宋磊

摘? 要：青海峽谷某水庫(kù)混凝土面板堆石壩，設(shè)計(jì)最大壩體高度56.5m，寬度8m，壩體上下游坡度均為1：1.4。為改善不良地形地質(zhì)缺陷，本工程借鑒國(guó)內(nèi)外已有混凝土面板堆石壩的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合區(qū)域已有工程地質(zhì)條件，參照混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，采用了混凝土面板、趾板、墊層、過(guò)渡層、堆石區(qū)等筑壩技術(shù)。文章研究結(jié)果旨在為壩體設(shè)計(jì)及大壩穩(wěn)定性控制提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：峽谷;混凝土面板堆石壩;趾板;參考

中圖分類(lèi)號(hào)：TV641.4+3? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）25-0098-03

Abstract： The concrete face rockfill dam of a reservoir in Qinghai Canyon is designed with a maximum height of 56.5 m and a width of 8 m， and the slope of both upstream and downstream of the dam is 1 to 1.4. In order to improve the bad terrain and geological defects， this project draws lessons from the successful experience of the existing concrete face rockfill dam at home and abroad， combined with the existing engineering geological conditions in the region， and referring to the design code of concrete face rockfill dam， adopts dam construction technology， such as concrete face slab， toe slab， cushion， transition layer， rockfill area and so on. The purpose of this paper is to provide some reference for dam design and dam stability control.

Keywords： canyon; concrete face rockfill dam; toe slab; reference

1 工程概況

青海某峽谷混凝土面板堆石壩位于河谷相對(duì)狹窄河段，地域?qū)匐娦愿咴箨憵夂颍臎?，無(wú)霜期短，降水量少，平均氣溫3.2℃，年均降水量193.9mm。水庫(kù)壩址以上流域集水面積3773km2，平均徑流量4.23m3/s。壩址水庫(kù)主要目的是向下游農(nóng)場(chǎng)灌區(qū)及宗加鎮(zhèn)新增灌區(qū)提供灌溉供水，規(guī)劃總灌溉面積約25.20萬(wàn)畝。水庫(kù)正常蓄水位3405.00m，死水位3393.00m，總庫(kù)容3105萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)洪水位3402.9m，相應(yīng)滯洪庫(kù)容521.5萬(wàn)m3。壩址區(qū)為峽谷地形，呈“U”字型，為寬淺河谷，兩岸岸坡順直，天然坡度約30°-45°，壩址上游地區(qū)分布著廣闊的沙地及戈壁，地勢(shì)開(kāi)闊、地形平緩，壩址區(qū)高程約3360m，壩址以上地區(qū)高程3500m-5200m。壩址區(qū)可能存在的工程地質(zhì)問(wèn)題，即壩基深厚砂礫石層的滲漏、沉降、滲透穩(wěn)定問(wèn)題和人工開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題。大壩工程屬（3）等工程，工程規(guī)模為中型，建筑物等級(jí)3級(jí)，水庫(kù)壩區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度為0.20g、地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s，相應(yīng)的場(chǎng)地地震基本烈度為Ⅷ度。

2 方案布置設(shè)計(jì)

2.1 壩址選擇

壩址比選采用相同的工程規(guī)模，即保證生態(tài)基流0.42m3/s，農(nóng)業(yè)供水量7567萬(wàn)m3，供水保證率75%。初步選定壩址處河谷相對(duì)狹窄河段，壩段長(zhǎng)約1km，向上、下游，河谷逐漸開(kāi)闊。在此壩段選擇兩條壩軸線相對(duì)較短，建壩條件相對(duì)較好、樞紐布置相對(duì)簡(jiǎn)單、平順的壩址，作為本階段比較壩址。Ⅰ-Ⅰ壩址位于河流金水口上游約14.5km處，河谷呈“U”字型，兩岸岸坡順直，天然坡度約30°～35°，基巖地層為華力西期斑狀花崗巖（γ43），河床覆蓋層厚度55.5～81.7m，主要為砂礫石層。Ⅱ-Ⅱ壩址位于Ⅰ-Ⅰ壩址下游約600m處，河谷呈“U”字型，兩岸岸坡順直，天然坡度約30°～45°，局部形成陡崖，基巖地層為華力西期斑狀花崗巖（γ43）、細(xì)粒花崗閃長(zhǎng)巖（γδ42b），河床覆蓋層厚度41.1～78.0m，主要為砂礫石層。

