王 勇

（新疆哈密地区水利水电勘测设计院 新疆 哈密 839000）

目前平原水库围坝的坝型一般采用碾压式土石坝，主要有均质土坝，土质防渗体分区坝，土工膜防渗坝这三种基本形式。近些年在哈密地区平原水库围坝中新建了两座分离式混凝土面板砂砾石围坝，运行良好，取得很好的社会效益和经济效益。两座围坝的主要特性见下表1。

现就西黑沟望海水库围坝的设计特点和经验总结做个简要论述。

1 西黑沟望海水库工程概况

西黑沟望海水库位于新疆哈密巴里坤哈萨克自治县西黑沟流域山前冲、洪积扇地带的洼地处，是一座具有农业灌溉、工业供水、生态、旅游等综合效益的小（一）型水利工程。工程主要任务是保证下游灌区3万亩饲草料基地的灌溉用水和巴里坤西部矿区500万m3/a的工业用水。水库为Ⅳ等小（一）型工程，总库容624.75万m3，兴利库容570.83万m3。水库于2010年5月开工建设，2011年10月下闸蓄水，2012年10月工程基本完工。下闸至今多年来水库运行良好。

2 工程地质条件

工程区位于天山东段的巴里坤山北坡的山前低山地带和洪积扇地带，由南向北依次堆积中更新统，上更新统和全新统洪积扇堆积层。区内地层主要由古生代石炭系地层和新生代第四系地层组成。工程区距区域性构造断裂洛包泉大断裂3.0km，巴里坤塔格～天山庙大断裂13.0km，区域构造性较差。工程区地震烈度为Ⅷ度。

库区位于山前冲、洪积扇地带的洼地，地形坡度5°左右，洼地中间发育几条冲沟。库区表层沉积一层0.30m～1.20m厚土黄色粉质粘土层,有牧草生长，根系深入土层0.50m～0.70m。土层以下沉积巨厚的漂、卵石地层，电测深判断该层厚度大于100.00m。漂、卵石母岩成分为花岗岩、凝灰岩、玄武岩、安山岩等。漂卵石磨园度较好，探坑发现最大漂石直径0.90m。根据现场注水试验，区内的卵、砾石层渗透系数5.0×10-3cm/s～8.3×10-3cm/s属强透水层。水库库区、坝基渗漏是该项工程主要问题。

图1 西黑沟望海水库枢纽平面布置图

表1 平原水库分离式混凝土面板砂砾石围坝特性表

3 枢纽布置

西黑沟望海水库为灌注式平原水库,水库枢纽主要由节制分水闸、夏季引水渠、冬季引水管、分离式混凝土面板砂砾石围坝、泄洪涵管、放水涵管、库区水平防渗、工业输水管、农业输水管、上游防洪堤等组成。水库枢纽平面布置图见图1。

4 方案比选

4.1 坝型选择

平原水库围坝坝型一般为均质土坝、土质防渗体分区坝、土工膜防渗坝这三种基本形式。本工程周围50km范围内无粘土，当地砂砾石料极为丰富，坝型的选择以当地材料坝为宜。由于该区域地震烈度为Ⅷ度,且地层为卵、砾石地层,垂直渗漏较严重，因此要求所选坝型具有良好的抗震和防渗性能。本工程选择了复合土工膜斜墙坝和分离式混凝土面板砂砾石坝两种坝型进行比选。

（1）复合土工膜斜墙砂砾石坝（比较方案）

复合土工膜斜墙砂砾石坝总坝长1648m,坝顶宽5m，最大坝高34.53m。上游坝坡1∶2.5，下游坝坡1∶5。坝坡防渗结构由外至里依次为厚0.20m C25F300W6混凝土护坡、厚2.5m砂砾石防冻层、厚0.15m粒径≤20m细砂砾料上垫层、300g/m2无纺布/0.5mmpE/300g/m2无纺布针刺长纤涤纶两布一膜(PE膜)、厚0.15m粒径≤20m细砂砾料下垫层、主填筑区、粗骨料堆积区。坝顶上游设高2.5m C25F300W6钢筋混凝土防浪墙。上游坝脚设置宽1.5m，高0.8m趾墩。库盘水平防渗土工膜与斜墙土工膜相连形成完整的防渗体。

（2）分离式混凝土面板砂砾石坝（选定方案）

分离式混凝土面板砂砾石坝总坝长1685.12m，坝顶宽5m，最大坝高34.93m。上游坝坡1∶1.5,下游坝坡1∶1.5。坝坡防渗结构由外至里依次为厚0.3m C25 F300W10高性能混凝土分离式防渗面板、水平宽度1m垫层、主填筑区、任意料区、粗骨料堆积区。坝顶上游设高2.5m C25F300W6钢筋混凝土防浪墙。上游坝脚设置宽1.5m，高0.8m趾墩。库盘水平防渗土工膜与分离式混凝土面板相连形成完整的防渗体。

