水庫碾壓混凝土壩樞紐方案設計

摘 要：某水庫大壩是一座主要采用C15三級配的碾壓混凝土壩，最大壩高46m，壩基地質條件較復雜，需要在規劃設計階段進行深入研究。結合工程實際水文地質條件，對大壩設計方案進行適當優化調整，使碾壓混凝土壩樞紐布置能夠滿足SL319-2005技術規范要求，達到技術上可行、經濟上合理的安全可靠性水平。

關鍵詞：水庫；農業灌溉；碾壓混凝土；大壩

1 工程概況

某水庫是一座以農業灌溉為主，兼有農村人畜飲水、城鎮供水的水利工程。壩址以上流域面積4.28km2，多年平均流量0.5m3/s。水庫采用碾壓混凝土重力壩壩型，正常蓄水位981.50m，校核洪水位983.19m。水庫總庫容120萬m3，為Ⅳ等小（1）型工程，主要建筑物擋水、泄水、取水建筑物為4級，施工導流及其他臨時建筑物為5級。

2 碾壓混凝土重力壩樞紐布置

重力壩樞紐由C15碾壓混凝土重力壩+壩頂開敞式溢洪道+左岸放空沖砂底孔等組成。

2.1 大壩樞紐結構布置及防滲處理

（1）結構布置。重力壩壩軸線長161.00m，壩頂高程983.80m，建基面高程937.80m，壩高46m，壩頂寬4.0m，最大壩底寬度37.20m，上游面坡比1：0.3（952.50m高程以下），下游面在978.80m高程以上鉛直，以下坡比1：0.7。大壩由溢流壩段及左、右岸非溢流壩段組成，溢流壩段布置在河床中部偏右岸，長20m，堰頂高程981.50m，為WES型實用堰，下游面采用挑流消能。非溢流壩段左、右岸分別長94.65m、46.35m。壩身采用C15三級配碾壓混凝土，迎水面采用C20二級配變態混凝土（厚0.5m）和C20二級配碾壓混凝土（上部厚1.5m，下部厚2.0m）防滲，抗滲標號為W6。大壩基礎設置1.0m厚的C15二級配混凝土墊層。

（2）基礎處理。大壩基礎置于弱風化中上部，為防止壩基淺層滑動對于基礎局部不良地質段采用固結灌漿，固結灌漿采用梅花形布置，間、排距為3.0m，深入基巖5.0m。另外，為加強帷幕灌漿效果，在帷幕灌漿孔上下游側設置3排固結灌漿，孔間距3.0m。

（3）防滲處理。根據壩肩鉆孔地下水位分析，左岸地下水水力坡降為10～40%；右岸地下水水力坡降為10～30%。壩址區巖體較破碎，節理裂隙較發育，可能會出現繞壩風化裂隙型滲漏，需對壩基和兩岸進行防滲處理。防滲處理原則及防滲線路選擇：兩岸接地下水位與正常蓄水位交點水平伸入5～10m作為防滲端頭，防滲線路按垂直于山體布置，防滲下限深入巖體透水率不大于3Lu。經計算，防滲總進尺4797m，有效進尺3050m，無效進尺1747m。

2.2 取水、沖砂建筑物

為節省投資，將壩內取水設施與沖砂底孔上下重疊布置，井筒中心樁號為壩0+070.55，位于大壩左岸緊靠溢洪道布置。沖砂底孔進口底板高程955.50m，孔長28.96m，進口孔口尺寸1.2×1.5m（寬×高），設置檢修閘門及相應的啟閉設備；出口采用1：5的壓坡，壓坡段長1.0m，孔口尺寸1.2×1.3m（寬×高），設置弧形工作閘門一道。孔身采用C35鋼筋混凝土襯砌厚1m。

取水管為壩內埋管，進口底板高程960.50m，長16.70m，管徑0.9m，采用Q235焊接鋼管，壁厚6mm，管周邊采用1.0m厚的C20的外包混凝土，進口設置固定式攔污柵和1.2×1.2m（寬×高）檢修閘門及相應的啟閉設備。

