淺談蘇巴什水庫工程混凝土面板壩設計

趙 娜

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

蘇巴什水庫位于新疆阿克蘇地區柯坪縣境內的蘇巴什河上，是新疆阿克蘇地區柯坪縣境內重要的水利控制項目。蘇巴什水庫壩址區河床基巖為第四系下更新統冰積礫巖，巖溶較發育，總體透水率較大，水庫位于高地震區，存在嚴重的安全隱患。混凝土面板壩具有超干硬性、強度大等特點，對防止水庫受阿克蘇地區地質影響具有顯著作用[1]?；谏鲜鲈颍疚膶μK巴什水庫混凝土面板壩進行設計分析。

1 工程概況

蘇巴什水庫屬于典型的谷形水庫，包括混凝土面板砂礫石壩、引水閘、混凝土重力壩、沖沙閘、泄洪閘。水庫正常蓄水位1315.00 m，校核洪水位1315.46 m，總庫容1561 萬m3，最大壩高35.5 m。與兩岸呈現出“V”字行，蘇巴什水庫的谷底寬度300 m～350 m，最寬處達370 m 左右，右岸分布Ⅰ級階地，階地界面高程約1290 m，河拔高度1 m～2 m，階地面寬120 m～170 m。

壩址區左右岸，是構成壩址區的主要基巖。巖性為淺灰～深灰色薄—中厚層狀灰巖，巖層較平緩，總體傾向上游，巖層產狀25°～35°/NW∠25°～35°，巖層走向與河谷呈大角度斜交或近于垂直。

壩址區河床基巖為第四系下更新統冰積礫巖，以鈣質膠結為主，屬中硬巖，在河床總體呈現左厚右薄的分布形態，最厚可達約92 m。河床礫巖巖溶較發育，總體透水率較大，礫巖以上為厚度1 m～4 m 的第四系全新統沖洪積物。水庫位于高地震區，場地基本烈度8 度。

2 面板壩設計

2.1 總體布置

蘇巴什河出山口僅在河流彎道末端～河流出山口之間約500 m 范圍內，河道順直，河谷相對較窄、兩岸山體邊坡較陡且巖體較完整。根據壩址區地形地質條件，選定的壩軸線位距蘇巴什河出山口0.86 km 處。

2.2 準備工作

經過計算，面板壩壩頂高程為1319.5 m，最大壩高35.5 m，面板壩全長359.4 m，

混凝土面板堆石壩呈現出明顯的直線分布，其中壩軸線的方位角是N24°52'7″E。蘇巴什壩分區上游到下游依次是上游粉煤灰覆蓋區1A、上游石渣復重區1B、墊層區2A、混凝土面板F、過渡區3A、下游塊石護坡P。蘇巴什水庫采用C25W8F100 混凝土。施工過程中，為了防止蘇巴什壩體變形，施工單位應當在兩岸設置垂直裂縫間距10.00 m. 確定大壩上游壩坡采用1∶1.5；下游壩坡為1∶1.5，下游1310.0 m 高程、1300.0 m 高程各設置1 級馬道，寬度2 m[2]。

2.2.1 選材標準

1）上游蓋重區：位于上游鋪蓋區上游，頂高程1292.0 m，頂寬10.0 m，上游坡度1∶2.5，采用開挖棄渣等任意粗粒材料；上游鋪蓋區：位于面板上游，頂高程1289.0 m，頂寬4.5 m，上游坡度1∶1.5，采用開挖土料進行施工。

2）墊層區：設于面板下游，水平寬度3 m，等寬布置，采用C1 砂礫石料場篩分獲得，粒徑要求d≤80mm，小于5 mm 含量為30%～50%，小于0.075 mm 含量宜小于8%，Dr≥0.85，滲透系數控制在10-3cm/s～10-4cm/s 數量級；過渡區：設于面板下游，水平寬度3 m，等寬布置，采用C3 砂礫石料場篩分獲得，粒徑要求d≤150 mm，小于5 mm 含量為30%～41%，小于0.075 mm含量宜小于8%，Dr≥0.85，滲透系數控制在10-2cm/s～10-3cm/s數量級；特殊墊層小區：位于周邊縫下游，為底寬0.5m，下游坡度1∶0.5 的梯形小區，采用C1 砂礫石料場篩分獲得，粒徑要求d≤10 mm，Dr≥0.85。

3）主堆石區：位于墊層料下游，是面板的主要支撐結構。采用C3 場料砂礫石料，填筑相對密度Dr≥0.85，滲透系數控制在10-2cm/s～10-3cm/s 數量級；下游堆石區：位于主堆石下游，采用C3 場料砂礫石料和建筑物開挖砂礫石料，填筑相對密度Dr≥0.85，滲透系數控制在10-2cm/s～10-3cm/s 數量級。

