索 慧 敏， 竇 向 賢

(中國電建成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072.)

1 壩坡設(shè)計(jì)

面板堆石壩上游混凝土面板受庫水位的壓力，對上游壩坡抗震穩(wěn)定有利，因此，地震時(shí)主要是控制下游壩坡穩(wěn)定。已建面板堆石壩大多數(shù)位于較低或中等地震強(qiáng)度地區(qū)，經(jīng)驗(yàn)壩坡在1∶1.3～1∶1.7，堆石壩的永久變形分析也表明在上述壩坡下，能夠把壩的永久變形控制在較安全的范圍內(nèi)。地震設(shè)防較高的地區(qū)，需要采用較緩的壩坡。美國著名地震學(xué)家西特(Seed.H.B)等人對高度為150 m的面板堆石壩進(jìn)行了地震動力分析，考慮不同的地震震級和壩基基巖峰值加速度進(jìn)行永久變形計(jì)算，如把下游壩坡位移控制在0.6 m和0.3 m以內(nèi)時(shí)，適宜的平均下游壩坡值如表1所示；國內(nèi)外已建工程經(jīng)驗(yàn)見表2。

表1 混凝土面板堆石壩的適宜壩坡表

表2 國內(nèi)外部分已建工程壩體斷面尺寸表

猴子巖水電站50年超越概率10%基巖場地水平峰值加速度為141 gal，對應(yīng)的地震基本烈度為7度；50年超越概率5%基巖場地水平峰值加速度為182.0 gal；100年超越概率2%基巖場地水平峰值加速度為297.0 gal。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL 5073-2000)的規(guī)定，猴子巖大壩抗震設(shè)防類別為甲類，大壩設(shè)防烈度在基本烈度的基礎(chǔ)上提高1度作為設(shè)計(jì)烈度，擋水大壩抗震設(shè)計(jì)烈度為8度，設(shè)計(jì)地震加速度代表值的概率水準(zhǔn)取基準(zhǔn)期100年內(nèi)超越概率為2%基巖水平峰值加速度為297 gal。

參照表1和表2并參考其它工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果，上游壩坡為1∶1.4，下游壩坡設(shè)置一條“之”字形上壩道路，下游高程1 713.50 m以上綜合壩坡約1∶1.65。下游高程1 713.50 m以下設(shè)置壓重區(qū)，壓重區(qū)坡比分別為1∶1.5和1∶2.0。

2 壩體分區(qū)設(shè)計(jì)

2.1 分區(qū)的原則

堆石壩壩體分區(qū)的目的是在保證大壩安全運(yùn)行的前提下，根據(jù)壩體各部位工作和受力條件、填料來源及其強(qiáng)度、滲透性、壓縮性等特性，分別提出不同的要求，以充分利用建筑物開挖料，力爭降低工程造價(jià)，簡化施工，縮短施工工期。

根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5016-2011)并參考國內(nèi)已建、在建高混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，按以下原則分區(qū)：

(1)料源選用原則。壩體分區(qū)應(yīng)根據(jù)料源和筑壩材料的工程特性，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，盡量選用抗剪強(qiáng)度高、壓縮性低、壓實(shí)特性好，距壩址較近以及開采、運(yùn)輸和碾壓施工方便的筑壩材料。充分合理利用樞紐的開挖料，分區(qū)盡可能簡單以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的。

(2)壩料之間水力過渡原則。各分區(qū)材料應(yīng)滿足水力過渡要求，從上游向下游壩料的滲透系數(shù)遞增，各區(qū)壩料間應(yīng)滿足水力過渡的要求，保證壩體能排水暢通且相鄰區(qū)下游壩料對其上游區(qū)有反濾保護(hù)作用，以防止產(chǎn)生內(nèi)部管涌和沖蝕。

(3)變形控制原則。壩軸線上游部位是承受水荷載的主體，上游堆石體應(yīng)具有較高的變形模量，以確保壩體上下游均勻變形。

(4)對于狹窄河谷，為減小壩體順壩軸線方向的變形梯度，宜設(shè)置變形過渡區(qū)，即在堆石體與岸坡接觸部位設(shè)置過渡區(qū)。

2.2 壩體分區(qū)

對于處于狹窄河谷中的猴子巖工程高混凝土面板堆石壩，壩體變形控制是關(guān)鍵技術(shù)問題之一。根據(jù)以上分區(qū)原則，大壩分為以下幾個(gè)主要填筑區(qū)，大壩分區(qū)見圖1。

圖1 大壩壩體分區(qū)圖

2.2.1 1A壩前防滲鋪蓋區(qū)

1AⅠ粉煤灰、1AⅡ石粉鋪蓋區(qū)：其作用為當(dāng)面板局部開裂或止水系統(tǒng)受損后，粉煤灰或石粉隨水流帶進(jìn)縫中，經(jīng)面板下墊層料的反濾作用，淤堵裂縫恢復(fù)防滲性能，是防滲系統(tǒng)的一種附加安全措施。根據(jù)大壩三維有限元計(jì)算成果，面板在高程1 705.00～1 720.00m 部位出現(xiàn)裂縫的可能性最大，周邊裂縫的最大位移的可能性在此部位也為最大，但此部位高程較低，水庫放空至該水位基本不可能。考慮到泄洪放空洞的進(jìn)口底板高程為1 757.00 m，鑒于大壩面板和周邊縫在特殊情況下能最大限度進(jìn)行檢修處理，粉煤灰鋪蓋區(qū)沿周邊縫布設(shè)，位于面板底部順坡向20 m范圍內(nèi)(頂高程不超過1 731.00 m)，水平厚度1 m；1AⅡ石粉鋪蓋區(qū)，位于粉煤灰鋪蓋區(qū)上部，頂高程為1 731.00 m，水平厚度1 m。

