革里水库大坝设计要点分析

2014-09-05令狐晓

黑龙江水利科技 2014年12期

关键词：趾板堆石堆石坝

令狐晓

(兴义市水务局规划计划所，贵州兴义 562400)

革里水库大坝设计要点分析

令狐晓

(兴义市水务局规划计划所，贵州兴义 562400)

革里水库位于兴义市乌沙镇抹角村革里组的革里小河上，距兴义市城区约17 km，距乌沙镇约5 km，该工程是以灌溉为主，兼顾镇区供水，工业园区用水等的一个综合性枢纽工程，工程规模为Ⅳ等小(1)型。文章对革里水库大坝设计进行分析。经过比较分析，革里水库大坝采用面板堆石坝。因而对革里水库面板堆石坝设计要点进行研究，阐述了坝顶、分区、面板以及趾板设计。

水库；大坝；面板堆石坝；坝顶；分区；面板

1 工程概况

兴义市乌沙镇位于E104°06′00″，N25°00′8″，地处云(滇)贵(黔)两省三县(市)结合部，西北与云南省富源县、罗平县接壤，东南与兴义市坪东街道办事处和白碗窑镇交界，素有“滇黔通衢”、“滇黔锁钥”和贵州“西大门”之称，是云贵两省重要的商贸云集之地和商品聚散地之一。

革里水库位于兴义市乌沙镇抹角村革里组的革里小河上，距兴义市城区约17 km，距乌沙镇约5 km，该工程是以灌溉为主，兼顾镇区供水，工业园区用水等的一个综合性枢纽工程，工程规模为Ⅳ等小(1)型。

革里水库推荐方案(下坝址)兴利库容为372.4 万 m3，死库容为37.6 万 m3，则正常蓄水位以下库容为410 万 m3，对应的正常蓄水位为1 393.125 m。库容系数16.5%，含环境水年供水量为1 122.68 万 m3，水量利用系数为45.0%，不含环境水年供水量为875.88 万 m3，水量利用系数为35.0%。工程建成后可解决41 250人的供水。16300亩灌溉用水。

本工程永久性主要建筑物为4级建筑物，如大坝、溢洪道、取水建筑物，冲沙建筑物等，次要永久性建筑物级别为5级，如泵站、输水管线，由于本工程围堰、临时公路等临时性水工建筑物为5级建筑物，使用时间都小于3年，而且失事对工程损失较小。图1为水库枢纽布置图。

图1 水库枢纽布置图

2 坝型选择

根据坝址地形地质条件，选择了混凝土重力坝、混凝土面板堆石坝两种坝型及相应枢纽布置，分别从地形地质条件、工程总体布置、等方面进行综合比较，最终选择了混凝土面板堆石坝为可行性研究阶段的推荐方案。

坝轴线走向ES16.48°，坝顶高程1 396.20 m，最大坝高32.20 m，坝顶宽7.0 m，坝顶上游设“L”型混凝土防浪墙，墙高3.2 m，墙顶高程1 397.40 m，坝顶长112 m，在防浪墙上游面设置宽0.8 m检查廊道。

根据工程类比以及参照其它实际工程经验，上游坝坡采用1∶1.4，下游设一级马道，下游坡度采用1∶1.4。下游坝坡在1 373.00 m高程处设一级马道，宽2.0 m。

3 面板堆石坝设计

3.1 坝顶构造

坝顶宽度应根据运行需要、坝顶设施布置和施工要求确定，坝顶宽度一般为5～8 m。当坝顶有交通需要时，坝顶宽度应满足交通要求。该型水库，水库为小参照工程经验，确定坝顶宽度为7.0 m，坝顶铺有厚度为30 cm的碎石垫层，路面混凝土厚度为30 cm。为了排除雨水，坝顶面向下游侧倾斜，做成2%的坡度[1]。

坝顶上游侧应设置防浪墙，墙顶高出坝顶1～1.2 m。防浪墙与混凝土面板顶部的水平接缝高程，宜高于水库正常蓄水位。防浪墙底部高程以上的坝体，应用细堆石料填筑，并铺设路面。防浪墙立墙上游的底板上，宜设宽度0.8 m的检查廊道。本工程设计采用L型防浪墙，墙高112 m。防浪墙采用钢筋混凝土结构，墙顶部厚0.5 m。防浪墙顶高程1 397.40 m。

3.2 筑坝材料及坝体分区

堆石体在自重、水压等荷载的作用下，各部分的应力和变形特性不同，对面板工作产生的影响也不同，各部分对材料性质、级配、压实度和施工工艺的要求也各不相同，因此应根据料源及对坝料的强度、压缩性、渗透性、施工方便和经济合理等要求对坝体进行分区[2-3]。一般，将坝体分为垫层区、过渡区、主堆石区及下游堆石区。

3.2.1 垫层区

本工程垫层区水平宽度设计为4.0 m，采用石英砂岩人工开采加工砂料。最大材料颗粒直径取60～80 mm，<50 mm的颗粒含量取30%～50%，<75 mm的颗粒含量去5%～8%。压实后垫层的渗透系数取1.0×10-4m/s。

