青山?jīng)_水庫混凝土面板壩設(shè)計

張龑 劉春鋒 王佩玨

1 工程概況

青山?jīng)_水庫位于貴州省玉屏縣城西北部混寨河上，工程任務(wù)為向玉屏縣城供水、農(nóng)村人畜供水和農(nóng)田灌溉。水庫正常蓄水位443.5 m，相應(yīng)庫容為1 208 萬m3，校核洪水位445.27 m，相應(yīng)庫容為1 287萬m3?？h城供水人口8 萬人，農(nóng)村人飲供水人口1.075 2 萬人，灌溉面積703.13 hm2（1.054 7 萬畝）。

本工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，由首部樞紐和輸水工程組成。首部樞紐包括擋水建筑物、泄水建筑物、引水放空系統(tǒng)等。攔河壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程446.40 m，最大壩高83.90 m，壩頂長246.00 m。

2 壩址地形地質(zhì)條件

壩址區(qū)河谷呈V 形，河床地面高程368～385 m，主河槽寬8～12 m。兩岸山體較渾厚，植被茂密。左岸邊坡下部較陡，自然坡度在40°～50°，基巖部分出露，上部地形稍緩，覆蓋層為坡殘積（Q4dl+el）碎石土，厚度為0.5～7.5 m，局部地段覆蓋層較厚，覆蓋層厚度達(dá)到11.0 m；右岸邊坡相對略緩，坡度為30°～40°，局部較陡，基巖裸露，表層多為坡殘積碎石土，厚度為1.0～2.5 m，局部地段覆蓋層厚度可達(dá)8.5 m。

壩址區(qū)部分區(qū)域基巖裸露，基巖為寒武系下統(tǒng)杷榔組（∈1p）砂質(zhì)頁巖，屬較軟巖；壩肩穩(wěn)定性較好，巖體透水性為中等-微透水性，壩址右岸發(fā)育兩條斷層，規(guī)模不大。

3 混凝土面板堆石壩設(shè)計

3.1 壩體剖面設(shè)計

混凝土面板堆石壩壩頂高程446.4 m，防浪墻頂高程447.6 m，壩頂寬6.5 m，壩頂長246.0 m，最大壩高83.9 m，上游壩坡坡比為1∶1.406，下游壩坡局部坡比為1∶1.35；壩后“之”字形上壩公路，坡比8.0%，下游坡綜合坡比1∶1.67；混凝土面板厚度按0.3+0.0035H（m）計算確定（H為計算斷面至防浪墻底部的垂直距離），河床部位趾板置于弱風(fēng)化層上部，兩岸上部趾板置于強風(fēng)化層中部，趾板厚度按2∕3 壩高以上和以下部分分別為0.5 m 和0.8 m，寬度分別為5 m 和8 m。

3.2 壩體分區(qū)及填筑設(shè)計

3.2.1 壩體分區(qū)設(shè)計

壩體典型剖面圖示意如圖1 所示。

圖1 壩體典型剖面示意圖

1 區(qū)：含1A（上游鋪蓋區(qū)）和1B（上游蓋重區(qū)）。上游壩面385.0 m 以下設(shè)置了1A（上游鋪蓋區(qū)）鋪蓋區(qū)，用粉煤灰和粉細(xì)砂等低黏性料填筑，鋪蓋頂寬4 m，上游坡1∶1.6。鋪蓋上游設(shè)蓋重區(qū)1B，采用開挖石渣填筑，頂寬4 m，上游坡1∶3.0。

2 區(qū)：含2A（墊層區(qū)）和2B（特殊墊層區(qū)）。墊層區(qū)直接位于面板下游側(cè)，水平寬3.0 m。在周邊縫下游側(cè)墊層區(qū)內(nèi)設(shè)特殊墊層小區(qū)，作為對上游鋪蓋（1A 區(qū)）的反濾層。控制孔隙率15%。

3 區(qū)：含3A 過渡區(qū)、3B 主堆石區(qū)、3C 下游堆石區(qū)、3F 下游壩基排水區(qū)和P 下游塊石護(hù)坡。3A過渡區(qū)水平寬度5 m。3B 主堆石區(qū)位于過渡料下游，是面板堆石壩的主體，是承受水荷載的主要部分。3B 區(qū)上游坡比1∶1.4，下游坡比1∶0.5。3C 下游堆石區(qū)位于主堆石區(qū)下游側(cè)，由于遠(yuǎn)離面板，只是用于維持對下游壩體的穩(wěn)定。下游塊石護(hù)坡厚0.5 m。下游壩基排水區(qū)3F 位于主堆石下游側(cè)、下游堆石區(qū)以下，頂高程375.0 m。

3.2.2 壩體填筑設(shè)計

墊層料：水平寬度3 m，設(shè)計干密度2.22 g∕cm3，孔隙率18%，控制最大粒徑80 mm，小于5 mm 顆粒含量不低于40%（宜為40%～50%），小于0.075 mm的顆粒含量小于8%（宜為4%～8%），級配連續(xù)。壓實后的滲透系數(shù)為1×10-3cm∕s。

過渡料：水平寬5 m，選用料場開采灰?guī)r料，要求強度指標(biāo)與墊層料相同，設(shè)計干密度2.20 g∕cm3，孔隙率19%，控制最大粒徑300 mm，小于25 mm的含量不大于50%，小于5 mm 顆粒含量20%～30%，小于0.075 mm 的顆粒含量小于5%，級配連續(xù)。壓實后的滲透系數(shù)為1×10-2cm∕s。

