青杉木板嵌縫。

3.7.2 面板垂直縫

根據(jù)有限元分析計(jì)算結(jié)果和類似工程經(jīng)驗(yàn)，面板在河床中心線附近設(shè)置了14條壓性垂直縫，左右壩段設(shè)置了15條張性垂直縫。面板垂直縫均設(shè)置兩道止水，縫底部設(shè)銅止水帶，銅止水帶以下設(shè)PVC塑料板進(jìn)行粘結(jié)；頂部表面預(yù)留“V”型槽，在縫口槽底設(shè)氯丁橡膠棒，以上敷設(shè)GB柔性填料，填料表面敷設(shè)GB復(fù)合三元乙丙蓋板，兩側(cè)采用膨脹螺栓和不銹扁鋼進(jìn)行固定。垂直縫縫寬1.2cm，縫內(nèi)采用1.2cm厚瀝青杉木板嵌縫。

3.7.3 面板與防浪墻水平接縫

面板與防浪墻水平接縫采用兩道止水，在縫底部設(shè)“W”型銅止水帶，與面板垂直縫、防浪墻伸縮縫及周邊縫底部止水連接形成封閉，在縫頂部預(yù)留“V”型槽，在縫口槽底設(shè)氯丁橡膠棒，縫表面設(shè)波浪型GB復(fù)合橡膠止水帶，以上采用GB柔性填料嵌縫，填料表面敷設(shè)GB復(fù)合三元乙丙蓋板，兩側(cè)采用膨脹螺栓和不銹扁鋼進(jìn)行固定。水平接縫縫寬1.2cm，縫內(nèi)采用1.2cm厚瀝青杉木板嵌縫。

3.7.4 防浪墻伸縮縫

沿防浪墻長度方向設(shè)置防浪墻伸縮縫，伸縮縫位置與面板垂直縫位置一致，縫內(nèi)靠上游側(cè)設(shè)銅止水帶一道，與防浪墻底部水平接縫的銅止水帶連接。伸縮縫縫寬1.2cm，縫內(nèi)采用1.2cm厚瀝青杉木板嵌縫。

3.8 防滲設(shè)計(jì)

壩基、壩肩處理設(shè)計(jì)包括帷幕灌漿和固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)。

3.8.1 帷幕灌漿設(shè)計(jì)

大壩壩基、壩肩采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理，河床段布置兩排帷幕灌漿孔，排距1.0m，兩岸設(shè)置一排帷幕灌漿孔，灌漿軸線總長590.90m。

帷幕灌漿采用鉛直接地式帷幕，中高壩段灌漿孔深入3Lu線下10m，低壩段孔深入3Lu線下5.0m;雙排灌漿段孔距1.5m，單排灌漿孔段孔距1.5m。

3.8.2 趾板基礎(chǔ)固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

根據(jù)布置，趾板寬度8.5m段下設(shè)4排固結(jié)灌漿，采用梅花型布置，軸線排距2.0m，孔距2.0m；趾板寬度6.5m段下設(shè)2排固結(jié)灌漿，采用梅花型布置，軸線排距2.0m，孔距2.0m，固結(jié)灌漿深入弱風(fēng)化上限1.0m。

4 結(jié)語

本文對(duì)和平水庫工程的水庫樞紐平面布置、混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。在本工程設(shè)計(jì)過程中，借鑒了國內(nèi)外類似工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合水庫工程地形地質(zhì)條件，在壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、面板及趾板設(shè)計(jì)、接縫止水以及基礎(chǔ)處理等方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。水庫樞紐自2014年5月開工，截止目前已基本完工，正在完善下閘蓄水的準(zhǔn)備工作。根據(jù)大壩安全監(jiān)測(cè)情況，施工期壩體變形監(jiān)測(cè)值小于三維有限元計(jì)算結(jié)果，后期蓄水后還應(yīng)對(duì)大壩進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。通過本工程的實(shí)施，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考和借鑒。