革里水庫大壩設計要點分析

令狐曉

(興義市水務局規劃計劃所，貴州 興義 562400)

革里水庫大壩設計要點分析

令狐曉

(興義市水務局規劃計劃所，貴州 興義 562400)

革里水庫位于興義市烏沙鎮抹角村革里組的革里小河上，距興義市城區約17 km，距烏沙鎮約5 km，該工程是以灌溉為主，兼顧鎮區供水，工業園區用水等的一個綜合性樞紐工程，工程規模為Ⅳ等小(1)型。文章對革里水庫大壩設計進行分析。經過比較分析，革里水庫大壩采用面板堆石壩。因而對革里水庫面板堆石壩設計要點進行研究，闡述了壩頂、分區、面板以及趾板設計。

水庫；大壩；面板堆石壩；壩頂；分區；面板

1 工程概況

興義市烏沙鎮位于E104°06′00″，N25°00′8″，地處云(滇)貴(黔)兩省三縣(市)結合部，西北與云南省富源縣、羅平縣接壤，東南與興義市坪東街道辦事處和白碗窯鎮交界，素有“滇黔通衢”、“滇黔鎖鑰”和貴州“西大門”之稱，是云貴兩省重要的商貿云集之地和商品聚散地之一。

革里水庫位于興義市烏沙鎮抹角村革里組的革里小河上，距興義市城區約17 km，距烏沙鎮約5 km，該工程是以灌溉為主，兼顧鎮區供水，工業園區用水等的一個綜合性樞紐工程，工程規模為Ⅳ等小(1)型。

革里水庫推薦方案(下壩址)興利庫容為372.4 萬 m3，死庫容為37.6 萬 m3，則正常蓄水位以下庫容為410 萬 m3，對應的正常蓄水位為1 393.125 m。庫容系數16.5%，含環境水年供水量為1 122.68 萬 m3，水量利用系數為45.0%，不含環境水年供水量為875.88 萬 m3，水量利用系數為35.0%。工程建成后可解決41 250人的供水。16300畝灌溉用水。

本工程永久性主要建筑物為4級建筑物，如大壩、溢洪道、取水建筑物，沖沙建筑物等，次要永久性建筑物級別為5級，如泵站、輸水管線，由于本工程圍堰、臨時公路等臨時性水工建筑物為5級建筑物，使用時間都小于3年，而且失事對工程損失較小。圖1為水庫樞紐布置圖。

圖1 水庫樞紐布置圖

2 壩型選擇

根據壩址地形地質條件，選擇了混凝土重力壩、混凝土面板堆石壩兩種壩型及相應樞紐布置，分別從地形地質條件、工程總體布置、等方面進行綜合比較，最終選擇了混凝土面板堆石壩為可行性研究階段的推薦方案。

壩軸線走向ES16.48°，壩頂高程1 396.20 m，最大壩高32.20 m，壩頂寬7.0 m，壩頂上游設“L”型混凝土防浪墻，墻高3.2 m，墻頂高程1 397.40 m，壩頂長112 m，在防浪墻上游面設置寬0.8 m檢查廊道。

根據工程類比以及參照其它實際工程經驗，上游壩坡采用1∶1.4，下游設一級馬道，下游坡度采用1∶1.4。下游壩坡在1 373.00 m高程處設一級馬道，寬2.0 m。

3 面板堆石壩設計

3.1 壩頂構造

壩頂寬度應根據運行需要、壩頂設施布置和施工要求確定，壩頂寬度一般為5～8 m。當壩頂有交通需要時，壩頂寬度應滿足交通要求。該型水庫，水庫為小參照工程經驗，確定壩頂寬度為7.0 m，壩頂鋪有厚度為30 cm的碎石墊層，路面混凝土厚度為30 cm。為了排除雨水，壩頂面向下游側傾斜，做成2%的坡度[1]。

