水利樞紐工程混凝土面板堆石壩設計

任國兵 吳 俊

（安順市水利水電勘測設計院 安順 561000）

1 工程簡介

某水利樞紐工程，控制流域面積約為6375km2。工程建設的目的是以灌溉和防洪為主，同時兼顧發電。該水利樞紐工程為Ⅱ等工程，設計大壩抵御100年一遇的洪水。為了提升水利工程的安全性能和抗洪效果，采用混凝土面板堆石壩作為攔河壩，最大壩高為124.5m，壩頂長度為489m。

2 壩體結構設計

2.1 壩體體型設計

在對混凝土面板堆石壩進行設計過程中，結合工程所在區域的地質特點，在滿足工程建設需要的同時，避免地震等災害對工程的影響，主要設計要點如下：

（1）為了避免強烈地震發生時，堆石壩壩頂即便在局部塌陷的情況下，仍能夠確保整體堆石壩不會出現斷裂，且能夠滿足地震后的搶險抗災工作所需的交通通行需求，最終設計壩頂的寬度為10m，并且采用瀝青混凝土路面。此外對于上壩公路的設計為：10m寬度，坡度為8%左右的“之”字公路。

（2）在進行壩體設計過程中，本水利樞紐工程采用“L”形的鋼筋混凝土結構作為防浪墻，設計高度為4.2m，墻體頂部高出壩頂約1.2m。通過有效降低抗風浪的壩體高度，節約了工程的堆石體填筑量，降低了工程的成本支出。

（3）為了抵抗地震發生時，出現落石、滾石等問題，同時結合美觀安全的設計思路，在壩體的下游坡處，設置厚度為40cm的漿砌石網格，并在網格中填充干砌石（塊石直徑大于30cm），最終形成良好的護坡。

2.2 壩體分區

在進行壩體分區設計過程中，應重視以下設計原則：

（1）在壩體當中，應設計有通暢性能良好的排水通道，同時對于壩料的選擇，應當滿足水力過渡的需求。

（2）在進行壩軸線上游側壩料選擇時，應選擇具有較好變形模量，且可以實現從下游到上游遞增的壩料，從而確保水利樞紐蓄水后，壩體的變形協調統一，避免對面板造成較大的變形影響，引發面板以及止水系統出現破壞的情況。

（3）在設計過程中，應結合樞紐工程的開挖料的質量和數量情況，對壩體的材料進行分析，從而充分利用現場的開挖料資源，降低資源的消耗，節約工程的建設成本。

2.3 混凝土面板設計

作為主要的防滲設施，混凝土面板的厚度主要根據工程現場的施工、結構和耐久度等要求來確定，本工程結合以上因素，采用的混凝土面板頂部厚度為30cm，底部厚度為60cm。對于鋼筋和止水系統的設計，則是在混凝土面板的表面15cm處，設置雙向布置的鋼筋網，其豎向和水平向的配筋率均為0.4%。對于河床部位的混凝土面板設計為12m寬，岸坡部位的混凝土面板設計為6m寬。

2.4 混凝土趾板設計

本工程壩址所在區域的河床，右側的岸坡相對陡立，左側的岸坡則覆蓋層較為深厚，如果采用傳統的平趾板方案，不僅工程施工的開挖量較大，而且在開挖過程中邊坡較高。因此本工程采用“4+X”設計混凝土趾板。

（1）整體混凝土趾板分為標準平趾板和下游內趾板兩部分組成；

（2）標準趾板為4m寬，主要用于作為2～3排的固結灌漿及中央排帷幕的灌漿蓋板。

（3）內趾板作為下游的防滲板，其寬度應當根據水頭和地基容許水力梯度來進行設計計算。

2.5 接縫型式及止水系統設計

為了避免周邊縫產生變形過程中，對周圍的面板、趾板以及止水結構造成破壞，因此，本工程在進行周邊縫設計過程中，其上部寬度為12mm，下部寬度為25mm。

此外，由于冬季的氣候較為寒冷，庫區所形成的冰蓋會對水利樞紐的止水系統造成的巨大破壞，導致部分區域的面間縫以及周邊縫失去止水作用，引發滲漏事故的發生。因此本水利樞紐工程在進行混凝土面板堆石壩設計過程中，采用了以下措施：

（1）在冬季水位變動區的以上部位，采用沉埋式止水系統設計大壩縫間止水系統。

（2）在止水的頂部，選用加筋三元乙丙橡膠板保護，其具有較強的抗重物沖擊能力，能夠有效的避免被冰蓋撕裂。對于止水的兩側，面層止水材料選用不銹鋼扁鋼壓板以及不銹鋼沉頭螺栓。

（3）結合工程所在區域的地質情況，對壩體的地質變化處、趾板轉折處和長直趾板中部處，每隔12m左右的距離設置一道永久變形縫，同時在設置過程中，避免和面板接縫重疊。在變形縫內設置兩道與周邊縫結構相同止水，使其與周邊縫形成一個封閉結構。這樣可以有效的提升溫度和地基出現變化過程中，趾板的抗變形能力，避免裂縫等安全隱患的出現。

3 壩基處理

3.1 基礎開挖

（1）河床段高趾墻基礎：沿著河床段高趾墻，對趾墻上下游的基礎，采用垂直開槽的方式進行基礎開挖，直到接觸到強風化下限巖石為止。

（2）岸坡段趾板基礎：由于岸坡段趾板位于弱風化層巖石基礎上，在進行基礎開挖過程中，在趾板寬度方向的上游，按照邊坡1：0.3的比率進行開挖；在趾板長度方向，應沿著趾板槽底進行開挖，開挖過程中應注意平整，避免出現5m以上的陡坡或者反坡。對于岸坡段趾板的邊坡，為了避免出現滑坡等安全事故，采用錨桿和錨索錨固，并采用混凝土掛網噴灑進行加固處理。

（3）左岸古河槽段趾板基礎：首先對基礎表面的風積粉土進行清除，然后在左岸古河槽內設置深入到基巖不透水層的混凝土防滲墻，最后借助連接板與下游趾板進行連接。

3.2 灌漿

本水利樞紐工程經過地質勘察，在壩基范圍內沒有出現破碎或者斷裂的地質狗仔，所以在對防滲線表層以及淺層填充物處理過程中，采用直接挖除的方式。對于深層的裂隙或者小斷層，采用灌漿進行處理。

（1）對于面板堆石壩，在趾板與高趾墻底部采用固結灌漿的方式進行基礎的處理。根據面板堆石壩的趾板寬度，設置了兩排距離為2m，孔距為2m的固結灌漿孔，根據基巖的實際情況，灌漿深度設置為6m。

（2）對于處于河床段高趾墻頂部及覆蓋層上的趾板下部，不進行固結灌漿施工。

（3）對于右壩肩，由于基巖出露面較高，且設置了表孔溢洪洞進口，因此，在進行帷幕灌漿過程中，應向右側延伸，直到表孔溢洪洞，無需設置灌漿廊道。對于左側壩肩，其基巖出露面較低，需要設置灌漿廊道，長度約為35m。

4 結束語

綜上所述，作為國民經濟發展的重要基礎設施，水利樞紐的建設推動了我國社會經濟的發展。現階段，在進行水利樞紐建設過程中，大多采用混凝土面板堆石壩設計，不僅簡化了施工的程序，提升了工程的安全性能，而且具有較好的經濟效益。因此，相關工作者應當加強自身的專業能力，熟練掌握混凝土面板堆石壩設計的要點，結合水利樞紐工程實際情況，設計出符合工程要求的混凝土面板堆石壩，推動我國水利水電事業的可持續發展。