主堆石區(qū)：設(shè)計干密度2.17 g∕cm3，孔隙率20.0%?？刂谱畲罅?00 mm，小于25 mm 的含量不大于35%，小于5 mm 顆粒含量6%～15%，小于0.075 mm 的顆粒含量小于5%，級配連續(xù)。壓實后的滲透系數(shù)為1×10-1cm∕s。

下游堆石區(qū)：采用溢洪道開挖的弱風(fēng)化料和料場灰?guī)r料填筑。設(shè)計干密度2.08 g∕cm3，孔隙率21.0%，控制最大粒徑800 mm，小于0.075 mm 的顆粒含量小于5%，小于5 mm顆粒含量小于5%，級配良好。

壩基排水區(qū)：采用料場灰?guī)r料，設(shè)計干密度2.12 g∕cm3，相應(yīng)的孔隙率22.0%?？刂谱畲罅?00 mm，小于25 mm 的含量不大于35%，小于5 mm顆粒含量6%～15%，小于0.075 mm 的顆粒含量小于5%，級配連續(xù)。壓實后的灰?guī)r塊石的滲透系數(shù)不小于1×10-2cm∕s。

壩體填筑料設(shè)計級配曲線如圖2 所示。

圖2 壩體填筑料設(shè)計級配曲線

3.3 防滲面板設(shè)計

防滲面板設(shè)計混凝土特性指標(biāo)見表1。

表1 面板混凝土特性指標(biāo)表

鋼筋混凝土面板頂部厚度為0.3 m，以下隨面板高度增加而加厚，相應(yīng)高度處面板厚度根據(jù)SL 228—2013《混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范》，采用下式計算：

式中t——面板厚度，m；

H——計算斷面至面板頂部的垂直距離，m。

計算最大板厚0.58 m，底部最大水力梯度138.8。防滲面板上游側(cè)坡比采用1∶1.406，下游側(cè)坡比為1∶1.4。防滲面板內(nèi)布置單層雙向鋼筋，鋼筋為Φ20 mm，間距200 mm。在拉應(yīng)力區(qū)、岸邊周邊縫附近及臨近周邊縫的垂直縫附近按雙層筋加強配置。

為適應(yīng)壩體變形，對面板進(jìn)行分縫。根據(jù)地形地質(zhì)條件及類似工程經(jīng)驗，在兩壩肩附近的面板內(nèi)設(shè)張性垂直縫，其余部位的面板內(nèi)設(shè)壓性垂直縫。受壓區(qū)的面板縫距為15 m，兩岸邊受拉區(qū)面板縫距一般為10 m。

3.4 趾板設(shè)計

趾板基礎(chǔ)主要為砂質(zhì)頁巖，為CⅣ類巖體，層狀結(jié)構(gòu)，巖體較完整，局部較差。為適應(yīng)壩基變形，將趾板置于弱風(fēng)化層上部巖體。

趾板采用平趾板，“X”線垂直于趾板面等高線。趾板的最小寬度3 m，最大水頭81.95 m，趾板建基面為弱風(fēng)化砂質(zhì)頁巖，考慮河床趾板上游設(shè)置有上游鋪蓋區(qū)和石渣蓋重區(qū)，河床趾板寬度按最大承受1∕10 倍水頭設(shè)計。趾板寬度按2∕3 壩高以下、2∕3 壩高以上分別取為8 m 和5 m，并在趾板后設(shè)置15 m 寬的C25 聚丙烯纖維混凝土。聚丙烯纖維混凝土厚30 cm。趾板厚度按2∕3 壩高以下、2∕3壩高以上分為0.8 m 和0.5 m。趾板布置Φ25 mm 錨筋，錨筋長5 m，間距1.5 m 和2 m，排距2 m。趾板混凝土表面設(shè)置2 層雙向鋼筋。

3.5 接縫與止水設(shè)計

面板垂直縫有分為壓性垂直縫和張性垂直縫，垂直縫在距離法線方向1.0 m 范圍內(nèi)，垂直于周邊縫布置。

面板垂直縫、周邊縫及面板與防浪墻間的水平縫均設(shè)上下兩道止水，頂部為柔性填料，PVC 棒，底部為銅片止水，銅片止水下設(shè)墊片和瀝青砂墊。周邊縫頂部的柔塑性填料與垂直縫的柔性填料相連接，底部的銅片止水與垂直縫底部的銅片止水連接，各自形成封閉的止水系統(tǒng)。巖基上的趾板連續(xù)澆筑不分縫，可根據(jù)施工情況設(shè)置施工冷縫，在趾板轉(zhuǎn)彎處、變坡部位設(shè)置過渡段平順連接。防浪墻每隔12 m 分縫，設(shè)1 道止水，并與防浪墻與面板間的水平縫止水構(gòu)成封閉的止水系統(tǒng)。

3.6 壩基和壩肩處理

大壩趾板坐于弱風(fēng)化巖體上。根據(jù)河床覆蓋層特征，大壩中下部填筑區(qū)將覆蓋層及松動巖體全部清除，兩壩肩填筑區(qū)以基巖作為基礎(chǔ)，清除表部坡殘積碎石土。

帷幕灌漿布置在趾板中部，設(shè)帷幕灌漿孔1排，垂直鉆孔，孔距2 m。防滲帷幕深度在河床部位和左壩肩為28 m，右壩肩為30 m，以透水率3 Lu為控制指標(biāo)。左、右壩肩均延伸至正常蓄水位與地下水位相交處。

趾板范圍內(nèi)基巖均進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿與帷幕灌漿結(jié)合布置。在帷幕灌漿線的上、下游各布置1 排固結(jié)灌漿孔，孔距2.0 m，孔深5 m。為提高趾板與基巖的整體穩(wěn)定性，趾板下設(shè)置Φ25 mm 錨筋，入巖深度為5.0 m，間距1.5∕2 m、排距2.0 m。