通過(guò)對(duì)比，Ⅱ-Ⅱ壩址壩軸線稍長(zhǎng)，假若將泄水建筑物布置于右岸，土石方開(kāi)挖方量較大，且溢洪道呈曲線型，施工較困難;假如將泄水建筑物布置于河道左岸，建筑物壩軸線長(zhǎng)度雖較短，但是溢洪道和泄洪排沙洞出口消力池距壩腳較近，且消力池工程投資較大。泄洪排沙洞較短，無(wú)法與導(dǎo)流洞結(jié)合。Ⅰ-Ⅰ壩址右岸為凸岸，泄水建筑物布置較長(zhǎng)，且建筑物布置平順，出口距下游壩腳較遠(yuǎn)，不會(huì)對(duì)壩腳形成沖刷。泄洪排沙洞利用導(dǎo)流洞改建，可節(jié)省工程投資。綜合分析，推薦Ⅰ-Ⅰ壩址為選定壩址。

2.2 樞紐布置

該工程泄洪采用泄洪排沙洞與岸邊溢洪道相結(jié)合的方案，泄洪排沙洞布置在右岸，相較于布置在左岸，布置于右岸可以縮短長(zhǎng)度、減小工程量，這樣對(duì)流態(tài)也較為有利。從施工角度分析，溢洪道若布置于左岸，呈彎曲狀，左岸局部地區(qū)形成陡崖，地質(zhì)基礎(chǔ)較差，且大部分地區(qū)地勢(shì)陡峭，施工時(shí)較為困難;而若溢洪道布置于右岸，溢洪道呈直線型，除局部地區(qū)地勢(shì)較陡外，其他各處地勢(shì)較緩，施工難度較小。因此，岸邊溢洪道與泄洪排沙洞均布置于右岸。

3 壩體設(shè)計(jì)

大壩壩頂高程為3409.5m，最大壩高56.5m，防浪墻頂高程3410.7m，底高程3406.5m，壩頂寬度8m，壩體上下游坡度均為1：1.4，下游壩坡上設(shè)置寬度為6m的上壩道路，混凝土面板厚0.3m，壩頂示意圖，見(jiàn)圖1。

3.1 混凝土面板設(shè)計(jì)

根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，中低壩可采用0.3m-0.4m等厚面板，結(jié)合本工程經(jīng)驗(yàn)，堆石壩屬中型壩體，設(shè)計(jì)面板厚度0.3m。面板配筋水平向配筋率0.34%，鋼筋直徑18mm，間距250mm;豎直向配筋率0.38%，鋼筋直徑22mm，間距330mm，水平鋼筋放在上面，以利于施工和行走。面板用混凝土采用強(qiáng)度等級(jí)為C30、抗?jié)B等級(jí)為W10、抗凍等級(jí)為F200的混凝土。面板混凝土采用二級(jí)配骨料，最大粒徑4cm，水灰比小于二分之一，坍落度30-60mm，混凝土的含氣量控制在4%-6%。本設(shè)計(jì)中垂直縫的間距采用12m，在兩岸邊坡處采用相對(duì)較窄寬度的面板，垂直縫的間距取6m。

3.2 趾板設(shè)計(jì)

該大壩設(shè)計(jì)采用平趾板布置方案，即趾板等高線垂直于趾板基準(zhǔn)線。根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：巖基上趾板最小設(shè)計(jì)厚度應(yīng)≥0.3m，本次設(shè)計(jì)中，趾板厚度設(shè)計(jì)為0.6m;趾板與面板連接處相互垂直，并使面板底面下特殊墊層區(qū)的厚度不小于0.9m，本次設(shè)計(jì)，特殊墊層區(qū)取2m。趾板采用頂、底雙層雙向配筋，每向均采用0.4%的配筋率，水平鋼筋在上，縱向鋼筋在下，混凝土保護(hù)層厚度為10cm。在周邊縫側(cè)的趾板混凝土中設(shè)抗擠壓鋼筋，防止止水周?chē)炷恋膭兾g破壞。趾板用混凝土采用強(qiáng)度等級(jí)為C30，抗?jié)B等級(jí)為W10、抗凍等級(jí)為F200。

3.3 壩體分區(qū)設(shè)計(jì)

壩體從上游向下游依次分為：面板上游面下部土質(zhì)斜鋪蓋（1A）及其蓋重區(qū)（1B）、趾板（T）、混凝土面板（F）、墊層區(qū)（2A）、特殊墊層區(qū)（2B）、過(guò)渡區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）、下游次堆石區(qū)（3C）及下游護(hù)坡（P），見(jiàn)圖2。

（1）上游鋪蓋區(qū)（1A）。面板下部的上游側(cè)設(shè)置上游鋪蓋區(qū)，鋪蓋區(qū)是用防滲土料碾壓填筑或水下拋填，其作用是覆蓋周邊縫、趾板與混凝土防滲墻間的連接板及高程在3380m以下的混凝土面板，自動(dòng)淤堵裂開(kāi)的周邊縫或者出現(xiàn)裂縫的混凝土面板，恢復(fù)防滲性能。水平寬度2m。頂部高程3380.0m，上游坡度1：1.4。

