蔣 露

(貴州中水建設(shè)管理股份有限公司，貴陽 550003)

在水庫工程的建設(shè)工作中，針對(duì)擋水建筑物的設(shè)計(jì)工作，需要充分關(guān)注建筑物的相關(guān)設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)，并且需要針對(duì)擋水建筑物的抗滑性和穩(wěn)定性等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有效的計(jì)算，有效提高水庫工程擋水建筑物的整體安全性和可靠性。針對(duì)我國龍河溝水庫工程的擋水建筑物設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了分析，重點(diǎn)針對(duì)擋水建筑物的可靠性進(jìn)行研究，不斷提高水庫工程的整體使用安全性和穩(wěn)定性[1]。

1 工程案例

龍河溝水庫工程位于我國石阡縣西南部處河段，水庫工程的壩型為面板壩，壩址處控制流域面積大小為3.83 km2。水庫的總?cè)萘繛?41萬m3，水庫工程的正常蓄水位為846.00m，正常蓄水位以下的庫容量為209萬m3，死水位為821.00m，對(duì)應(yīng)的水庫容量為11.3萬m3。每年可供水總量為288.1萬m3，不含有生態(tài)水。水庫工程為IV等級(jí)工程，屬于小規(guī)模水利工程。針對(duì)龍河溝水庫工程的擋水建筑物設(shè)計(jì)工作展開了研究和分析，該水庫工程當(dāng)中包含了各種樞紐建筑物、供水和引水工程幾個(gè)重要的構(gòu)成環(huán)節(jié)，水庫的總庫容量<0.1億m3，且>0.01億m3，屬于小規(guī)模水利工程。

2 擋水建筑物級(jí)別

該水庫工程主要水工建筑物洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，依照水利水電工程等級(jí)劃分、洪水劃分標(biāo)準(zhǔn)、灌溉和排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范、灌溉和排水工程實(shí)際規(guī)范以及《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252-2017)當(dāng)中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來加以確定，具體如表1所示。

龍河溝水工工程的擋水建筑物使用年限設(shè)定為50a，管水管線和泵站設(shè)定為4級(jí)建筑物，使用年限為30a，引水壩結(jié)構(gòu)為5級(jí)，建筑物合理的使用年限為50a，引水隧洞為5級(jí)，建筑物使用年限為30a。

3 樞紐擋水建筑物的重點(diǎn)設(shè)計(jì)指標(biāo)

3.1 重力壩的安全系數(shù)設(shè)計(jì)

依照混凝土重力壩的相關(guān)設(shè)計(jì)工作要求，針對(duì)該水庫工程內(nèi)部5級(jí)重力壩擋水建筑物的運(yùn)行期限進(jìn)行了有效的設(shè)定，在各種荷載重力條件下，垂直應(yīng)力不能出現(xiàn)拉應(yīng)力作用，當(dāng)水壩的垂直應(yīng)力需要小于基礎(chǔ)壩的容許壓力大小，在施工期間擋水壩的垂直用力需要<0.1MPa的垂直拉應(yīng)力。擋水壩的抗滑穩(wěn)定性需要依照實(shí)際的施工條件來進(jìn)行計(jì)算，重點(diǎn)判斷擋水壩的抗剪斷強(qiáng)度大小，要求基礎(chǔ)組合時(shí)擋水壩的最小安全系數(shù)為k=3.0，特殊組合條件下，當(dāng)水泵的最小安全系數(shù)為k=2.5。(龍河溝引水壩為五級(jí)建筑物)

3.2 面板堆石壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

依照小型水利工程碾壓式土石壩的設(shè)計(jì)工作規(guī)范，面板堆石壩工程等級(jí)設(shè)定為4級(jí)，面板堆石壩的抗滑穩(wěn)定性以及最小安全系數(shù)如表2所示。

3.3 擋水建筑物

龍河溝水庫工程面板堆石壩的軸線方位為NE57.96°，壩頂?shù)拈L度為203.90m，寬度為7.6m，壩頂高程為849.0m，最大壩體高度為45.30m。上游區(qū)域壩坡比例為1∶1.5，下游壩坡比例為1∶1.5。依照小型水利水電碾壓式土石壩的設(shè)計(jì)工作規(guī)范，當(dāng)水利工程的壩頂高層和水庫工程的凈水位之間相同的情況下，可以運(yùn)用相應(yīng)的條件計(jì)算方法取其中的最大值，壩頂?shù)某哂?jì)算方式為：

y=R+A

(1)

式中：R為波浪在壩坡上的爬高，m；A為安全超高，m。

依照該水庫工程的相關(guān)規(guī)范條件以(SL189-2013)附錄數(shù)據(jù)參數(shù)為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確計(jì)算出波浪的爬高大小為R，擋水壩頂部安全超高A取值為0.5m。依照實(shí)際的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行靈活的調(diào)整，水庫正常的蓄水位高度為846.00m，該水庫區(qū)域平均最大風(fēng)速為10.0m/s，最大的分區(qū)長度為1.0km，具體計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 水庫靜水位以上壩頂超高

4 大壩標(biāo)準(zhǔn)剖面設(shè)計(jì)

4.1 壩坡

在針對(duì)水庫工程壩坡混凝土面的設(shè)計(jì)工作中，主要是依照基壩的實(shí)際強(qiáng)度、構(gòu)造特點(diǎn)以及堤壩的材料性質(zhì)來加以確定，依照混凝土面板堆石壩的相關(guān)設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)，堤壩材料設(shè)計(jì)為硬巖堆石材料時(shí)，上下游的河道堤壩可以使用1∶1.3-1∶1.4，主堆石區(qū)可以使用泥制灰?guī)r材料[2]。該巖體強(qiáng)度相對(duì)較大，通過計(jì)算飽和的材料最大的強(qiáng)度超過40MPa，屬于質(zhì)地比較堅(jiān)硬的巖石材料，因此在大壩壩體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，針對(duì)上游的防滲面板和下游的墊層面板區(qū)域，需要采取下游石塊護(hù)坡和下游堆石的擋水設(shè)計(jì)方法，有效提高整體的擋水工作效果[3]。

