后箐水庫擋水建筑物大壩結構設計分析

黃悠悠

（貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽 550001）

隨著社會經濟的高速發展，我國水利工程的建設數量逐年增加。水庫工程建設中，做好擋水建筑物大壩結構設計工作，不僅能夠提升水庫大壩結構的可靠性，而且可以有效地提高水庫擋水建筑物的穩固性[1]。后箐水庫作為貴州省六盤水市盤縣羊水鄉的主要水利設施，確保擋水建筑物大壩結構合理對當地的農業及社會經濟發展具有重要作用。基于此，本文針對水庫擋水建筑物大壩結構設計進行分析。

1 工程概況

后箐水庫由樞紐工程與輸水工程構成。施工中，水庫下壩址基礎采用上、下壩線進行施工，兩個壩線之間保持約140 m的距離。上壩線集水面積12.2 km2，正常蓄水位1392.00m，死水位1373.00 m，校核洪水位為1394.50 m，總庫容304萬m3；下壩線集水面積12.4 km2，正常蓄水位1390.00 m，死水位1371.00 m，校核洪水位1392.65 m，總庫容323萬m3。水庫總供水量350.8萬m3，下放生態用水60.3萬m3。工程任務是鄉鎮供水、農田灌溉和工業用水。

2 建筑物級別

本工程主要建筑物有大壩、溢洪道、取水兼放空管、輸水管道及水池；臨時建筑物主要有導流建筑物和圍堰等。工程為IV等，小（1）型工程，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252－2000）及《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99）確定，水庫永久性建筑物按照4級建筑物進行設計；次要建筑物，包括水庫工程中的臨時性建筑物，均按5級建筑物進行設計。主要建筑物級別見表1。

表1 主要建筑物級別

3 大壩結構設計

根據工程實際情況，后箐水庫大壩結構設計主要依據《貴州省水利建設生態建設石漠化治理綜合規劃》、《貴州省水利建設三大會戰實施方案》（2013～2020年）、《貴州缺水地區節水灌溉技術應用研究成果報告》、《盤縣農田水利建設綜合規劃報告》、《工程建設標準強制性條文（水利工程部分）》（2010版）、《防洪標準》（GB50201-2014）等[2]，保證大壩結構設計的合理性。

3.1 壩頂及壩體布置

3.1.1 壩頂

工程建設完畢后，大壩壩頂不屬于重要交通通道，但壩頂寬度需滿足施工期混凝土碾壓填筑施工要求，同時還要滿足閘門安裝、大壩運行觀測等要求，經過綜合考慮，確定壩頂寬度為6.0 m。大壩屬于碾壓混凝土重力壩，壩軸線方位角為N81.81°W，壩頂高程1395.00 m，壩底高程1341.00 m，最大壩高54.00 m（含1 m墊座），壩軸線長162.076 m。

大壩壩頂上游側均設混凝土防浪墻、下游側設欄桿，高度1.2 m，右岸與永久上壩公路連接，左岸與料場上壩公路連接[3]。結合基礎灌漿、大壩監測具體要求，并充分考慮壩體碾壓層厚、施工間歇期的安排和防滲帷幕灌漿孔的分段等外界因素，在1347.00 m高程設置廊道作為基礎灌漿廊道，右岸沿壩基面上升至1377.0 m高程，左岸沿壩基面上升至1378.0 m高程。廊道為城門洞形，尺寸為3 m×3.5 m（寬高），帷幕灌漿采用垂直灌漿孔。

大壩為4級建筑物，重力壩按30年一遇洪水設計和200年一遇洪水校核的控制工況確定壩頂高程。根據調洪計算結果，大壩設計洪水位為1393.86 m，校核洪水位為1394.50 m，正常蓄水位為1392.00 m。