为了防止周边缝张开而导致漏水，在趾板周边缝的下侧，设置特殊垫层区(2B区)，用粒径<40 mm的细垫层料填筑，以易于边角处填筑密实，减少周边缝的相对变形。

3.2.2 过渡区

该区位于垫层区与主堆石区之间，其变形特点和强度介于垫层与主堆石之间，作用是保护垫层区的渗透稳定，即使面板开裂漏水，也不会因高压水流作用将垫层料带走。该区材料应是新鲜、坚硬、级配良好的石渣，其粒径级配应满足垫层区与主堆石区的过渡要求，符合反滤原则，一般不必采用破碎加工，常以主堆石料剔除较大粒径后直接填筑。

规范规定硬岩堆石料作主堆石区时，它与垫层区之间应设过渡区，为方便施工过渡区的水平宽度≥3 m。本工程过渡区水平宽度设计为4.0 m，最大颗粒直径取200～300 mm，采用专门开采的人工加工细堆石料。

3.2.3 主堆石坝区

主堆石区是面板坝的主体，是承受水荷载及其他荷载的主要支撑体。设计要求主堆石体坝料应具有低压缩性、高抗剪强度、透水性和耐久性。堆石坝的力学性质在很大程度上取决于坝料的级配，开挖料的级配与母岩岩性、岩层产状和构造以及爆破工艺等因素相关。坝料级配设计中，目前多数是根据岩性相近的工程资料进行类比确定。本工程选择级配为<5 mm的颗粒含量<20%，<0.1 mm的颗粒含量<10%[4]。

3.2.4 下游排水棱体

为了大坝排水通畅和下游坝坡稳定，在坝体下游高程为427.80 m处设置下游堆石区，用于排水，顶部宽度为6 m，上游坡度为1∶0.5，下游坡度为1∶1。

3.3 混凝土面板设计

对于面板坝，面板是防渗的主体，对其质量有较高的要求，应具有良好的防渗性能，足够的耐久性，足够的强度和防裂性能。

3.3.1 面板厚度

面板应有足够的厚度，以满足施工方便和保证质量的需要；所采用的厚度应能便于在其内布置钢筋和止水；应有足够厚度，以控制面板渗透水力比降低于满足耐久性的允许值。

在达到上述要求的前提下，应尽量选用较薄的面板，它不仅柔性好，而且还能节约材料，降低造价。

规范规定：中低坝可采用0.3～0.4 m厚的等厚面板。结合工程经验，本工程设计拟定采用厚度为0.3 m的等厚度面板。

3.3.2 面板分缝

3.3.2.1 周边缝

它是趾板与面板间的接缝，从防渗的角度看，这是面板坝最薄弱环节。在张开、沉降、剪切3个方向都有变形发生。

根据规定，50～100 m高度的坝设两道止水才可满足大坝运行的要求。本工程除在底部设止水外，在顶部设柔性填料止水，并在周边缝下设特殊垫层区，用沥青砂填筑，以易于边角处填筑密实，减少周边缝的相对变形[5]。

3.3.2.2 垂直伸缩缝

这种缝从坝顶沿坝坡一直延伸到周边缝。本工程右岸设总长度为80m的张性缝(A缝)，缝间距为8 m，左岸设总长度为64 m的张性缝，缝间距为8 m；面板中部设总长度为192m的压性缝，间距为12 m。

3.3.3 面板混凝土设计及配筋

面板混凝土应具有较高的耐久性、抗渗性、抗裂性及施工和易性。面板混凝土强度等级≥C25，抗渗等级不应低于W8，抗冻等级应根据《水工建筑物抗冰冻设计规范》(DL/T5082—1998)的规定确定。面板宜采用单层双向钢筋。钢筋宜布置于面板截面中部，每项配筋率为0.3%～0.4%，水平向配筋率可低于竖向配筋率。经论证，面板局部可采用双层配筋。本工程设计使用强度等级为C30的混凝土，抗渗等级为W10，面板采用单层双向钢筋，配筋率由结构计算确定。

3.4 趾板设计

3.4.1 趾板的布置

趾板布置方式有三种方案：趾板等高线垂直于趾板基准线，即平趾板方案；趾板面等高线垂直坝轴线的斜趾板方案；趾板面等高线适应开挖以后的岩面的斜趾板方案。

平趾板是应用得最广的一种方案，其优点：便于趾板的施工，便于交通及钻孔、灌浆作业；提供排水通道，避免造成暴雨冲刷填筑体；趾板上游端基岩风化较浅，地质条件较好；趾板可以用滑模施工。本工程选择平趾板布置方案。

3.4.2 趾板结构设计

岩石地基上的趾板宽度按容许水力梯度确定。岩石地基容许水力梯度如下表1所示。

表1 岩石地基容许水力梯度

经过计算得趾板宽度为5 m。

岩基上趾板厚度可<与其连接的面板厚度，最小设计厚度应≥0.3 m。本设计趾板厚度取0.4 m。趾板示意图如图2。

图2 趾板示意图

3.4.3 趾板分缝及配筋

趾板结构早期为分段式，后来发展为连续式，现在连续式趾板已成为一种新的趋势。连续式趾板允许温度裂缝的出现，但按限制裂缝开展宽度的要求配筋，以保证趾板的耐久性。连续趾板的施工缝按冷缝处理，不设止水，钢筋通过。趾板仅需要配置温度筋和灌浆盖板的钢筋，采用单层钢筋，各向钢筋量为设计厚度的0.3%，保护层厚度采用10 cm，止水附近局部增加构造钢筋。趾板的锚筋采用砂浆锚杆，先灌浆再插入钢筋，选取φ25普通螺旋钢筋，间距1 m。