關(guān)于坡馬水庫混凝土面板堆石壩擋水建筑物的壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計

鐘京發(fā)

（貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 水庫工程概況

坡馬水庫工程總庫容量為159萬m3，工程等級為Ⅳ?。ㄒ唬┧畮旃こ?。水庫工程永久性水工建筑體設(shè)計為4級，臨時建筑物設(shè)計為5級，主要用于擋水、泄水、取水以及水庫供水等多個方面工作。在坡馬水庫工程建設(shè)過程中，混凝土面板堆石壩、溢洪道以及取水間放空隧洞，根據(jù)30年一遇的最大洪水標準來進行設(shè)計，同時以300年一遇的洪水進行校核。消能防沖建筑體標準根據(jù)20年一遇的洪水標準來進行設(shè)計，供水管道高水位以及跨河建筑建筑物，根據(jù)10年一遇的洪水標準來進行設(shè)計。針對本次坡馬水庫工程擋水建筑物壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計方式進行了深入探究，有效增強擋水建筑物的整體使用效果。

2 擋水建筑物壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

2.1 壩體結(jié)構(gòu)布置

在坡馬水庫工程中，混凝土面板堆石壩壩軸線，以直線形式來進行設(shè)計，壩軸線的方位角為N72.94°E，大壩最高高度為50.0m，大壩頂長為199.67m，大壩頂部高程為663.50m，大壩防浪墻頂部高程為664.70m，大壩頂部寬度為6m，底部最大寬度為151.61m。水庫大壩上游壩坡比例為1:1.4，下游壩坡比例為1:1.4，大壩下游壩坡在高程636.00m、623.00m以及649.00m分別設(shè)置2.0m寬的馬道。同時在大壩上游面使用鋼筋混凝土面板來進行防滲水處理?；炷撩姘搴穸葹?.45m，趾板位于強風(fēng)化層的中下部區(qū)域厚度設(shè)定為0.5m，寬度統(tǒng)一為5.5m。

2.2 壩頂高程確定

坡馬水庫工程大壩等級為4級，建筑物混凝土面板堆石壩，依照30年一遇的洪水標準來進行設(shè)計來確定防浪墻到高程大小。根據(jù)洪水調(diào)度計算工作結(jié)果，水庫大壩設(shè)計洪水位高度為661.91m，校核洪水位高度為662.75m，正常蓄水位高度為660.00m。在壩頂設(shè)計工作過程中，根據(jù)混凝土面板堆石壩設(shè)計工作規(guī)范要求，綜合考慮到大壩高度和壩頂坡度設(shè)計標準，參考以往的設(shè)計工作經(jīng)驗，選擇壩體頂部寬度為6.0m，大壩頂部高程根據(jù)正常使用狀態(tài)下和非正常使用狀態(tài)下的計算工作數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 大壩超高計算

大壩頂部高程的計算方式，主要以設(shè)計洪水位的具體情況來進行確認，選擇壩頂高程為663.50m，超過最高靜水位高度，壩頂部上游區(qū)域設(shè)置防浪墻，防浪墻的頂部高程設(shè)置為664.70m，下游設(shè)置出欄桿壩頂面直接設(shè)置成單側(cè)排水坡，坡度大小為2%，防浪墻使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，同時面板頂部高程為662.50m，超過設(shè)計洪水位661.91m，墻體總高度為2.7m。

3 壩體壩坡結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼筋混凝土防滲面板設(shè)計在大壩的上游區(qū)域設(shè)置鋼筋混凝土面板，作為壩體的主要防滲透結(jié)構(gòu)。在面板的設(shè)計工作中，主要遵循以下幾個方面的工作原則：①面板設(shè)計必須要具有較低的透水性，以此滿足面板堆石壩的防滲工作要求；②必須要具有充足的柔韌性，以此來有效適應(yīng)壩體產(chǎn)生變形問題；③需要具有足夠的韌性和強度，可以承受一定的外部壓力，防止自身出現(xiàn)變形和開裂問題；④需要具有更高的耐久性，全面提高面板堆石壩的抗風(fēng)化和抗低溫能力。在本次面板堆石壩的最大高程為50.0m，設(shè)置在河谷的狹窄區(qū)域，兩岸的邊坡變化起伏相對較大，同時對面板的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求相對較高，因此在擬定面板混凝土強度等級設(shè)定為C25，抗?jié)B透等級設(shè)定為W8，抗凍等級設(shè)定為F100。根據(jù)混凝土面板堆石壩的設(shè)計工作規(guī)范計算，面板堆石壩的厚度需要保證在0.4°～0.47°之間，同時有效參考國內(nèi)外一些成功的工程施工經(jīng)驗，并結(jié)合本次水庫工程混凝土面板堆石壩的設(shè)計工作情況，在中低壩區(qū)域采用0.45m等厚度面板。大壩高度為50m，面板底部的最大水的梯度111小于200，滿足設(shè)計工作規(guī)范要求。在面板堆石壩內(nèi)部設(shè)置出鋼筋結(jié)構(gòu)，以此承受混凝土溫度應(yīng)力和干縮應(yīng)力產(chǎn)生的影響。在面板截面中設(shè)置單層雙向鋼筋，根據(jù)規(guī)范要求，需要保證每向配筋率范圍控制在0.3%～0.4%之間。充分考慮到本次坡馬水庫工程的建設(shè)位置位于地震多發(fā)區(qū)域，因此必須要充分考慮到大壩整體結(jié)構(gòu)的抗震工作效果，在面板堆石壩混凝土材料當中加入一定量聚丙乙烯防裂，面板配筋率在規(guī)定范圍之內(nèi)取最大值，每項配金率為0.4%。