（3）坝型比较

复合土工膜斜墙墙坝和分离式面板砂砾石坝都可采用当地丰富的砂砾石材料筑坝。两坝型都具有适应地基变形，对地质条件要求低的特点，都适合建设。分离式混凝土面板砂砾石坝具有良好的抗震性能，在强震下混凝土面板可能会开裂引起渗漏，但通过主填筑区砂砾石排泄，不会威胁到坝体稳定。开裂面板发现容易，可通过对面板加固处理，重新起到防渗作用。复合土工膜斜墙墙坝在强震下复合土工膜可能撕裂，无法准确发现破裂部位造成检修困难。复合土工膜斜墙坝坝体建筑投资为6417万元，分离式面板砂砾石坝坝体建筑投资为6008万元。从安全运行、检修管理、经济投资等综合考虑选择分离式混凝土面板砂砾石坝为选定坝型。

4.2 坝高确定

围坝合理坝高是通过多方案经济比较后确定的坝高，一般采用库区内的土料上坝，做到挖填平衡。既增加了库容，节省了土料运距，又减少了库外取料开挖带来的水土流失问题。本工程在确定坝型、库容、坝体轮廓后，选择不同的坝高进行试算，最终做到库盘开挖与坝体填筑土料挖填平衡确定坝高。

5 分离式混凝土面板砂砾石围坝设计

5.1 坝体轮廓设计

本工程围坝为分离式混凝土面板砂砾石坝，由主坝、东副坝、西副坝组成。坝顶宽度为5m，最大坝高32.67m。坝顶总长1628.8m，其中主坝长850m,东副坝长490.6m，西副坝288.2m。坝体上游坡 1∶1.5,下游坡1∶1.5。坝顶上游设高 2.5m C25F300W10钢筋混凝土防浪墙。坝体设置回车道3个，上坝公路从坝体的东副坝坝肩上坝。

5.2 坝体分区及坝料设计

坝体分区从上游至下游依次为垫层区、主填筑区、任意料区、粗骨料堆积区。具体设计方案如下。分离式混凝土面板砂砾石坝典型剖面图见图2。

（1）垫层区：为使面板在水压力的作用下变形均匀协调设置垫层区。垫层料水平宽度1m，满足小型碾压机械施工。垫层料要求最大粒径不超过100mm，小于5mm的细粒含量控制在30%～50%,小于0.075mm的颗粒含量小于8%，且级配良好。垫层相对密度≥0.85。根据库盘料坑颗分资料，剔除粒径大于100mm后，粒径小于5mm以下颗粒含量平均为30.8%，小于0.075mm颗粒含量平均为1%，符合垫层料质量要求。垫层区料源为库盘开挖料。

（2）砂砾石主填筑区：最大粒径不大于600mm,小于5mm的颗粒含量控制在15%～35%，小于0.075mm的颗粒含量小于5%，相对密度≥0.85。根据库盘料坑颗分资料，扣除径大于600mm料以后，小于5mm的细粒含量平均为15.56%，小于0.075mm的颗粒含量平均为0.53%，满足主填筑区粒径要求。主填筑区料源为库盘开挖料。库盘开挖料剔除粒径大于600mm颗粒以后的料可直接上坝。

（3）过渡区：过渡料位于垫层与砂砾石主填筑区之间，形成对垫层粒径的过滤和反滤作用，防止垫层中细颗粒的流失，具有自由排水的功能。根据垫层料、主填筑料的颗分曲线得：D15/d85=0.14，满足规范反滤要求。由于主填筑料渗透系数为1.7×10-2～1.7×10-1满足排水要求，因此本工程过渡区可以省去不设。

（4）任意料区：由于垫层料，混凝土骨料料源均从库盘的开挖料中筛取，产生了8.3万m3的级配不良的砂砾料。如果作为弃料废弃会发生一定的费用，同时弃渣堆放会对周围环境带来一定的影响。为了充分利用这部分料，在坝体主坝段坝轴线的下游侧设置了任意料区。设置范围主坝桩号BT0+450～BT1+200之间坝轴线下游侧。粒径不做要求，但要求去除草皮，树根等有机质。相对密度≥0.85。任意料区料源为库盘开挖后垫层料，混凝土骨料筛分后级配不良砂砾料。

（5）粗骨料堆积区：坝体填筑后剩余大于600mm的砂砾料可产生约4.2万m3，为了充分利用库盘开挖料，在坝下游坝脚处设置6.5万m3粗骨料料堆积区。该区填筑料源为库盘开挖后垫层料、主填筑料填筑后剩余的粒径在200mm～900mm级配不良砂砾料。粗骨料料堆积区可以增强坝体稳定，同时利于排水。设置范围在坝体断面BT0+400～BT1+200之间下游坝脚。