壩頂上游側應設置防浪墻，墻頂高出壩頂1～1.2 m。防浪墻與混凝土面板頂部的水平接縫高程，宜高于水庫正常蓄水位。防浪墻底部高程以上的壩體，應用細堆石料填筑，并鋪設路面。防浪墻立墻上游的底板上，宜設寬度0.8 m的檢查廊道。本工程設計采用L型防浪墻，墻高112 m。防浪墻采用鋼筋混凝土結構，墻頂部厚0.5 m。防浪墻頂高程1 397.40 m。

3.2 筑壩材料及壩體分區

堆石體在自重、水壓等荷載的作用下，各部分的應力和變形特性不同，對面板工作產生的影響也不同，各部分對材料性質、級配、壓實度和施工工藝的要求也各不相同，因此應根據料源及對壩料的強度、壓縮性、滲透性、施工方便和經濟合理等要求對壩體進行分區[2-3]。一般，將壩體分為墊層區、過渡區、主堆石區及下游堆石區。

3.2.1 墊層區

本工程墊層區水平寬度設計為4.0 m，采用石英砂巖人工開采加工砂料。最大材料顆粒直徑取60～80 mm，<50 mm的顆粒含量取30%～50%，<75 mm的顆粒含量去5%～8%。壓實后墊層的滲透系數取1.0×10-4m/s。

為了防止周邊縫張開而導致漏水，在趾板周邊縫的下側，設置特殊墊層區(2B區)，用粒徑<40 mm的細墊層料填筑，以易于邊角處填筑密實，減少周邊縫的相對變形。

3.2.2 過渡區

該區位于墊層區與主堆石區之間，其變形特點和強度介于墊層與主堆石之間，作用是保護墊層區的滲透穩定，即使面板開裂漏水，也不會因高壓水流作用將墊層料帶走。該區材料應是新鮮、堅硬、級配良好的石渣，其粒徑級配應滿足墊層區與主堆石區的過渡要求，符合反濾原則，一般不必采用破碎加工，常以主堆石料剔除較大粒徑后直接填筑。

規范規定硬巖堆石料作主堆石區時，它與墊層區之間應設過渡區，為方便施工過渡區的水平寬度≥3 m。本工程過渡區水平寬度設計為4.0 m，最大顆粒直徑取200～300 mm，采用專門開采的人工加工細堆石料。

3.2.3 主堆石壩區

主堆石區是面板壩的主體，是承受水荷載及其他荷載的主要支撐體。設計要求主堆石體壩料應具有低壓縮性、高抗剪強度、透水性和耐久性。堆石壩的力學性質在很大程度上取決于壩料的級配，開挖料的級配與母巖巖性、巖層產狀和構造以及爆破工藝等因素相關。壩料級配設計中，目前多數是根據巖性相近的工程資料進行類比確定。本工程選擇級配為<5 mm的顆粒含量<20%，<0.1 mm的顆粒含量<10%[4]。

3.2.4 下游排水棱體

為了大壩排水通暢和下游壩坡穩定，在壩體下游高程為427.80 m處設置下游堆石區，用于排水，頂部寬度為6 m，上游坡度為1∶0.5，下游坡度為1∶1。

3.3 混凝土面板設計

對于面板壩，面板是防滲的主體，對其質量有較高的要求，應具有良好的防滲性能，足夠的耐久性，足夠的強度和防裂性能。

3.3.1 面板厚度

面板應有足夠的厚度，以滿足施工方便和保證質量的需要；所采用的厚度應能便于在其內布置鋼筋和止水；應有足夠厚度，以控制面板滲透水力比降低于滿足耐久性的允許值。

在達到上述要求的前提下，應盡量選用較薄的面板，它不僅柔性好，而且還能節約材料，降低造價。

規范規定：中低壩可采用0.3～0.4 m厚的等厚面板。結合工程經驗，本工程設計擬定采用厚度為0.3 m的等厚度面板。

3.3.2 面板分縫

3.3.2.1 周邊縫

它是趾板與面板間的接縫，從防滲的角度看，這是面板壩最薄弱環節。在張開、沉降、剪切3個方向都有變形發生。

根據規定，50～100 m高度的壩設兩道止水才可滿足大壩運行的要求。本工程除在底部設止水外，在頂部設柔性填料止水，并在周邊縫下設特殊墊層區，用瀝青砂填筑，以易于邊角處填筑密實，減少周邊縫的相對變形[5]。

