貴州省貴定縣高粱壩水庫碾壓混凝土重力壩設(shè)計

張關(guān)會

（貴州中水建設(shè)管理股份有限公司,貴州 貴陽 550002）

1 工程概況

壩址段河谷為不對稱 “V”字型谷,河床高程1079.0 m,左岸山脊高程1140.0 m,右岸山頂高程1132.8 m,山頂右側(cè)有一低矮埡口,埡口高程1123.8 m。左岸坡地形坡度50°左右,壩址出露志留系中統(tǒng)翁項組（T2）灰?guī)r夾粉砂質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r。

水庫樞紐由重力壩、右岸防滲墻、壩頂溢洪道、取水放空管、輸水管線等建筑物組成。工程總投資13920.92萬元,總工期21個月。

2 總體布置

大壩為碾壓混凝土重力壩,壩軸線長143.0 m,軸線方位為NE17°,最大壩高53.0 m,壩頂高程1126.00 m,壩頂寬度5.0 m。大壩由溢流壩段及左右岸非溢流壩段組成,溢流壩段位于大壩中部,長18.5 m,堰頂高程為1121.00 m,溢流凈寬15.0 m,兩孔布置,單孔寬7.5 m,非溢流壩段左岸長56.93 m,右岸長70.57 m,非溢流壩上游面以上鉛直,下游面在1121.0 m高程以上鉛直,1121.0 m高程以下按照1∶0.8的坡比設(shè)置臺階,臺階尺寸為2.4 m×3.0 m（寬×高）。

溢洪道布置于壩頂中部,溢洪道由溢流控制段+壩面臺階+壩腳消力池組成,溢流堰采用WES實用堰,堰頂高程1121.0 m,溢流曲線后接壩面臺階,臺階后接消力池。

水庫取水及放空管采用兩管合一的方案埋設(shè)于大壩內(nèi),布置在右岸非溢流壩段,取水管管徑為1.0 m鋼管,壩前設(shè)置取水口,取水口采用C25 鋼筋混凝土井筒結(jié)構(gòu),進(jìn)口設(shè)置2.5 m×2.0 m（寬×高）活動式攔污柵,攔污柵后設(shè)置1.5 m×1.5 m的檢修閘門,進(jìn)口底板高程為1089.0 m。取水管長43.0 m,取水管末端設(shè)置閘閥室,閘閥室底板高程1082.20 m,閘閥室內(nèi)分出直徑為0.5 m輸水管、直徑1.0 m放空管、管徑為0.25 m的生態(tài)放水管和管徑為0.25 m的灌溉取水管。放空管和生態(tài)放水管接入溢洪道的消力池內(nèi)。

3 大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）非溢流壩段設(shè)計

非溢流壩段分布在溢洪道左右,左岸長56.93 m,右岸長70.57 m。壩頂高程1126.00 m,最大壩高53.0 m,壩頂寬度5.0 m,最大壩底寬度為43.4 m,上游面以上鉛直,下游面在1121.0 m高程以上鉛直,1121.0 m高程以下按照1∶0.8的坡比設(shè)置臺階,臺階尺寸為2.4 m×3.0 m（寬×高）,下游壩面臺階的設(shè)置為施工立模提供的方便,更好的體現(xiàn)碾壓大倉面快速施工的優(yōu)勢。壩身材料為C15 三級配碾壓混凝土,上游面設(shè)置0.5 m厚 C20 二級配變態(tài)混凝土,其后為C20 二級配碾壓混凝土,厚度2.0 m,抗?jié)B等級為W6。 非溢流壩段斷面圖見圖1。

圖1 溢流壩段剖面圖

（2）溢流壩段設(shè)計

當(dāng)然綠水青山非一日之功，而我們即便“走的很遠(yuǎn)很累”，也始終應(yīng)記得出發(fā)時的初心。保護(hù)自然，亦需我們共同努力，相信在不久的將來，人類能真正與自然和諧共生。讓綠水青山譜就人間華章。

溢洪道布置于壩頂中部,溢流堰采用WES實用堰,堰頂高程1121.0 m,溢流堰凈寬15.0 m,分2×7.5 m兩孔布置,中墩厚1.5 m,上游面采用橢圓曲線,下游堰面曲線Y=0.142x1.85,結(jié)合非溢流壩下游面臺階的結(jié)構(gòu)特點,溢洪道采用臺階消能,溢流曲線通過6 級（1300×1000）+2級（1500×1000）小臺過渡到壩面臺階（2400×3000）。利用壩面臺階消能,一方面為溢流壩段與非溢流壩段在1106 m高程以下實現(xiàn)同斷面的通倉碾壓創(chuàng)造條件,減少了溢洪道施工對大壩整體碾壓的干擾,另一方面利用壩面臺階消能減小了消力池長度,節(jié)省了工程投資。溢流壩段斷面圖見圖2。

圖2 溢流壩段剖面圖

兩側(cè)導(dǎo)墻最大高度6.2 m,寬1.0 m,臺階和側(cè)墻均采用C25 鋼筋混凝土澆筑,臺階末端設(shè)置消力池,消力池底板高程1077.0 m,池寬16.5 m,長16.0 m,邊墻高程1082.0 m。側(cè)墻頂寬1.0 m,內(nèi)側(cè)直墻,外側(cè)坡度為1∶0.3,底寬為2.95 m,底板后1.0 m,基礎(chǔ)高程1075.50 m,底板和側(cè)墻均采用C25 鋼筋混凝土,在消力池底板設(shè)置排水孔,孔距、排距均為3 m。消力池底板與基礎(chǔ)采用Φ25錨桿連接,錨桿長4.5 m,梅花型布置,間距和排距均為3.0 m。消力池后設(shè)大塊石海墁,長9.0 m,厚0.8 m。