面板混凝土采用的是滑模施工，為適應(yīng)壩體變形問題，在面板兩側(cè)區(qū)域附近設(shè)置張性垂直縫，其余部位面板設(shè)壓性垂直縫，面板的總數(shù)量為21塊，面板和趾板結(jié)合區(qū)域設(shè)置出周邊縫。在本次工程當中充分考慮到抗震設(shè)防等級，需要根據(jù)水工建筑物抗震設(shè)計工作標準，對面板水平施工縫進行針對性設(shè)計，同時需要在施工縫上下特定范圍之內(nèi)設(shè)置出雙層鋼筋來進行加固。在本次水庫工程面板堆石壩的設(shè)計工作中，每塊面板采用一次性張拉方式，不存在施工縫，如果在雨水過后其他因素中斷了面板混凝土澆筑工作，則必須進行施工縫處理并且布置加強鋼筋。

4 壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計

在壩頂寬度設(shè)計過程中，不但需要滿足正常使用期間的基本交通、人類通行以及觀測工作的相關(guān)要求，同時還需要充分滿足施工過程中的混凝土面板堆石壩澆筑工作。由于本次水庫大壩壩高為中壩，根據(jù)設(shè)計工作規(guī)范要求大壩頂部寬度設(shè)定為5～8m，充分滿足設(shè)計工作規(guī)范要求，并且結(jié)合實際施工情況，將擬定壩體徑寬度設(shè)定為6.0m，基于坡馬水庫壩線洪水調(diào)節(jié)計算分析，對壩頂結(jié)構(gòu)進行針對性設(shè)計，如表2所示。

表2 坡馬水庫壩線洪水調(diào)節(jié)計算成果

在防浪墻高度設(shè)計工作中，通過采用高防浪墻的主要作用，在于降低壩體整體施工量，同時為混凝土面板施工開辟出更加廣闊的施工場地。根據(jù)本次設(shè)計工作當中的相關(guān)規(guī)定，要求從質(zhì)量角度和安全性角度方面來進行分析，防浪墻的高度通常設(shè)計為4～6m，墻體頂部高度超過水庫大壩壩頂1.0～1.2m。①防浪墻穩(wěn)定計算擋墻自重標準值（沿壩軸線方向取單位寬度，即1.0m，下同）：

式中：γ混凝土-混凝土容重，鋼筋混凝土取值為25kN/m3。

②上部混凝土路面壓力標準值：

式中：Gk-上部混凝土路面壓力；γ-混凝土容重，取值為24kN/m3；b1-截面寬；h1-截面高，墻后碎石墊層側(cè)向壓力。由于大壩頂部和面板沉降會產(chǎn)生不同程度的變形現(xiàn)象，防浪墻和面板的接縫位置很容易受到破壞，防浪墻的底部高程宜超過水庫正常的蓄水位高度，因此有效結(jié)合本次工程的實際涉及工作情況，在大壩頂部設(shè)置出L型鋼筋混凝土防浪墻，墻體高度為2.7m，墻體頂部高程均為662.00m，較正常的蓄水位660.00m超過2m，相比于設(shè)計水位661.91m，超過0.009m。

5 結(jié)語

通過本文對我國貴州省貞豐縣坡馬水庫工程建設(shè)施工全面分析和研究，針對坡馬水庫工程混凝土面板堆石壩，擋水建筑物壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計工作要點進行全面分析，以便擋水建筑正式投入使用之后，其穩(wěn)定性良好且滿足水庫工程的整體工作要求。