1A礫石土鋪蓋區(qū)：考慮到1AⅠ粉煤灰、1AⅡ石粉鋪蓋易于流動，為有效保護(hù)1AⅠ粉煤灰、1AⅡ石粉鋪蓋并起到一定的防滲作用，在1AⅠ粉煤灰、1AⅡ石粉鋪蓋區(qū)上游側(cè)設(shè)置1A礫石土鋪蓋區(qū)，使粉煤灰、石粉鋪蓋的自愈性效果更有保障。1A礫石土鋪蓋區(qū)位于粉煤灰和石粉鋪蓋區(qū)上游側(cè)，鋪蓋頂高程為1 733.00 m，水平厚度6 m。

2.2.2 1B壩前棄碴壓重區(qū)

本區(qū)位于礫石土鋪蓋上游，是鋪蓋區(qū)的保護(hù)體，同時(shí)也是上游壩坡的壓重體，采用棄渣料填筑。本區(qū)頂部高程為1 735.00 m，頂寬20.0 m，上游面坡比為1∶2.5。

2.2.3 2A墊層區(qū)

本區(qū)布置于面板下，與面板直接接觸，是水壓力的傳力體。為混凝土面板提供一個(gè)平整、均勻、可靠的支承面，當(dāng)面板和接縫止水開裂時(shí)，能起到一定限漏作用，墊層料區(qū)水平寬度4 m，以1:1.4的坡等寬布置。在與兩岸壩坡基巖接觸部位順河向一定范圍鋪設(shè)2 m厚的墊層料。

2.2.4 2B特殊墊層區(qū)

在墊層底部周邊縫處設(shè)置該區(qū)是為了給底部銅止水提供比墊層更密實(shí)、均勻、平整的支撐面，當(dāng)止水局部破壞出現(xiàn)滲漏時(shí)，加強(qiáng)墊層料對滲漏的控制。特殊墊層區(qū)的斷面為梯形，厚度3.0 m，頂寬3.0 m，下游坡比1∶1.4。

2.2.5 3A過渡區(qū)

過渡區(qū)位于墊層與主堆石之間，為滿足墊層與主堆石水力過渡而設(shè)置。過渡區(qū)由上到下水平寬度以1∶1.36的坡由4 m漸變至12.2 m。為防止與岸坡接觸帶的填料架空，主堆石區(qū)與基礎(chǔ)接觸部位設(shè)厚2 m過渡料。

2.2.6 3B堆石區(qū)

根據(jù)現(xiàn)場料源情況，3B堆石區(qū)由3BI堆石區(qū)、3BⅢ堆石區(qū)和3BII堆石區(qū)組成。

3BI堆石區(qū)布置于過渡區(qū)至壩軸線下游(壩)0+040.00 m樁號的上游側(cè)底 部 范 圍，頂 高 程1 695.00 m，與3BII堆石區(qū)分界面向下游傾斜，坡度1∶0.5；3BⅢ堆石區(qū)布置于過渡區(qū)至壩軸線下游(壩)0-062.00 m樁號的上游側(cè)中下部范圍，頂高程1 760.00 m，底高程1 695.00 m，與3BII堆石區(qū)分界面向下游傾斜，坡度1∶0.5；3BII堆石區(qū)緊鄰3BI堆石區(qū)、3BⅢ堆石區(qū)布置。

2.2.7 漿砌石護(hù)坡區(qū)

本區(qū)主要作用是加強(qiáng)壩頂一定范圍內(nèi)的護(hù)坡，有利于增強(qiáng)壩頂部位的抗震穩(wěn)定。下游壩面1 805.00 m高程至1 845.00 m高程采用厚0.6 m的M10漿砌石護(hù)坡，防止地震時(shí)壩頂堆石滾落和防止雨水沖刷。采用堆石料中的外形規(guī)整的大塊石砌筑。

2.2.8 干砌石護(hù)坡區(qū)

下游壩面1 805.00 m高程以下采用厚1m的干砌石護(hù)坡，主要作用是防止地震時(shí)堆石滾落和防止雨水沖刷。大塊石采用堆石料中的超徑石堆碼，有利于抗震穩(wěn)定，壩面超徑石間不平整的空隙采用小塊石人工砌筑。

2.2.9 壩腳壓重區(qū)

壩腳壓重區(qū)由堆石壓重區(qū)和棄渣壓重區(qū)組成。堆石壓重區(qū)頂部高程為1 713.50 m，頂寬80 m，底部高程1 690.00 m，下游坡為1∶1.5、1∶2.0；1 690.00 m高程以下為棄渣壓重區(qū)。

3 結(jié) 語

猴子巖大壩為目前國內(nèi)的第二高面板堆石壩，壩高超過200 m。其具有“窄河谷、谷坡陡峻、地震強(qiáng)度高、超高壩”等特點(diǎn)，壩坡穩(wěn)定及壩體變形控制是大壩的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)，壩坡及壩體分區(qū)的合理設(shè)置對控制壩坡穩(wěn)定和壩體變形至關(guān)重要。因此，應(yīng)按照防滲體、反濾料、過渡料和堆石體的不同作用，嚴(yán)格按照規(guī)范要求對壩體不同部位的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)在滿足規(guī)范要求的前提條件下適當(dāng)調(diào)整粒徑級配范圍，以方便施工，最終實(shí)現(xiàn)壩體材料分區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。