（3）壩體分縫及止水

高粱壩碾壓混凝土重力壩不設(shè)置縱縫,只設(shè)置橫縫,大壩共設(shè)置5 條橫縫,將大壩分為6 個壩段,在上游縫內(nèi)設(shè)兩道止水,第一道為銅片止水,銅片止水下游再設(shè)置一道橡膠止水,在壩體分縫處廊道設(shè)置止水。

（4）壩體材料分區(qū)

大壩選用的天然石料廠位于壩下游左岸,距壩址400 m,石料巖性為泥盆系獨山組第三段、泥盆系上統(tǒng)灰?guī)r及白云巖,巖體天然密度為2.61 g/cm3～2.82 g/cm3,單軸飽和抗壓強度35 MPa～60 MPa,強度滿足作混凝土骨料要求。

參照類似工程經(jīng)驗及高粱壩水庫大壩自身的特點,壩身材料為C15 三級配碾壓混凝土,上游面設(shè)置0.5 m厚C20 二級配變態(tài)混凝土,其后為C20 二級配碾壓混凝土,厚度2.0 m,抗?jié)B等級為W6,下游面設(shè)置0.6 m厚C20 二級配變態(tài)混凝土,大壩砼強度等級和性能要求見表 1。

表1 大壩砼強度等級和性能要求

根據(jù)混凝土標(biāo)號及骨料的級配條件,碾壓混凝土施工前在滿足施工和易性等前提下進(jìn)行試配,最終的施工采用配合比見表2。

4 大壩排水及廊道設(shè)計

（1）大壩排水

大壩排水系統(tǒng)包括壩身排水孔和壩基排水孔。壩身排水管由廊道垂直向上延伸至壩頂,間距4 m,孔徑100 mm；壩基排水孔孔徑100 mm,伸入基巖5 m,間距為3 m,壩身和壩基排水由廊道內(nèi)排水溝。

（2）廊道設(shè)計

為減小壩體揚壓力和節(jié)省壩體灌漿無效進(jìn)尺,壩體設(shè)置灌漿廊道,廊道上游側(cè)距壩軸線距離3.0 m,考慮到碾壓混凝土壩快速施工的特點,在滿足結(jié)合排水功能的前提,廊道只設(shè)置水平廊道,廊道底板高程1092.0 m,減少廊道施工對壩體碾壓填筑的干擾,同時廊道底板高程高于度汛高程（1089.0 m）,為大壩順利填筑到度汛高程創(chuàng)造有利條件。廊道采用城門洞型斷面,廊道內(nèi)凈寬3.0 m,直墻凈高3.0 m,頂拱高1.0 m,頂拱中心角135°,頂拱及側(cè)墻均為C25鋼筋混凝,厚0.3 m,廊道內(nèi)下游側(cè)設(shè)置300×300 排水溝。廊道的交通直接與壩后梯步連接壩頂,壩基和壩身的滲水通過橫向的排水孔排向壩體下游。

5 基礎(chǔ)處理

大壩河床段基礎(chǔ)放在中厚層鈣質(zhì)粉砂巖的弱風(fēng)化下部,兩岸坡基礎(chǔ)設(shè)置在弱風(fēng)化中上下部,壩基開挖后巖體條件與勘察成果基本一致,巖體總體較完整,未發(fā)現(xiàn)斷層、軟弱夾層等現(xiàn)象,無泉點出露,構(gòu)造跡象以裂隙為主,為加強基礎(chǔ)的完整和承載力,對大壩基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿,固結(jié)灌漿采用梅花形布置,間距3.0 m、排拒均為3.0 m,深入基巖8.0 m,針對河床局部和右岸壩0+031.60至壩0+042.70壩段裂隙發(fā)育地帶基礎(chǔ)固結(jié)加密布置,固結(jié)灌漿孔間距3.0 m、排拒均為1.5 m,深入基巖8.0 m。

通過固結(jié)灌漿前后的聲波檢測資料顯示,壩基左岸巖體灌漿前單孔聲波3209 m/s,灌漿后測試提升至3479 m/s、灌漿前跨孔測試平均波速為2990 m/s,灌漿后測試提升至3288 m/s；壩基中部巖體灌漿前單孔聲波為4383 m/s,灌漿后測試提升至4707 m/s,灌漿前跨孔測試平均波速為3986 m/s,灌漿后測試提升至4187 m/s；壩基右岸巖體灌漿前單孔聲波為4421 m/s、灌漿后測試提升至4721 m/s,灌漿前跨孔測試平均波速分別4219 m/s,灌漿后測試提升至4494 m/s,固結(jié)灌漿效果明顯,固結(jié)灌漿加強的基礎(chǔ)的完整性。

6 結(jié)論

高粱壩水庫碾壓混凝土重力壩結(jié)構(gòu)及分區(qū)設(shè)計充分考慮碾壓混凝土大倉面碾壓、快速施工的特點,大壩下游壩面臺階的設(shè)置為施工立模提供的方便；利用壩面臺階消能,一方面為壩體大斷面的通倉碾壓創(chuàng)造條件,另一方面利用壩面臺階消能減小了消力池長度,節(jié)省了工程投資；灌漿廊道采用水平廊道布置及抬高底板高程的設(shè)計均起到減少廊道施工對壩體碾壓填筑的干擾的效果。高粱壩水庫大壩已經(jīng)施工完成,近期將蓄水發(fā)揮效益,高粱壩水庫碾壓混凝土重力壩結(jié)構(gòu)及分區(qū)設(shè)計在施工中取得良好效果,可為類似的工程提供借鑒。