（2）蓋重區(qū)（1B）。蓋重區(qū)位于上游鋪蓋區(qū)的上面，通常采用壩址工程區(qū)內(nèi)建筑物開(kāi)挖填筑，目的是為了增強(qiáng)防滲安全。蓋重區(qū)頂部寬度3m，頂部高程3380.0m，其上游坡度為1：2.5。

（3）墊層區(qū)（2A）。對(duì)于墊層料的設(shè)計(jì)，其最大粒徑，不超過(guò)8cm;小于0.5cm的顆粒，應(yīng)控制在35%～45%范圍內(nèi);小于0.0075cm的顆粒，含量控制在3%～7%。墊層區(qū)孔隙率定為17%，級(jí)配連續(xù)。根據(jù)SL228-3.2.7條知，當(dāng)采用機(jī)械化施工時(shí)，如汽車(chē)直接卸料、推土機(jī)平料的施工方式，墊層區(qū)水平寬度不小于3.0m，本次設(shè)計(jì)墊層區(qū)寬度取3.0m。

（4）特殊墊層區(qū)（2B）。特殊墊層區(qū)位于墊層區(qū)的末端，周邊縫的下側(cè)。設(shè)置特殊墊層區(qū)，均勻支撐混凝土面板，而且還可以在趾板處止水結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞時(shí)，與其附近的堵縫材料和水庫(kù)的泥沙共同發(fā)揮堵漏的作用，是周邊止水處的第二道防線。其段面近似梯形，下游坡比1：1.4。

（5）過(guò)渡區(qū)（3A）。過(guò)渡區(qū)的過(guò)渡料的設(shè)計(jì)中，過(guò)渡料的粒徑級(jí)配和密實(shí)度，要求位于墊層料和堆石料兩者之間;大顆粒粒徑，不超過(guò)30cm;小于0.5cm的顆粒，含量控制在12%～25%范圍內(nèi);小顆粒粒徑，要大于0.1mm。過(guò)渡料的粒徑級(jí)配要連續(xù)，不允許出現(xiàn)某一粒徑缺失的現(xiàn)象，孔隙率定為20%?？辜魪?qiáng)度要高、壓縮性要低，這是壓實(shí)后的過(guò)渡料的基本要求。根據(jù)SL228-3.2.8條，為滿足施工要求，過(guò)渡區(qū)的水平寬度不小于3m，本次設(shè)計(jì)過(guò)渡區(qū)水平寬度取4m。

（6）主堆石區(qū)（3B）。主堆石區(qū)位于壩軸線的上游部位。主堆石區(qū)的堆石料，其最大顆粒粒徑，與施工中設(shè)計(jì)的壓實(shí)厚度有關(guān)，要小于壓實(shí)層的厚度;20%是小于0.5cm 粒徑的上限含量;5%是小于0.0075cm粒徑的上限含量;孔隙率定為22%?；炷撩姘宥咽瘔蔚姆€(wěn)定性，離不開(kāi)主堆石區(qū)的支撐，在壓實(shí)后的堆石料，應(yīng)具有自由排水性能、較高的抗剪強(qiáng)度和較低的壓縮性。

（7）下游次堆石區(qū)（3C）。次堆石料位于主堆石區(qū)下側(cè)。次堆石料的設(shè)計(jì)中，顆粒的粒徑級(jí)配也要求連續(xù)，80cm是顆粒的上限粒徑;35%是小于0.5cm粒徑的上限含量;8%是小于0.0075cm的顆粒上限含量;下游次堆石區(qū)的孔隙率應(yīng)與主堆石區(qū)的孔隙率相近，定為23%。

（8）下游護(hù)坡（P）。下游護(hù)坡用以保護(hù)壩體下游的坡面，增強(qiáng)壩體的抗滑穩(wěn)定性。下游護(hù)坡采用干砌石護(hù)坡，砌石材料選用抗風(fēng)化能力強(qiáng)的花崗巖，填筑厚度為1.5m。

4 結(jié)束語(yǔ)

混凝土面板堆石壩抗震性能好，不會(huì)因?yàn)榈卣甬a(chǎn)生孔隙水壓力，對(duì)地形和地質(zhì)具有良好的適應(yīng)能力，施工簡(jiǎn)便，受氣候影響較小，壩坡穩(wěn)定性好，壩體滲透性好，幾乎不受滲透力影響。壩體設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)充分綜合已有條件，降低工程施工難度，確保工程質(zhì)量。在壩體設(shè)計(jì)完成后，必須進(jìn)行必要的滲流分析和壩體穩(wěn)定性分析，對(duì)壩體設(shè)計(jì)進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估，以便為壩體滲流損失及發(fā)生失穩(wěn)事故提供重要數(shù)據(jù)支撐。

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