3 碾壓混凝土重力壩結構設計

3.1 壩頂高程確定

壩頂高程根據各種運行情況的水庫靜水位加上相應超高后的最大值確定。

從表1中看出，壩頂高程的控制情況為校核洪水位情況，壩頂高程取為983.80m，高于校核洪水位，滿足規范要求。

3.2 大壩結構設計

（1）壩頂結構。壩頂高程為983.80m，頂寬4.0m，壩頂無交通要求，左、右岸非溢流壩段分別長94.65m、46.35m，上、下游側均設欄桿，左岸壩頂與上壩公路相連接。

（2）壩體材料。結合壩體方量及工期要求，壩體主要采用C15三級配碾壓混凝土；為滿足防滲要求，上游迎水面采用C20二級配變態混凝土，厚度為0.5m；其后為C20二級配碾壓混凝土，953.80m高程以上厚度1.0m，以下厚度2.0m；壩頂為厚0.2m的C20常態混凝土路面；下游面設有厚0.5m的C15三級配變態混凝土；墊層采用C15二級配常態混凝土，厚1.0m。

3.3 基礎處理

（1）壩基開挖。最大壩高46.0m，屬中壩，根據《混凝土重力壩設計規范》（SL319-2005）要求，將壩基置于弱風化巖體中、上部。開挖邊坡巖質邊坡1：0.3，土質邊坡1：1，對地質條件較差位置的開挖邊坡采取錨、網、噴聯合支護處理。壩基開挖揭露的軟弱夾層及巖溶發育位置進行局部深挖回填混凝土處理，壩肩與兩岸陡坡相接處作接觸灌漿處理。

（2）固結灌漿。大壩基礎開挖至弱風化基巖上部，為了提高基礎的整體性，減少基礎變位、降低沿基礎的滲漏，擬對大壩基礎存在地質缺陷的地方進行固結灌漿處理；同時為加強帷幕灌漿的效果，在帷幕灌漿孔上下游范圍內增設3排固結灌漿。固結灌漿孔距擬定為3m，梅花型布置。固結灌漿壓力根據灌漿試驗確定。初步擬定固結灌漿深入基礎5m。經計算，固結灌漿總進尺為2640m。

（3）壩基防滲帷幕。防滲下限深入地下水位5～10m，并滿足巖體透水率不大于3Lu；兩岸帷幕端點接水庫正常蓄水位與地下水位交點水平伸入10m作為防滲端頭。壩段防滲實施方案比選：設計時選擇了在壩體內設置灌漿廊道和在壩頂施灌兩種方式進行比較。經計算大壩下游最高水位1647.87m（P=0.5%），為保證廊道能自流排水至大壩下游，廊道底板高程需≥1647.87m，考慮廊道內徑及襯砌厚其頂部高程為1651.67m（廊道高3.5m，襯砌厚0.3m），而沖砂底孔進口底板高程為1655.23m，兩建筑物在高程上不矛盾，故降低廊道底板高程增加永久排水泵。壩段帷幕線長161.0m，總進尺2473m，有效進尺1992m。

兩岸防滲實施方案比選：設計時選擇了在兩壩肩開挖灌漿平硐和采用露天灌漿兩種方式進行比較。根據兩岸防滲端頭確定原則，左、右岸帷幕線分別為86m、39m，如采用兩壩肩平硐內灌漿，其洞挖石方為1183m3，投資為17.4萬元；如采用露天灌漿，將增加無效進尺764m，投資為10.8萬元；故本次設計推薦投資較省的露天灌漿方式，兩岸帷幕灌總進尺2324m，有效進尺1058m。

根據壩區工程地質條件及灌漿布置方式比選，帷幕線全長約286m，防滲帷幕總進尺4797m，有效進尺3050m，帷幕灌漿布置為單排孔，孔距3.0m。

4 結束語

根據壩址地形地質、水文氣象等條件，結合建基面和壩體結構布置等因素，經詳細計算驗證，推薦采用的碾壓混凝土重力壩樞紐布置方案。該方案具有工程量較省、施工簡單、壩體外型與質量易控制、適應能力較強等優點，具有較強的施工技術指導意義，確保工程高效優質、節能經濟的施工建設。

參考文獻

[1]楊加智，袁翠平.喀臘塑克碾壓混凝土重力壩壩體滲控方案研究[J].水利科技與經濟，2007（5）：284-286.

[2]曹駿.哮天龍水庫碾壓混凝土重力壩設計[J].貴州水力發電，2011（2）：17-20.

作者簡介：許祥（1979-），男，內蒙古赤峰人，本科學歷，工程師，主要從事水利水電建筑工程設計工作。