图2 分离式混凝土面板砂砾石坝典型剖面图

5.3 分离式混凝土面板及分缝设计

5.3.1 分离式混凝土面板设计

本工程坝体的混凝土防渗面板采用分离式混凝土面板，面板厚度按公式计算：

式中,T——面板厚度，m；

H——计算断面至面板顶部的垂直距离，m。

结合本地区已建面板坝工程经验且考虑施工方便等原因，确定坝体上游防渗面板为30cm分离式等厚混凝土面板。面板采用高性能二级配C25F300W10混凝土，分离式面板分块尺寸长×宽为6m×4m，面板长边平行坝轴线，短边垂直坝轴线铺设。长边混凝土面板之间采用φ16的连接钢筋，伸入混凝土面板的长度为0.8m，间距1m。

5.3.2 分缝止水设计

（1）分离式面板板间缝

板间缝采用硬缝结构，缝间采用3mm沥青油毡隔缝。设置顶部一道止水，顶部柔性填缝止水预留梯形断面凹槽，上口宽80mm，下口宽60mm，深80mm，采用弹性聚氨酯（大坝专用型）填塞。面板缝底部设置宽60cm(300g/m2)无纺布。

（2）面板与防浪墙间水平缝

缝宽20mm，缝内采用L-1600型高压闭孔板作为填缝材料。设置顶、中两道止水,顶部柔性填缝止水预留梯形断面凹槽同板间缝，中部设置8mm橡胶止水带。面板缝底部设置宽60cm(300g/m2)无纺布。

（3）防浪墙之间伸缩缝

防浪墙每隔8m设置一道伸缩缝，缝内采用3mm沥青油毡隔缝，中部设置一道8mm橡胶止水。

（4）面板与趾墩水平缝

面板与趾墩之间缝采用3mm沥青油毡隔缝，设置顶部一道止水，顶部柔性填缝止水预留梯形断面凹槽，采用弹性聚氨酯填塞。缝底部设置宽300g/m2无纺布。

5.4 防渗面板与防渗库区土工膜连接设计

在坝体上游前坝脚设置趾墩，基础要求坐在密实的原基上。趾墩为宽1.5m，高0.8m C25F300W10钢筋混凝土，每隔8m设置一道伸缩缝。库盘复合土工膜与坝体防渗面板采用两道防线连接。第一道防线与趾墩连接采用锚结，由上到下结构分别为5mm钢板压条、φ12氯丁橡胶棒、0.5mmPE复合土工膜去布留膜、10mm氯丁橡胶片、趾墩混凝土。第二道防线与趾墩和防渗面板抛光清洗后采用KS胶粘接，弹性聚氨酯缝边填塞角缝。

6 库区防渗设计

本工程库区为深厚覆盖层强透水层，库区防渗是水库蓄水的关键。库盘防渗面积达42万m2，库区内最大水头24.4m。为了解决库区渗漏问题，采用水平复合土工膜防渗方案。

工程复合土工膜参照计算结果，遵循规范要求，依据实验数据，从安全运行、经济合理、检修方便等综合考虑，确定选用300g/m2无纺布/0.5mmpE/300g/m2无纺布针刺长纤涤纶两布一膜(PE膜)，幅宽4.5m，土工膜连接采用焊接。考虑后续运行检查漏点直观且焊补方便，要求膜布分离。同时要求采用简易实验装置，对分批入场的复合土工膜进行现场简易实验，检验入场复合土工膜质量。

工程库盘土工膜上、下垫层料均来自库盘开挖筛分料，为了避免垫层料的二次倒运产生费用，对库盘开挖进行分区域、分时段开挖。库盘开挖成形后，剔除库盘内铺设面粒径大于600mm的砾石，对库盘进行整平碾压。库盘膜铺设高度为校核洪水位以上0.5m。库盘水平防渗复合土工膜防渗结构自上而下依次为厚0.3m上垫层、300g/0.5mmPE/300g复合土工膜（两布一膜）、厚0.3m下垫层。膜上、膜下垫层粒径为小于40mm砂砾料。库盘内向上游开挖坡度为1∶8，为了防止水位变动淘刷上垫层，从斜坡面至铺膜高程上垫层以上再铺设厚0.2m盖重，粒径为小于200mm砂砾料。铺膜区内顺坝轴线方向和垂直坝轴线方向，每隔20m，堆积成形高0.6m的凸土堆，成网状分布，以适应蓄水后水压力对膜的作用。

7 结语

通过两座分离式混凝土面板砂砾石围坝设计，总结经验如下：

（1）坐落在深厚砂砾石地基上的分离式混凝土面板砂砾石坝是安全稳定的。坝基基础密实，无软弱夹层，不会使坝体和面板产生大的沉降。

（2）分离式素混凝土防渗面板替代了传统的钢筋混凝土防渗面板，其具有止水结构简单，便于施工；板块尺寸小，减少混凝土面板干缩和温度裂缝；节省钢筋用量，降低工程造价。

（3）分离式混凝土面板砂砾石围坝防渗体主要为混凝土防渗面板、分缝止水和库区防渗。施工中要注意这些关键防渗部位的连接施工。※

[1]蒋国澄,傅志安,凤家骥.混凝土面板堆石坝工程[M].武汉：湖北科技出版社，1977.

[2]邓铭江,于海铭.新疆坝工建设[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

[3]SL228-98混凝土面板堆石坝设计规范[S].