4）排水棱體：采用砂礫石，粒徑要求d≥80 mm。在墊層區的上游側采用擠壓式邊墻坡面施工法，擠壓式邊墻為半透水混凝土墻，斷面為梯形，寬度為10 cm，單層高度為40 cm，上游與壩坡相同。

2.2.2 壩料層間關系復核

按照相關規范要求，對大壩各分區壩料進行層間關系計算，計算結果顯示壩殼料與河床覆蓋層滿足濾土要求，但排水性能略欠。

2.2.3 填筑標準

根據本工程大壩的等級、高度、河谷形狀、地震烈度及料場特性等因素，并參考同類工程經驗，確定筑壩材料的填筑標準。

2.3 結構設計

2.3.1 混凝土面板

混凝土面板采用C30W8F300，面板采用等厚面板，厚度為0.3 m。混凝土面板寬度：河床部位受壓區面板寬12 m（24 塊），岸坡部位受拉區板寬6m（左右岸共9 塊）。垂直縫從壩頂沿壩坡一直延伸到周邊縫，方向與壩軸線垂直，只在接近周邊縫1m處轉彎。面板中部設置單層雙向鋼筋，豎向配筋率為0.5%，水平向配筋率為0.4%，用以抵抗可能出現的拉應力，防止混凝土被擠壓破碎而剝落。

2.3.2 趾板

蘇巴什水庫工程面板壩的趾板型式采用水平趾板。河床段趾板設置在細粒砂礫巖層上。趾板內設置錨筋，將趾板錨固在基巖上，取錨筋直徑φ25 mm，間、排距1.5 m，伸入基巖4 m。趾板寬度高程1306 m 以上設為6.0 m，1306 m 以下設為3.0 m，趾板分縫寬度12 m，趾板厚度為0.5 m。在距趾板頂面15 cm 處布置一層雙向鋼筋，含鋼率為0.3%。

2.3.3 正槽式溢洪道

蘇巴什壩的溢洪道應當設置在右岸，整個溢洪道主要是由控制段、引渠段、消能段和泄槽段四部分組成。蘇巴什壩的引渠段高741.6 m，凈寬21 m，控制端有兩個孔，凈寬16 m。蘇巴什壩的溢流堰采用的是WES 標準，其中堰面的高度為724.6 m，在堰的頂部設有交通橋，橋的寬度為10.0 m，橋與堰的頂部連接。蘇巴什壩的泄槽段在控制端之后，其中一級陡坡，坡度為0.072，墻高度為4.26 m，厚度為0.6 m[3]。一級陡坡的高度為724.1 m，二級陡坡的坡度為0.714，橫截面為矩形，邊墻采用的是C25 鋼筋混凝土。在水庫的下游，設置有水平護坦，長12 m，厚度為1.0 m。挑流鼻坎段的邊墻高為689.1 m，厚度為1.0 m。

2.3.4 大壩基礎

（1）趾板基礎開挖

河床及左岸趾板基礎置于弱風化中上部巖層上，沿趾板寬度方向，趾板上游側覆蓋層開挖坡度取1∶1.5，巖層開挖坡度取1∶0.3～1∶0.5，趾板下游側，為避免堆石體沉降變形時對混凝土面板產生較大的應力集中，開挖坡度緩于1∶3。

（2）壩體基礎開挖

由于壩殼料與河床覆蓋層砂礫料之間滿足濾土要求，但河床覆蓋層排水性略欠。同時河床覆蓋層的主要物理力學指標（平均干密度、內摩擦角）均略低于壩殼料，且壩址區附近的河床覆蓋層最大深度約2.1 m，因此，其余部分的壩基開挖，清除全部壩基范圍內的覆蓋層，使壩殼基礎座落在下部基巖上。壩軸線上游其余部位將妨礙堆石壓實的陡坎、倒懸體清除，或用混凝土、漿砌石等補成平順邊坡。

（3）固結灌漿

在建基面表層基巖的張開裂隙帶或中等透水帶進行固結灌漿的目的是提高表層基巖的整體性和提高帷幕灌漿的灌漿效果。面板壩在趾板范圍內進行固結灌漿，2 排，孔距3.0 m，灌漿深度為5 m。

3 結語

蘇巴什壩地理環境較復雜，尤其是水文地質，施工時需要對周圍基巖體、壩肩巖體進行清理，對壩址區地址條件進行全方位考察，綜合考慮當地的地理環境特點，優選混凝土面板堆石壩進行樞紐布置，遵照施工流程及技術要求進行項目施工。蘇巴什水庫工程于2015 年3 月開工建設，2016 年6 年建成并投入使用，面板壩大壩變形，基礎滲漏等參數均在正常范圍之內，面板壩設計較為成功，促進了我國混凝土面板堆石壩設計技術的發展。