某水庫壩體分區設計方法

陳嵩瀛

摘 要：以某水庫項目為工程背景，圍繞其壩體分區設計方法進行探討，根據壩體分區原則，在考慮大壩可順利運行情況下，確定了壩體分區的設計方案，并對壩體各個組成部分運行的受力特點以及壩料具體性質進行分析，以期能夠給與之相關的項目提供更多借鑒經驗。

關鍵詞：水庫 壩體分區 滲透系數

為保證大壩可順利運行，需要對壩體進行分區，分區按照壩體所有構成要素運行的主要受力特征和壩料的具體特征等等。按照實際情況對大壩分區提出不同要求，從整體上實現建筑物的價值，開挖主要石料、降低項目造價以及優化施工現狀等等。

1.工程概況

某水庫的建筑物構成部分有堆石壩以及溢洪道還有泄洪輸水隧洞。在這些構成部分中，堆石壩頂高為1883.40m，1828.40m是最低建基面高度，最大壩高是55m，142m是壩頂的長度，壩頂的寬度是6m；大壩上游壩坡的坡比是1：1.8，并在大壩下游壩坡1865m的高程處，建造馬道，其寬度為2.0m，此高程以上及以下壩坡坡比均為1：17。無坎寬頂堰為其控制堰，控制段凈寬度是10m，1879.90m為堰頂的高程。

2.壩體分區原則

（1）為保證壩體不同部位之間可協調變形，應當盡可能的降低變形程度，防止對面板以及止水體系造成破壞。承受水荷載的重要地點為壩軸線上游地區，該部位的堆石體擁有比較高的變形模量，在分區之時，可盡量減少壩軸線下游部位的堆石體變形模量。

（2）為保證壩體能夠順利完成排水工作，不同分區材料之間要盡可能符合水力過渡的需要，其中，滲透系數應當由上游至下游逐漸增加。

（3）充分使用合適建筑物對材料進行開挖工作。

（4）避免分區復雜，不同分區的最小尺寸應當符合機械化項目運作需求。

3.壩體分區設計

在對壩體進行分區設計之時，應當充分考慮壩料的強度以及施工條件等等，由上游到下游，在對大壩填筑分區之時，按照上游到下游可將其分成：上游堆石料以及過渡層區，中游主要包括反濾層以及粘土心墻防滲體區，另外，下游主要包括反濾以及過渡還有堆石料區。總體來看，壩體上、下游都使用干砌石護坡以及護砌。

3.1堆石料區

該項目在進行堆石料填筑工作之時，石料大部分都從石料場運輸而來，石料場具體位置于水庫下游地點，料場位置以及壩位兩者距離是1km，石料場巖性主要構成部分是中厚層以及自云質灰巖，基巖幾乎是出露的，泉水幾乎都不出露，地下水位要遠遠比開采底界低。

按照料場當前地質現狀可發現：開采區的巖石一般較為堅硬，若從風化角度對其分析，開采區巖石通常是弱風化和微新狀的巖石。整體來看，料場里面不同層次的巖石特征幾乎沒有什么差異，在設計堆石料之時，要重點考慮以下幾點：（1）保證壩體和壩坡的保持安全狀態；（2）在開挖之時，盡可能通過不同樞紐建筑物中可利用的渣料；（3）在進行填筑堆石料分區工作之時，應當遵循壩體不同位置的詳細要求，把質量優良的料使用于重點部位。

應在滿足工程結構安全的情況下，應當將質量上乘的好料于關鍵部位使用，質量比較差的料于次要部位使用，將上、下游合理分區。大壩的關鍵受力部位是上游堆石料，為確保該地具有較強透水功能以及優良物理力學參數，應當使用的料的特性是：具有比較高強度的指標、透水功能較強等等，從而保證水位于降落情況之下，不會有較大孔隙水壓力，使壩坡保持穩定狀態；壩體下游的干燥地區對石料的強度需求并不高，因此在開挖料之時，可以選擇標強度指標比較低的灰巖以及溢洪道等等；在對下游的排水區進行填筑工作之時，可使用比較優良的硬巖料，從而確保滲透到壩體中水可以順利排出，防止水流斷面收縮，水位高于常水位，從而威脅大壩安全。

堆石料自身力學特點與級配具有不可分割的關系密切相關，級配和巖性巖層產狀以及爆破技藝密切相連。通過借鑒與之相關的項目所使用的級配材料，模擬制定的堆石料級配是：最大的粒徑≤800mm，石料粒徑要≤5mm，并且細料含量<20%，石料粒徑>0.1mm的含量要<5%。設計孔隙比率是22%，因此對應的設計干密度是21.1kN/m3。堆石料要保證可以實現自由排水，其滲透系數是（3～10）×1010cm/s。

在對壩料進行填筑工作之時，應當按壩的等級以及高度等等，并充分參考與之類似的項目，從而確定具體數據。初步確定在表1中有所展示。

3.2過渡料區

對大壩進行分區之時，應當于反濾料以及堆石料之間設置過渡料區，此區域的壩料具體特性是：低壓縮以及高抗剪特征，并具反濾的優勢以及自由排水特征。料具體來源是石料場進行開挖工作之時所得到的弱風化巖石，其物理力學指標應當與過渡料相互協調，此分層的水平鋪筑寬是15m，坡度比是1：0.25，由弱風化灰巖料制作。

為充分發揮墊層料的所具有的水力過渡的優勢，其壓實過后的過渡料的滲透系數應當是1×1010cm/ s-3×10-1cm/s。

3.3反濾料區

為了防止壩殼料以及心墻料出現變形的不良后果，使得心墻土料細中的顆粒存在流失問題，可在心墻兩端安裝反濾層。它的主要功能是能夠保護粘土心墻，避免庫水位降低時，心墻土料偏移到壩殼孔隙里面，還具有協調變形的優勢。此區水平鋪筑寬是15m，坡度比是1：0.25，原材料是弱風化灰巖。

反濾料抗剪強度較高，可以保證自身穩定運行，且具有優良半透水的性質，當心墻破壞的時候，能夠穩定壩體滲漏量，從而確保其擁有抗滲性能，從而能夠對細粒料造成反濾效果，滲漏現象出現之時，主要利用細粒料將滲流通道堵住，從而達到擋水目的。

3.4粘土心墻防滲體區

此區域位于壩體中上方，心墻軸線位置于壩軸線上游，與壩軸線兩者相距1.5m，具體設計頂寬度為3.0m，因為此項目所處地點8度地震區域，所以地震設置的防烈度是8度，按照防止滲土料詳細物理力學參數，在實際施工之中，模擬使用中厚心墻，心墻頂寬度為3m，1883.00m為頂部高度。上、下游坡比1：0.25，底高程1827.00m，心墻最大厚度為30.35m，該區域主要使用防滲心墻，粘土料來源于壩區下游粘土料場，粘土料在壓實完成后，滲透系數應當<10×l0-5cm/s。

于大壩兩肩以及河床位置之處開挖截槽，直到基巖，1.0～2.0m是截槽深入基巖，開挖深度為15.0～7.8m，在截槽底部安裝厚度是0.6m的混凝土灌漿蓋板。

4.結束語

由此可見，在對壩體分區進行設計工作的時候，應當在明確壩體各個區域實際工作以及受力條件還有壩料以及性質等等基礎上，明確壩體主要分區之間的界限，保證堆石體實現排水暢通的目標，充分發揮建筑物的作用，進行開挖料工作，才能保證壩體分區設計的合理性。

參考文獻：

[1]王相峰.尼雅水庫壩體分區研究[J].陜西水利，2018（05）：208-210.

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