李龍波

(四川水利職業(yè)技術學院工程勘查設計院，四川 都江堰，611830)

楊柳水庫混凝土面板堆石壩設計

李龍波

(四川水利職業(yè)技術學院工程勘查設計院，四川 都江堰，611830)

楊柳水庫混凝土面板堆石壩壩高56.97m，壩體填筑料弱風化及新鮮鈣質粉砂巖，按照變形控制、滲流控制、施工等要求進行堆石體分區(qū)，充分利用開挖料作為壩體填筑料，大大節(jié)約了工程投資。面板設計采用聚丙烯纖維鋼筋混凝土面板，可以有效減少收縮和裂縫的發(fā)生，提高混凝土的抗?jié)B能力。止水設計采用銅止水材料，封堵了壓力水的滲漏通道，且自身不會被水擊穿，從而大大提高了止水銅片的抗繞滲性能。

楊柳水庫 止水 混凝土面板堆石壩 設計

1 工程概況

楊柳水庫位于宜賓市珙縣珙泉鎮(zhèn)，壩址位于小溪溝右岸一級支流楊柳溝下段，距珙縣縣城約16km，距珙泉鎮(zhèn)約4.5km，工程對外交通方便。楊柳水庫樞紐開發(fā)的主要任務是灌溉，同時兼有供水、人畜飲水等綜合效益。水庫總庫容447.74萬m3，控制灌溉面積306.93hm2。水庫壩址以上控制集水面積9.8km2，多年平均流量0.242m3/s，多年平均年徑流量762萬m3。

壩址樞紐區(qū)河段位于大灣頭河段，該段河流沿東西流向，略呈S型，進入壩區(qū)后較為順直。壩址為橫向河谷，區(qū)內(nèi)地貌形態(tài)主要表現(xiàn)為侵蝕堆積地貌。河谷寬度20.0m～30.0m，河床寬2.5m～16.0m，河床高程424.20m～418.90m，縱坡比降11‰。兩岸地形較對稱，山頂高程511.70m～588.20m。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放空隧洞、聯(lián)通隧洞組成。根據(jù)壩址地形地質條件，樞紐布置為混凝土面板堆石壩，左岸設開敞式溢洪道、放水隧洞、聯(lián)通隧洞連接漂水巖水庫。

2 混凝土面板堆石壩設計

2.1 大壩剖面設計

混凝土面板堆石壩壩頂高程462.30m，河床趾板基礎最低高程405.33m，最大壩高56.97m，壩頂長123.66m，壩頂寬6.0m。壩頂上游設“U”型防浪墻，墻頂高程463.50m，墻底高程460.00m，高度3.5m。壩體填筑料為弱風化及新鮮鈣質粉砂巖，根據(jù)筑壩材料性質和已建工程經(jīng)驗，大壩上游壩坡坡比選用1∶1.5，下游壩面在440.96m高程設2m寬馬道，下游壩坡坡比1∶1.6。

2.2 壩體分區(qū)設計

2.2.1 分區(qū)原則

根據(jù)面板堆石壩的受力特性和工作機理，確定以下分區(qū)原則：

(1)變形控制。壩軸線上游部分堆石體是承受水荷載的主體，盡量采用壓縮模量較大的材料，以最大限度地減小變形量。壩軸線以下堆石體的壓縮模量可適當降低；

(2)滲流控制。各分區(qū)材料應滿足水力過渡要求，滲透系數(shù)從上游至下游遞增，以便盡快降低堆石體內(nèi)的浸潤線，保證滲漏水能通暢地排向下游；

(3)各分區(qū)最小尺寸應能滿足機械化施工要求，方便施工；

(4)盡量利用壩區(qū)開挖料，節(jié)約工程投資。

2.2.2 分區(qū)設計

壩體分區(qū)從上游到下游分別為蓋重區(qū)、上游鋪蓋區(qū)、墊層區(qū)、特殊墊層區(qū)、過渡層區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)(次堆石區(qū))和下游排水棱體。

(1)上游粉土鋪蓋區(qū)(1A)。粉煤灰加細沙作為鋪蓋輔助防滲，鋪蓋頂部高程429.00m，頂寬2.0m，上游坡度1∶1.5；

(2)蓋重區(qū)(1B)。采用任意開挖料填筑，頂部高程429.00m，頂寬4.0m，上游坡度1∶2.5；

(3)墊層區(qū)(2A)。墊層區(qū)水平填筑寬度3.0m，以1∶1.5的坡等厚布置。材料采用漂水巖料場級配砂巖料，設計干密度2.32g/cm3，滲透系數(shù)為5×10-3cm/s～5×10-4cm/s。墊層料級配連續(xù)，最大粒徑控制為80mm～100mm，小于5mm含量在30%～40%之間，小于0.075mm含量在5%～8%之間，填筑層厚40cm～50cm，振動碾壓密實。墊層區(qū)填筑標準以孔隙率為設計控制指標，孔隙率控制在15%～20%。碾壓層厚0.4m，碾壓6遍，適量加水。坡面碾壓密實后，再噴5cm厚混凝土處理成平整、堅硬的表面，以滿足面板施工及臨時渡汛的要求；

