某水庫大壩設計分析

劉波峰

（江西明贛水利建設有限公司，江西 景德鎮 333100）

1 大壩總體布置

某混凝土面板堆石壩，壩頂寬7 m，長165.00 m，壩頂高程293.00 m，河床趾板建基面高程243.00 m，防浪墻頂高程294.20 m，上、下游壩坡均為1：1.40，273.00 m高程處設3 m寬馬道。混凝土平趾板布置于強風化中下部至弱風化上部基巖上，厚度0.60 m、寬度6.00 m。混凝土等厚面板厚度0.40 m。粉土鋪蓋和棄渣蓋重位于面板上游，墊層區、過渡區、堆石區及下游干砌石護坡依次置于面板下游。

2 壩體結構設計

2.1 計算壩頂高程

2.1.1 壩頂超高

水庫靜水位加上相應超高后的最大值確定壩頂高程。

2.1.2 壩頂高程

壩頂高程計算分3種工況：①正常蓄水位＋正常運用條件壩頂超高；②設計洪水位＋正常運用條件壩頂超高；③校核洪水位＋非常運用條件壩頂超高。

由計算可知，校核洪水位加非常運用條件情況壩頂超高取為壩頂高程293.00 m，防浪墻高程取為294.20 m。

2.2 大壩標準剖面擬定

堆石壩布置于主河道，壩頂高程293.00 m，根據地質條件確定河床趾板建基面置于弱風化巖體上部，趾板建基面高程243.00 m，最大壩高50.00 m，壩頂寬7.00 m，上游側設高4.00 m“L”型防浪墻，高出校核洪水位1.49 m，高出壩頂1.20 m。防浪墻上游底部設置1 m寬過道，壩頂總寬8.00 m。

堆石料分區原則：①壩料從上游到下游變形模量依次遞減；②壩料從上游到下游滲透系數增加，各區之間滿足水力過渡要求；③盡可能簡單分區。因此，從上游到下游壩體分區依次為上游蓋重區，鋪蓋區，C30 鋼筋混凝土面板，墊層區，過渡區，主堆石區，及下游塊石護坡（厚0.50 m）。

壩體最大橫剖面圖見圖1。

圖1 混凝土面板堆石壩斷面圖

2.3 壩體防滲結構設計

2.3.1 鋼筋混凝土防滲面板

①面板混凝土。壩體迎水面防滲結構設置為混凝土面板。②面板布置。面板厚經計算為0.40～0.48 m，因此工程壩高小于70 m，按照規定可采用0.30～0.40 m等厚面板，根據規范要求和參照類似規模同類大壩工程經驗，此工程上游面采用0.40 m等厚混凝土面板。滑模施工，面板張性垂直縫，間距8 m 設在兩壩肩附近受拉區的面板，壓性垂直縫，間距12 m，設在河床部分受壓區的面板。面板19塊，垂直縫總長1 088 m。面板與趾板結合處設周邊縫。③面板配筋。面板截面中部設置單層雙向鋼筋，配筋率均為0.35%，增強鋼筋可適當配置在面板拉應力區或岸邊周邊縫附近。

2.3.2 混凝土趾板

①趾板采用趾板面等高線垂直于“X”線布置形式（即平趾板方案），趾板為厚0.50 m的C25混凝土，置于強風化巖體中下部，寬度均按5 m。每隔12 m 趾板設一條伸縮縫，用4.50 m 長C25錨筋插入巖石。②趾板混凝土與面板要求完全相同，表面設一層雙向鋼筋，配筋率均按0.35%。在趾板上布置長6 m 的C25錨筋，間距2.00 m，排距2.00 m，梅花型布置。