3.3.2.2 垂直伸縮縫

這種縫從壩頂沿壩坡一直延伸到周邊縫。本工程右岸設總長度為80m的張性縫(A縫)，縫間距為8 m，左岸設總長度為64 m的張性縫，縫間距為8 m；面板中部設總長度為192m的壓性縫，間距為12 m。

3.3.3 面板混凝土設計及配筋

面板混凝土應具有較高的耐久性、抗滲性、抗裂性及施工和易性。面板混凝土強度等級≥C25，抗滲等級不應低于W8，抗凍等級應根據《水工建筑物抗冰凍設計規范》(DL/T5082—1998)的規定確定。面板宜采用單層雙向鋼筋。鋼筋宜布置于面板截面中部，每項配筋率為0.3%～0.4%，水平向配筋率可低于豎向配筋率。經論證，面板局部可采用雙層配筋。本工程設計使用強度等級為C30的混凝土，抗滲等級為W10，面板采用單層雙向鋼筋，配筋率由結構計算確定。

3.4 趾板設計

3.4.1 趾板的布置

趾板布置方式有三種方案：趾板等高線垂直于趾板基準線，即平趾板方案；趾板面等高線垂直壩軸線的斜趾板方案；趾板面等高線適應開挖以后的巖面的斜趾板方案。

平趾板是應用得最廣的一種方案，其優點：便于趾板的施工，便于交通及鉆孔、灌漿作業；提供排水通道，避免造成暴雨沖刷填筑體；趾板上游端基巖風化較淺，地質條件較好；趾板可以用滑模施工。本工程選擇平趾板布置方案。

3.4.2 趾板結構設計

巖石地基上的趾板寬度按容許水力梯度確定。巖石地基容許水力梯度如下表1所示。

表1 巖石地基容許水力梯度

經過計算得趾板寬度為5 m。

巖基上趾板厚度可<與其連接的面板厚度，最小設計厚度應≥0.3 m。本設計趾板厚度取0.4 m。趾板示意圖如圖2。

圖2 趾板示意圖

3.4.3 趾板分縫及配筋

趾板結構早期為分段式，后來發展為連續式，現在連續式趾板已成為一種新的趨勢。連續式趾板允許溫度裂縫的出現，但按限制裂縫開展寬度的要求配筋，以保證趾板的耐久性。連續趾板的施工縫按冷縫處理，不設止水，鋼筋通過。趾板僅需要配置溫度筋和灌漿蓋板的鋼筋，采用單層鋼筋，各向鋼筋量為設計厚度的0.3%，保護層厚度采用10 cm，止水附近局部增加構造鋼筋。趾板的錨筋采用砂漿錨桿，先灌漿再插入鋼筋，選取φ25普通螺旋鋼筋，間距1 m。

4 結 語

綜上所述，面板堆石壩具有較好的優勢被廣泛的運用在水庫工程建設中。面板堆石壩的設計要點就是壩頂設計、壩體分區設計以及面板和趾板設計。在設計過程中，必須嚴格按照設計規范和要求，保證設計的合理性。

[1]蔣國澄.哥倫比亞的混凝土面板堆石壩[J].水利水電技術，1986(09)：34-34.

[2]孛永平.唐河水庫大壩設計及穩定分析[J].水利與建筑工程學報，2011(03)：12-14.

[3]雷臻.水庫大壩防滲設計分析[J].黑龍江水利科技,2012,40(11):133-134.

[4]楊俊杰.柏葉口水庫大壩設計[J].科技情報開發與經濟,2009(33):230-232.

[5]杜文江.小流域壩系中單壩設計應注意的幾個問題[J].甘肅農業,2006(10):131.

1007-7596(2014)12-0147-03

2014-04-09

令狐曉(1973-)，男，貴州興義人，工程師，從事水利工程規劃計劃和工程管理方面工作。

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