根據規范，壩頂防浪墻頂高程=水庫靜水位＋Δh，其中Δh為防浪墻頂距水庫靜水位（正常蓄水位或校核洪水位）的高度，Δh主要按照下述公式確定：

Δh=h1%+hz+hc

式中：h1%：波浪高（m），按規定公式計算；hZ：波浪中心線至水庫靜水位高差（m）；Hc：安全超高（m）。

本工程大壩安全級別為4級，正常蓄水位和校核洪水位下分別取0.3 m、0.2 m，防浪墻高度通常選擇1.2 m。壩頂高程計算成果見表2。取大壩壩頂高程為1394.24 m。

表2 壩頂高程計算結果表

3.1.2 壩體

大壩排水系統包括壩身排水孔及壩基排水孔。壩基排水孔設于1347.00 m高程大壩帷幕下游側、廊道下游側，沿排水溝布置，鉆孔深度為帷幕深度的0.5倍，鉆孔傾向下游，傾角10°，排水孔間距均為3 m，孔徑100 mm；壩身排水引入1347.00 m高程廊道內，匯入集水井，通過水泵抽水排至下游河道。排水孔需在固結灌漿、帷幕灌漿實施完成后進行鉆孔，施工過程中嚴禁水泥漿及雜物串入排水孔內，堵塞排水通道。施工完成后，需對排水鉆孔出口處進行清理，以保證排水通道暢通。

3.2 大壩標準剖面擬定

碾壓混凝土重力壩斷面設計重點根據《混凝土重力壩設計規范》（SL 319－2016），以材料力學法和剛體極限平衡法[4]計算成果來準確確定壩體斷面。設計斷面需要滿足壩體及壩基的穩定和應力控制條件要求。

結合《混凝土重力壩設計規范》（SL 319－2016）規定，壩體基本斷面呈三角形。壩體上游壩坡優化范圍定為0～0.20，下游壩坡的優化區間為0.6~0.8之間。結合壩坡結構特點選擇斷面優化參數，準確計算出壩坡的具體高程數值，并結合相關單位寬度，準確計算出壩體斷面的設計參數。

最后擬定壩體基本斷面參數：上游面1370.00 m高程以下坡度1∶0.2，1370.00 m高程以上為鉛直面；下游壩坡1∶0.8，起坡點高程為1388.57 m；溢流壩段剖面參照擋水壩段剖面擬定。大壩標準剖面圖見圖1。

圖1 大壩標準剖面圖

3.3 壩體分縫、止水設計

3.3.1 壩體分縫

大壩混凝土分縫應根據壩基條件、結構布置、施工澆筑條件以及混凝土溫度控制等因素要求確定。

該工程壩體為碾壓混凝土壩，不設縱縫。誘導縫及橫縫根據碾壓混凝土的特點設置，參照工程經驗，具體分縫為：壩0+033.414、壩 0+063.414、壩 0+073.414、壩 0+088.914、壩0+107.914、壩0+127.914處，壩體共分7個壩段，長度為20 m～35 m。誘導縫采用切縫機切縫，切縫面積為縫面面積的2/3。大壩在橫縫處分左右兩個倉面通倉碾壓施工。因為壩體上游面的面積比較大，寒潮襲擊等一系列因素，使得表面混凝土降溫收縮，產生一定的拉應力，極易出現混凝土裂縫，應對混凝土表面采取良好的保溫保濕措施。

3.3.2 壩體止水

上游壩面橫縫內全部設置2道“U”型紫銅片止水[5]，其中，第一道止水與上游壩面相距1 m，止水片之間距離全部為0.75 m；溢流壩下游溢流面橫縫內部設置銅片止水一道，止水片與壩面之間的距離為1 m；穿過溢流壩中部施工橫縫的廊道周邊應全部設置塑料止水。

4 結語

水庫通常由擋水壩、溢流壩、升壓站等組成，設計中應根據工程規模確定工程等級、防洪設計標準，分析計算擋水建筑物的壩頂高程，確定擋水壩結構尺寸。通過對后箐水庫擋水建筑物大壩結構設計進行分析，如壩頂及壩體布置要點、大壩標準剖面擬定、壩體分縫、壩體混凝土分區等，提升了大壩結構設計的合理性與穩定性，為水庫后期的安全管理與運行提供了安全保障。