張 汛

（新疆吐魯番市水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 吐魯番 838000）

新疆水利規(guī)劃的定居興牧水源工程開始后，建設(shè)成功很多小型水庫，使用的材料均為就地取材，大壩一般為瀝青混凝土心墻的堆石壩，或者混凝土面板砂礫石的堆石壩。新疆地區(qū)水庫大壩建設(shè)是水利工程建設(shè)中的重點內(nèi)容，大壩設(shè)計要點有著很高的研究價值，可以推動新疆水利工程建設(shè)，優(yōu)化灌溉系統(tǒng)，實現(xiàn)定居興牧的目的。

1 小型水庫工程概況

某水利工程設(shè)計方案中水庫壩頂為203 m高，正常水位下，水位線應(yīng)為200 m，該大壩的最高部位為14 m，壩軸線是8 km，其中其他壩長應(yīng)該東是1.50 km、西1.56 km、南1.53 km、中4.1 km。需要保證水庫的總?cè)萘繛?87萬 m3，壩高是38.5 m，長220 m，壩頂?shù)膶挾葢?yīng)該是7 m，該大壩上游的混凝土防浪墻應(yīng)該設(shè)計成為L形狀。壩體分成均質(zhì)土壩和上游的排水溝，上游的坡比1∶3，壩體分區(qū)為土料、墊層、反濾料、排水體。考慮到后期檢修的問題，在防浪墻的上游面中，設(shè)置了一個通道，寬度是1 m。對于該小型水庫的大壩設(shè)計，參考定居興牧水庫工程設(shè)計的參數(shù)特性，詳見圖1，考慮到應(yīng)該將水庫的壩頂?shù)臉?gòu)造設(shè)計、筑壩材料、壩體分區(qū)設(shè)計、混凝土面板設(shè)計、趾板設(shè)計作為整個大壩的設(shè)計要點，該大壩類型為混凝土面板堆石壩。

2 設(shè)計水庫的壩頂構(gòu)造

設(shè)計水庫壩頂?shù)膶挾葧r，考慮的因素包括，水庫運行的實際需求、結(jié)構(gòu)設(shè)置、大壩頂端的交通要求、施工的具體情況，吸取以往工程經(jīng)驗，通常將壩頂寬度設(shè)計為5 m~8 m。從該水庫的具體情況出發(fā)，本身的壩頂高度設(shè)計成7 m?？紤]到交通問題，在大壩的壩頂上，設(shè)置35 cm厚的碎石層，并鋪設(shè)30 cm厚的混凝土。在實際施工之前，使用碾壓機在施工的地區(qū)碾壓五遍之上，直到大壩基礎(chǔ)設(shè)計密度達到了為止。與此同時，就壩體軸線覆蓋范圍內(nèi)，實施壩體碾壓試驗，針對一些具有代表意義的部分，可以以不同重量振動平碾的方式進行，也可以使用振動凸塊的碾壓方式，并一邊碾壓，一邊分層鋪土，直至施工要求緊密度，才能停止。設(shè)計時應(yīng)該要考慮大壩頂端排放雨水的問題，為此，設(shè)計的壩頂以中心線為準(zhǔn)，分別向兩側(cè)有3%傾斜度。設(shè)計的防浪墻必須比最高的蓄水位要高，通道設(shè)計有1 m的寬度，可以方便后期工作人員檢修。防浪墻選擇運用L形狀，主要目的為了保證其穩(wěn)定，整體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該大壩的防浪墻高度設(shè)計為1412.3 m。

3 設(shè)計壩體分區(qū)以及選擇筑壩材料

因為考慮到該大壩面板為堆石體，其處于不同區(qū)域和不同水壓的環(huán)境下，具有的力學(xué)特性存在差異，因此，會影響到壩體，壩體區(qū)分應(yīng)使用不同的筑壩材料。

3.1 墊層區(qū)

壩體的墊層區(qū)是重要的組成部分，有著極其重要的作用。該水庫的墊層區(qū)在水平方向上，寬度設(shè)計為4 m，選擇的墊層材料為石英砂巖。選用石英砂巖的顆粒直徑最大應(yīng)該控制到0.8 cm之下，中粒應(yīng)小于50 mm，總成分中，應(yīng)該保證有40%~50%含量的石英砂巖，以此保證填充密實度和強度。趾板周圍的縫隙處，應(yīng)該使用直徑小于0.4 cm的材料進行填充，密實度達到要求，才能夠保證不出現(xiàn)填充縫隙過大，進而防止出現(xiàn)漏水問題。

3.2 過渡區(qū)