2.3.3 接縫止水

①周邊縫是漏水的主要可能通道，一般設置兩道止水，底部為GB 復合F 型止水銅片，頂部為柔性填料止水。②垂直縫。面板垂直縫分張性縫和壓性縫，河床部位面板設置4條壓性縫，兩岸受拉部位設置14 條張性縫，均設置兩道止水，底部為GB 復合W1 型銅片止水，頂部為柔性止水填料。③混凝土面板與防浪墻的水平接縫。面板與防浪墻間的水平縫設置兩道止水，底部為GB 復合T 型銅片止水，頂部為柔性填料止水。④防浪墻伸縮縫。防浪墻每隔12 m 設一條伸縮縫，縫內設置一道GB復合T型銅止水片，和面板與防浪墻間銅止水相連，形成封閉防水系統，表層采用柔性填料止水。⑤趾板伸縮縫。趾板在較長直段及轉折處設一道伸縮縫，采用柔性填料止水，與周邊縫一起構成封閉系統。

2.4 壩體材料及填筑標準

2.4.1 墊層料

料場灰巖料dmax為80 mm，＜5 mm顆粒含量35%～55%，＜0.75 mm泥質含量4%～8%，設計干密度2.168～2.304 t/m3，孔隙率15%～20%，滲透系數10-3～10-4cm/s。

2.4.2 過渡料

料場灰巖料最大粒徑300 mm，＜5 mm 顆粒含量15%～30%，＜0.75 mm泥質含量0%～5%，設計干密度2.114～2.222 t/m3，孔隙率18%～22%，滲透系數＞10-3cm/s。

2.4.3 堆石區

堆石料采用料場灰巖料，主堆石料dmax為800 mm，＜5 mm顆粒含量5%～15%，＜0.75 mm泥質含量0%～5%，設計干密度2.033～2.168 t/m3，孔隙率20%～25%，滲透系數大于10-3cm/s。

2.4.4 粘土鋪蓋及蓋重

粘土鋪蓋采用土料場開采的天然土，碾壓層厚度300 mm，蓋重采用大壩及溢洪道開挖石渣料，碾壓層厚度300 mm。

2.4.5 下游護坡

下游護坡起到兩個作用，一是保護壩體下游堆石料，避免細顆粒壩料受雨水沖刷導致流失，二是起美觀作用，要求采用干砌石，形狀大致平整能起到穩定作用即可，巖塊應堅硬耐風化，大壩下游采用厚500 mm的干砌石護坡。

2.4.6 開挖料利用情況

樞紐區開挖料只有弱風化巖體棄渣可作堆石區、過渡料區建材用。大壩及溢洪道開挖弱風化巖體利用率6%左右，用于大壩上游棄渣蓋重部分，利用量10 332 m3。導流洞（兼取水放空洞）利用量約為4 000 m3，作為導流隧洞襯砌的砂石骨料。

3 壩基處理

3.1 基礎開挖

上游壩基開挖，將趾板、墊層和過渡層設于強風化下部，開挖深5～15 m，邊坡1：0.75～1：1；中、下游部分只將覆蓋層挖除。順河向F1斷層，破碎帶寬3.00～5.00 m，兩側影響帶寬各約10～50 m。因此，F1斷層帶作深挖回填和灌漿處理。

3.2 固結灌漿

防滲帷幕上、下游各布置一排和兩排，孔、排距2 m，梅花型布置，河床孔深6 m，兩岸灌漿到強風化下限6～22 m。

3.3 帷幕灌漿

3.3.1 地質情況

壩址庫首主要為風化帶裂隙性滲漏。防滲帷幕左、右岸邊界以推測地下水位線與正常高水位線交點為防滲端點，防滲下限以q≤5 Lu 及0.30～0.70 倍壩高控制；斷層及影響帶建議三排布置，孔距2.00 m；左岸坡強風化層為散體—碎裂結構，建議雙排布置，孔距2.00 m；右岸為可溶巖地層，建議單排布置，孔距2.00 m。

3.3.2 工程處理措施

防滲帷幕左邊界兩壩肩以推測地下水位線與正常高水位線交點為防滲端點，防滲下限以q≤5 Lu控制；河床防滲下限以q≤5 Lu控制，斷層影響考慮加深加密處理。

4 結語

認識大壩總體布置基本要求，研究壩體結構設計到大壩主要工程量估算等環節的實踐經驗。