四道溝水庫分離式面板砂礫石壩設計

朱新英

（新疆哈密地區水利水電勘測設計院，新疆哈密839000）

四道溝水庫分離式面板砂礫石壩設計

朱新英

（新疆哈密地區水利水電勘測設計院，新疆哈密839000）

四道溝水庫位于新疆哈密市，是一座綜合性水利樞紐工程，總庫容為570.47萬m3。該水庫壩基存在深22.5m的古河槽，壩體采用分離式混凝土面板砂礫石壩，最大壩高55.56m。本文詳細論述了該工程分離式面板砂礫石壩的設計過程，并經過三年多的蓄水運行檢驗得出，壩體防滲效果良好。該設計對此類建造在深厚覆蓋層以及古河槽上的混凝土面板砂礫石壩有借鑒作用。

砂礫石壩；古河槽；L形趾板結構；防滲

1 工程概況

新疆哈密市四道溝水庫位于哈密市德外里克鄉，距哈密市約80km，總庫容為570.47萬m3。是一座以工業供水、牧業灌溉兼顧防洪及生態用水等綜合功能的小型骨干水利樞紐工程，水庫每年為下游沙爾湖煤電基地工業供水730萬m3（保證率為95%），牧業灌溉供水376.5萬m3（保證率為85%）。

水庫樞紐工程由攔河壩、導流、放水隧洞、溢洪道等建筑物組成，壩體采用分離式面板砂礫石壩，最大壩高55.56m。水庫于2011年11月完工驗收，2010年11月下閘蓄水至今，經過四年多的運行檢驗，證明壩體防滲效果良好。

2 氣象及地質條件

2.1 氣象

新疆四道溝為典型的大陸性干旱氣候，降雨稀少，氣候干燥，蒸發能力強，夏季炎熱，冬季寒冷，氣候垂直地帶性明顯。實測最高氣溫36.6℃（2000年7月12日）。年日照時數達5000小時以上，最多風向是東風，多年平均最大風速14m/s，最大凍土深度1.5m。根據參證站五道溝實測資料統計多年平均蒸發量為2879.5m m（φ 20c m觀測值），多年平均降水量為165m m。

2.2 地質條件

四道溝位于天山東段的巴里坤塔格南坡中、低山地帶。山頂及山坡基巖裸露，河床為全新統沖、洪沉積層。區內地層主要由泥盆系地層，石炭系地層，侏羅系下—中統煤窯溝群地層和第四系地層組成，工程區位于哈爾里克復背斜南翼。根據國家《中國地震動參數區劃圖》G B 18306-2001（1∶400萬）確定，庫壩區地震動峰值加速度為0.2g，對應地震烈度Ⅷ。

壩址位于四道溝溝口以上1.8km處，河谷類型為“U”型谷。受構造作用影響，壩址區裂隙較為發育，左壩肩發育2條裂隙，右壩肩發育3條裂隙，受節理、裂隙作用影響，基巖被切割成不規則塊體。壩基河床地層分兩層，上層卵、礫石夾漂石，最大厚度25.60m，下伏基巖和左、右壩肩基巖均為凝灰質粉砂巖。根據上層漂、卵石物理力學試驗成果，土體均一性較差，屬中密狀態土，建議以漂、卵石地層為大壩地基。

在施工過程中，根據趾板大開挖情況，河床趾板樁號0+146—0+168段和0+194—0+217段，覆蓋層開挖最大深度8.5m基巖出露。0+168—0+ 194段根據在樁號0+181.1處的鉆探資料，最大覆蓋層深度22.5m見基巖（該段8.5m厚的覆蓋層已開挖），判斷此處為古河槽。古河槽埋藏深度22.5m，上口寬約26m，下口寬約5m。

3 分離式面板壩設計

3.1 已建工程

本地區榆樹溝水庫建成于2000年，總庫容1072萬m3，最大壩高67.5m，壩型采用混凝土面板壩。在河床部位共9塊較長板采用鋼筋混凝土面板，板寬12m，配筋率3.5%；在兩側階地壩高小于40m的壩段上，采用6m×8m的素混凝土分離式面板，面板厚度0.3～0.4m，在水平縫處設短鋼筋將相鄰板塊連接在一起。

相鄰地區鄯善縣柯柯亞水庫，建成于1982年，總庫容1052萬m3，最大壩高41.5m，壩型采用素混凝土分離式面板壩。面板尺寸5m×7m，按橫向布置（即長邊平行于壩軸線），面板厚度0.25～0.3m。壩基砂礫石最大深度37.5m，采用槽孔混凝土防滲墻進行垂直防滲。面板與防滲墻間用砂礫料填筑成圓弧形連接板，其表面仍采用分離式混凝土面板壩防滲，形成拱形連接板，依次吸收并調整面板與防滲墻之間的沉降差。

榆樹溝及柯柯亞水庫建成至今，壩體防滲效果良好，參照其成功經驗，并結合本工程地質條件、料場情況，設計本水庫大壩。

3.2 壩體輪廓設計

大壩為混凝土面板砂礫石壩，壩頂寬6m，最大壩高55.56m，壩長250.5m。上游壩坡1∶1.5，下游壩坡1∶1.4，結合布置縱坡為10%的之字形上壩道路，設計路面寬4.5m，最大壩高斷面下游平均壩坡1∶2.0。大壩典型剖面見圖1。