(4)特殊墊層區(qū)(2B)。為減少周邊縫的位移，在趾板與面板相接處設特殊墊層區(qū)(2B)，利用最大粒徑小于40mm且內(nèi)部穩(wěn)定的連續(xù)級配細反濾料，薄層碾壓；

(5)過渡區(qū)(3A)。過渡層區(qū)介于墊層區(qū)與主堆石區(qū)之間，要求對墊層料起反濾保護作用，同時還起到將水推力傳遞至主堆石的作用。因此，要求其料級配連續(xù)，具有低壓縮性和高抗剪強度，并具有自由排水性能。該區(qū)水平填筑寬度4.0m，等厚布置，材料為級配砂巖料，設計干密度2.27g/cm3，滲透系數(shù)為1×10-1cm/s～1×10-2cm/s。過渡料最大粒徑控制為300mm，小于5mm含量不大于10%～20%。過渡區(qū)填筑標準以孔隙率為設計控制指標，孔隙率控制在18%～22%，碾壓6遍，加水量25%；

(6)主堆石區(qū)(3B)。壩體主堆石區(qū)位于過渡層區(qū)、下游堆石區(qū)之間，為壩體主體受力結構，是承受水荷載的主要支撐體，一般要求壓實后能自由排水，有較高的壓實密度和變形模量，這就要求堆石料具有良好的級配。本工程主堆石料最大料徑控制為600mm～800mm，小于5mm含量不大于15%，小于0.075mm含量不大于5%。設計干密度2.23g/cm3，滲透系數(shù)為5cm/s～1×10-1cm/s。主堆石區(qū)的填筑標準以孔隙率為設計控制指標，孔隙率控制在20%～25%，填筑層厚度0.8m，碾壓6～8遍，加水量25%；

(7)下游堆石區(qū)(次堆石區(qū))(3C)。即下游堆石區(qū)下游最高靜水位以上部分，由于其變形對壩體和面板變形影響不大，采用溢洪道開挖料填筑。最大粒徑1m，設計干密度20.6kN/m3，孔隙率25%，填筑層厚度1m，碾壓6～8遍，加水量25%。

次堆石區(qū)位于主堆石區(qū)后，該區(qū)主要起維持壩體穩(wěn)定的作用，并承受少量上游傳來的水荷載。該區(qū)要求具有較好的透水性，能把上游的滲水順利排往下游。下游壩殼堆石料的填筑標準可適當放寬，可利用樞紐建筑物開挖的強弱風化料碾壓填筑。次堆石區(qū)的填筑標準以孔隙率作為設計控制指標，孔隙率控制在23%～28%。填筑下游壩殼時不得發(fā)生粗骨料集中架空現(xiàn)象，石渣料透水性良好，滲透系數(shù)不小于5.0×10-3cm/s。填筑層厚度1m，碾壓6～8遍，加水量25%；

(8)下游排水棱體。在下游堆石區(qū)底部河床部位高程420.00m以下，布置堆石排水區(qū)及排水棱體。排水棱體頂寬2.0m，內(nèi)外邊坡分別為1∶1、1∶1.5，排水帶及棱體采用弱風化及新鮮粉砂巖堆石填筑。排水體由四層組成，自下至上依次鋪設15cm厚砂(d=0.25mm～1mm)、150cm厚碎石(d=1mm～5mm)，200cm厚碎石(d=5mm～30mm)，最外層砌筑干砌石。

3 壩體防滲結構設計

3.1 面板設計

面板是壩體防滲的主體結構，其厚度應滿足防滲和耐久性要求，根據(jù)《混凝土面板堆石壩設計規(guī)范》，中低壩可采用0.3m～0.4m等厚面板。本工程采用0.4m等厚面板，以提高其柔性，適應壩體的變形，同時便于施工，只需制備一種規(guī)格的側模即可。

面板總面積為6305m2，根據(jù)有限元分析結果，面板厚度0.4m，面板能適應應力和變形。按此規(guī)律，結合左、右岸的地形地質條件，面板中部垂直縫(壓性)間距為12m，兩岸坡垂直縫(張性)間距為6m。面板混凝土設計強度等級C25，抗?jié)B等級W8，抗凍等級F50。