4.2 壩體分區(qū)和材料

依照面板壩的受力特性以及抗?jié)B透工作要求，在本次擋水建筑物的設(shè)計(jì)工作中，主要的工作原則為，各個(gè)擋水區(qū)域之間必須要滿足水體沖擊和過渡工作的要求，從水體的上游向下游的滑體需要遵循滲透系數(shù)遞增的設(shè)計(jì)條件，對(duì)應(yīng)的下游壩體材料需要和上游之間形成反濾保護(hù)工作效果。壩軸線的上游側(cè)方區(qū)域使用的是變形模量較大的堆石材料，下游區(qū)域則可以放寬設(shè)計(jì)要求，可以保證蓄水之后壩體的形變性更小，有效降低面板和止水系統(tǒng)的破壞性。

在擋水建筑物的設(shè)計(jì)分區(qū)上需要盡可能簡化，方便后續(xù)的工程施工，同時(shí)也為后續(xù)的等水材料的運(yùn)輸以及提高填注質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。

4.3 墊層區(qū)設(shè)計(jì)

從上述的擋水建筑設(shè)計(jì)條件來看，墊層區(qū)的寬度大小為3-5m，墊層區(qū)的材料通常使用人工加工的方式整體的成本相對(duì)較高，工程面板后墊層到水平寬度為3.5m。墊層區(qū)的主要作用是為擋水面板提供出良好的支撐條件，其次是從整個(gè)防滲角度上出發(fā)，為其提供出第二道工作防線，有效依照墊層的工作條件以及防滲漏的特點(diǎn)，需要做好以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)要求：

1)需要保證及配良好細(xì)集料需要滿足擋水建筑物的空隙設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，有效保證擋水面具有較大的變形模量以及較大的密實(shí)程度，有效提高擋水面的支撐性的要求，保證水荷載所造成的形變量最小。

2)要保證具有相應(yīng)的細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)，取d小<5mm，保證滲透系數(shù)大小在10-14之間，要充分滿足半滲透水的設(shè)計(jì)工作要求。在擋水建筑物的設(shè)計(jì)過程中，需要保證面板產(chǎn)生的漏水狀況得到有效的控制，要通過擋水面板有效控制堤壩的總滲透量，有效降低墊層之后的堤壩水位高低，有效提高大壩結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和水體的滲透性。通過這種設(shè)計(jì)方式可以對(duì)上游的鋪蓋涂料形成有效的反過濾作用，可以將滲流形成的顆粒直接帶入到土縫當(dāng)中，對(duì)滲流通道形成良好的填補(bǔ)和治愈作用[4-6]。

4.4 過渡區(qū)

過渡區(qū)主要位于墊層料和組堆石料中間過渡區(qū)，主要作用是預(yù)防墊層當(dāng)中的細(xì)顆粒材料在滲透水流的作用下造成滲透和破壞，因此在設(shè)計(jì)工作中必須要充分滿足法律工作準(zhǔn)則，同時(shí)還需要有效降低墊層料和主石堆之間的強(qiáng)度差大小，以此來達(dá)到相應(yīng)的形變量過度。因此通常需要配備相應(yīng)的及配參數(shù)，保證過渡區(qū)具有良好的壓縮性和抗剪強(qiáng)度，同時(shí)保證過渡區(qū)具有自由排水的工作效果。

4.5 主堆石區(qū)

主堆石區(qū)域是擋水壩面板承受水荷載以及外部荷載的重要支撐結(jié)構(gòu)，通常情況下對(duì)主堆石區(qū)要求低壓縮性及要具有更高的密度以及結(jié)構(gòu)的抗體，強(qiáng)度有效保證擋水建筑物在外部水荷載的作用下，最大的面板形面積不會(huì)超過最大值，同時(shí)要具有自由的排水工作性能，滲透系數(shù)大小為10cm，在施工和使用過程中不能產(chǎn)生空氣水壓力。在確定下游堆石壩的位置時(shí)，需要考慮到兩個(gè)方面的工作原則。首先，下游的堆石區(qū)需要設(shè)置在壩體，最小的受力區(qū)域有效保證擋水壩和面板形變量達(dá)到最小。其次，下游的堆石區(qū)底部高層不能低于下游的最高水位，有效保證堆石壩水利過度工作要求，保證上游的滲水可以直接排放到下游區(qū)域，下游的堆石區(qū)域要盡可能遠(yuǎn)離擋水建筑物的面板，保證壓縮性對(duì)面板的變形影響最小，這也是提高整個(gè)下游擋水壩的重要作用。

5 結(jié) 語

針對(duì)下游護(hù)坡結(jié)構(gòu)主要起到的是兩個(gè)方面作用，第一是保護(hù)壩體的下游堆石料不會(huì)受到破壞，有效防止結(jié)構(gòu)當(dāng)中細(xì)顆粒、壩體材料不會(huì)受到雨水的沖刷作用而產(chǎn)生流失。第二是起到良好的美觀性效果，要求使用20kg以上的土石塊，形狀大致平整，可以起到良好的穩(wěn)定性效果，并且?guī)r石塊需要堅(jiān)固耐用，抗風(fēng)化作用，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的擋水工作效果。