圖1 定居興牧水庫工程設(shè)計參數(shù)特性

為了能從墊層區(qū)到主堆石區(qū)有一個平穩(wěn)的過度，設(shè)計出過渡區(qū)。因為主堆石區(qū)和墊層區(qū)中使用的材料，有一定的變形特質(zhì)，這兩個區(qū)域內(nèi)材料的強度也不同，為此應(yīng)該在過渡區(qū)進行填充，以便更好地過渡。該區(qū)域使用的材料，選用的碎石材料應(yīng)該硬度較高，并且級配良好，材料的粒徑應(yīng)該大于墊層區(qū)和主堆石區(qū)的使用材料的粒徑。該水庫的水平寬度是4m，這樣就要求該區(qū)域的碎石粒徑在15~30 cm之間，人工開采破碎的石料最為合適。

3.3 主堆石壩區(qū)

面板壩核心就是主堆石壩區(qū)，其需要承受面板壩大部分的水流沖擊力。為了讓該部分設(shè)計可以達到這樣的要求，筑壩材料必須具有大剛度、高抵抗剪切能力、更高耐磨性。依據(jù)同類型壩體材料設(shè)計配比，設(shè)計出該大壩主堆石壩體材料配比為：在6 mm之下的顆粒，整體含量要小于整體材料的25%，小于1 mm的顆粒，含量應(yīng)該控制到10%之下，才能更好地保證整體材料有更高的綜合性能。

3.4 下游堆石區(qū)

為了保證大壩可以順利地排水，同時提高大壩穩(wěn)定性，設(shè)計了大壩下游的堆石區(qū)。在該水庫壩體距離下游高程大約為500多m處，設(shè)置出了下游堆石區(qū)，用于水體排泄，其頂部的寬度應(yīng)為6.5 m，從上游到下游之間的坡度實際為1∶0.5。

4 設(shè)計混凝土面板

設(shè)計混凝土面板時需要考慮保證大壩的防滲性，為此，混凝土面板必須擁有高抗剪切力和高耐久性。

4.1 面板的厚度

設(shè)計面板厚度時，應(yīng)該考慮到，降低施工難度，還要保證施工的質(zhì)量，為此，混凝土面板厚度需要在一個合理范圍內(nèi)。首先要保證面板有夠用的空間實施鋼筋以及止水安置，并保證有良好的耐久性和抗?jié)B透性。在這樣的基礎(chǔ)上，盡最大的可能讓混凝土面板變薄，減少面板工程用料，減少成本。通常情況選擇面板的厚度為0.3~0.4 m之間。參照圖1中的參數(shù)特性，該小型水庫的面板厚度設(shè)計為0.3 m。

4.2 面板混凝土設(shè)計和配筋

從面板基本要求出發(fā)，通常面板的混凝土強度應(yīng)該保證＜C25，抗?jié)B透能力≥W8。從實際情況出發(fā)，該水庫大壩的面板混凝土在局部的使用了雙層配筋法，混凝土強度需要達到C30，以確保強度較好，抗?jié)B透的等級滿足要求，達到了W10。面板層使用單層配筋，配筋率以科學(xué)計算結(jié)果為準(zhǔn)。

5 設(shè)計趾板

5.1 安置趾板

整理以往大壩趾板安置的經(jīng)驗，可以分成平趾板安置方式和斜趾板安置方式。一般情況下，水庫工程使用平趾板安置方式比較多，具體施工過程為，讓趾板的等高線，同基準(zhǔn)線之間呈現(xiàn)為90°角。此種安置方案優(yōu)點眾多，能夠讓施工效率提高，使得鉆孔和灌漿等工序變得簡單，有一定的排水空間，基礎(chǔ)巖體風(fēng)化的可能性降低。該工程就是使用了這一安置方式。

5.2 設(shè)計趾板結(jié)構(gòu)

一般在巖石為基礎(chǔ)的趾板設(shè)計，應(yīng)該考慮容許水利的梯度是多少，將其確定出來，提升施工質(zhì)量，一般情況下，巖石地基容許的水力梯度，如圖2所示。

圖2 巖石地基容許水力梯度

依據(jù)實際情況，該水庫的趾板寬度是5 m，趾板的厚度應(yīng)該確定為0.4 m，具體設(shè)計如圖3所示，巖石基體的趾板厚度，應(yīng)大于連接后面板厚度，最小厚度不小于0.3 m。

圖3 趾板示意圖

5.3 趾板分縫及配筋

水利工程中，趾板結(jié)構(gòu)一般使用連續(xù)模式，具有著較好抵抗性，能夠保證著趾板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這種形式施工縫的處理使用冷縫處理，可以不設(shè)止水。水庫運用單層鋼筋的配筋，趾板保護層設(shè)計為150 mm。

6 結(jié)束語

新疆地區(qū)設(shè)計小型水庫大壩時，應(yīng)該考慮從新疆特殊地形和地質(zhì)條件，以及建筑時可以使用的材料，考慮小型水庫大壩的設(shè)計，整理出小型水庫大壩的設(shè)計要點，以期建設(shè)出更多高質(zhì)量的小型水庫，為新疆居民獲取更多的水資源，實現(xiàn)定居興牧的最終目的。

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