根據(jù)《混凝土面板堆石壩設計規(guī)范》要求，面板頂部厚度宜取0.3m，并向底部逐漸增加，在相應高度的厚度按以下公式計算確定：

t=0.3+(0.002～0.0035)H

式中：t——面板厚度(m)；

H——計算斷面至面板頂部的垂直距離(m)。

根據(jù)計算成果，面板的厚度為0.3m～0.44m。面板采用單層雙向配筋，各向配筋率0.4%。

為了減少混凝土收縮裂縫，提高混凝土的抗?jié)B能力，面板采用聚丙烯纖維混凝土，摻入聚丙烯，可以在混凝土塑性階段、變形模量較低時，有效減少收縮和裂縫的發(fā)生，在硬化后期也可以使干縮裂縫得到一定程度的抑制，從而使裂縫細化。

3.2 趾板設計

趾板既是面板的底座，也是防滲帷幕灌漿的壓重板，與面板共同形成壩基以上的防滲體。本工程趾板布置采用“平趾板”方案，趾板厚0.6m，寬度按巖石地基容許水力梯度確定，趾板置于弱風化巖石上部，地基容許水力梯度取10，趾板寬度為5.0m。趾板每隔12m設一條伸縮縫，并用φ25mm錨筋插入巖石與基巖相連接，錨筋間距1.5m，排距1.5m。

趾板混凝土設計強度等級C25，抗?jié)B等級W8，抗凍等級F50。趾板表面配置單層雙向鋼筋，縱、橫向鋼筋均為0.4%。

3.3 接縫止水設計

面板垂直縫分壓性縫和張性縫。岸坡段張性縫，設底部“W”型止水銅片及水泥砂漿墊層，縫面均涂刷瀝青乳劑，頂部柔性填料充填加有機復合蓋板保護；河床段壓性縫，設底部“W”型止水銅片及水泥砂漿墊層，縫面均涂刷瀝青乳劑。壩頂防浪墻設置垂直縫，間距10m，縫間設置一道“W”型止水銅片。

位于面板和趾板之間的周邊縫寬度為12mm，縫內(nèi)用瀝青木板充填，設置一道止水，下部“F”型銅片止水，上部柔性填料止水加有機復合蓋板保護。

位于面板與防浪墻之間的水平縫寬度為12mm，縫內(nèi)瀝青木板充填，上部采用柔性填料止水加PVC遮蓋帶保護，底部“F”型銅片止水。周邊縫縫面均涂刷瀝青乳劑，縫中均充填瀝青木板，以減少施工期混凝土面板因應力集中而損壞。

趾板與趾板之間設置一道止水，將“W”型銅片止水設置于中部，并伸入面板約2m左右。

4 壩基處理

4.1 壩基開挖

河床趾板下游20m范圍(約0.3倍壩高)內(nèi)清至基巖弱風化頂部，其余下游部分壩基，原則上應將基礎面上的草皮、樹根、表層砂卵石覆蓋層及全風化層巖石清除干凈。壩基開挖輪廓范圍內(nèi)不得有反坡，應避免出現(xiàn)臺階，均應挖成順坡。

趾板以上左右岸開挖邊坡，根據(jù)地質資料，左岸為1∶1.5、1∶2.3。右岸為1∶0.8、1∶0.6。

4.2 趾板基礎處理

趾板置于基巖弱風化頂部，趾板地基和壩基范圍內(nèi)均無需特別處理的斷層破碎帶及軟弱夾層。

趾板上、下游各布置一排固結灌漿孔，孔距2m，孔深5m。趾板中部設二排帷幕灌漿孔，孔距1.8m，其深度按深入相對不透水層(ω<5lu)5m以上控制。趾板帷幕與右岸壩肩和左岸溢洪道基礎帷幕相連接，形成完整的地下防滲帷幕。

5 結語

5.1 周邊縫止水設計，采用有機復合蓋板塑性填充材料止水，可以提高止水銅片的抗繞滲性能。

5.2 面板采用聚丙烯纖維混凝土，可以減少混凝土收縮裂縫，提高混凝土的抗?jié)B能力。

5.3 楊柳水庫面板堆石壩設計，充分利用開挖料作為壩體填筑料，節(jié)約了工程投資。

〔1〕張昌齡.水工設計手冊第四卷土石壩[M].北京：水利電力出版社出版，1984.

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2095-1809(2016)04-0052-03

李龍波(1981-)，男，工程師，四川威遠人，學士學位，從事水利水電工程設計工作。