圖1 四道溝水庫混凝土面板砂礫石壩典型剖面圖

3.3 混凝土面板設計

本工程采用分離式面板，采用C 25級高性能混凝土，抗凍標號F 200，抗滲標號W10。混凝土面板長6m，寬4m，長邊平行于壩軸線布置。混凝土面板厚0.3～0.4m（高程2003.48以上厚0.3米，以下為厚0.4米），平行于壩軸線方向面板縫（水平縫）設置φ 16拉筋，各深入面板0.8m，間距1m。詳見圖2。

分離式面板板間縫分縫止水設計：表面凹槽（尺寸6c m×8c m）采用彈性聚胺脂嵌縫填料，中間采用瀝青砂板，底部采用寬60c m（厚6m m，300g/ m2）無紡布。分縫止水大樣見圖3。

3.4 趾板設計

趾板布置在防滲面板的周邊，與面板形成壩基以上的防滲體。趾板寬度根據地基基巖情況和允許水力坡降，按不同高程選擇5m、6m，趾板厚度為0.5m、0.6m，采用C 25級高性能混凝土，抗凍標號F 200，抗滲標號W10。河床段采用水平趾板，

圖2 四道溝水庫分離式面板詳圖

壩址兩岸由于坡度較陡，為了減小開挖量，保證基礎穩定，減少基礎巖石卸荷裂隙的產生，岸坡段趾板采用L形趾板結構，基礎趾板在滿足帷幕灌漿的要求后，采用1∶0.3～1∶0.5貼坡防滲體系板組合結構聯合形成趾板的水平防滲，再結合垂直帷幕灌

圖3 板間縫分縫止水大樣圖

漿共同形成壩體的基礎防滲體系。見圖4。

圖4 四道溝水庫岸坡段L形趾板詳圖

3.5 基礎防滲處理

除古河槽處趾板段外，其他趾板基礎采用大開挖方式，基巖表層強風化全部挖除，保證趾板坐落在弱風化基巖上。河床趾板0+168—0+194段為古河槽，最大砂礫石覆蓋層深度22.5m見基巖，上口寬約26m，下口寬約5m。此段采用挖除砂礫石覆蓋層，澆筑鋼筋砼防滲墻的方式與趾板連接。鋼筋砼防滲墻高度為25m，墻厚1.5m。砼防滲墻兩側砂礫石料回填要求同步碾壓進行，碾壓指標同壩體，即相對密度≥0.85。防滲墻與趾板連接在水平趾板中間設置接縫，將趾板分成兩塊，以增加柔性和通過三條接縫來吸收防滲墻與趾板、趾板與面板之間的相對位移，接縫均按周邊縫處理，設置三道止水，詳見圖5。

圖5 四道溝水庫防滲墻與趾板連接詳圖

對基巖進行固結灌漿和帷幕灌漿。固結灌漿為兩排，孔排距均為3m，灌漿深度10m；帷幕灌漿為一排，孔距為2m，深入巖體透水率為5L u區內。壩體面板和趾板與灌漿帷幕共同形成一完整的防滲體系。

3.6 壩體分區設計

壩體填筑料分區從上游到下游主要分為蓋重區、鋪蓋區、墊層區、過渡區、主堆石區、基坑開挖料填筑區、利用料區等7個分區。

填筑料區位于四道溝出山口以下溝口料場，根據料場勘察結果，巖性為卵、礫石，顆粒含量見下表1。墊層區采用該料場天然砂礫石篩分料，最大粒徑不大于80m m，粒徑小于5m m的顆粒含量30～50%，含泥量小于8%。過渡區最大粒徑不大于300m m，含泥量小于5%。主堆石區采用該料場開挖料，最大粒徑不大于600m m，含泥量小于5%。

表1 料場卵礫石篩分成果表

4 結語

（1）建造在深厚覆蓋層以及古河槽上的混凝土面板砂礫石壩，采用分離式面板防滲設計是安全可靠的。當然前提條件要排除壩基覆蓋層有無影響壩基穩定的軟弱夾層、易于液化的砂層或透鏡體的現象。其次覆蓋層天然狀態要密實，強度要高，允許承載力要大。以保證壩基穩定性和壩體不會產生較大沉降。

（2）采用分離式高性能混凝土面板，使面板能更好的適應壩體沉降變形，減少了面板裂縫的出現。簡化板間縫止水結構，同時采用分離式無筋防滲面板，顯著減低了工程投資。

（3）壩址兩岸坡度陡峭，岸坡段趾板采用了L形趾板結構，減少了岸坡石方開挖量，降低了工程造價。

［1］SL 274-2001.碾壓式土石壩設計規范［S］.

［2］SL 228-98.混凝土面板堆石壩設計規范［S］.

［3］蔣國澄，傅志安，鳳家驥.混凝土面板壩工程［M］.北京：湖北科技技術出版社，1996.

［4］鄧銘江，于海鳴.新疆壩工建設［M］.北京：中國水利水電出版社，

2011.

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：1672-2469（2015）09-0115-03

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.09.036

朱新英（1980年—），女，工程師。