四道溝水庫分離式面板砂礫石壩的設計要點

【摘要】新疆哈密市四道溝水庫位于哈密市德外里克鄉，水庫距哈密市約80km。是一座以工業供水、牧業灌溉兼顧防洪及生態用水等綜合功能小型骨干水利樞紐工程，水庫每年為下游工業供水730萬m3（保證率為95%），牧業灌溉供水376.5萬m3（保證率為85%）。四道溝水庫總庫容為570.47萬m 3。

水庫樞紐工程由攔河壩、導流、放水隧洞、溢洪道等建筑物組成，壩體采用分離式面板砂礫石壩，最大壩高71.6m。水庫于2011年11月完工驗收，2010年11月下閘蓄水至今，經過五年多的運行檢驗，證明壩體防滲效果良好。

【關鍵詞】設計；灌溉；分離式面板

1、氣象及地質條件

1.1 氣象。四道溝為典型的大陸性干旱氣候，降雨稀少，氣候干燥，蒸發能力強，夏季炎熱，冬季寒冷，氣候垂直地帶性明顯。實測最高氣溫36.6℃（2000年7月12日）。年日照時數達5000小時以上，最多風向是東風，多年平均最大風速14m/s，最大凍土深度1.5m。根據參證站五道溝實測資料統計多年平均蒸發量為2879.5mm（φ20cm觀測值），多年平均降水量為165mm。

1.2 地質條件。四道溝位于天山東段的巴里坤塔格南坡中、低山地帶。山頂及山坡基巖裸露，河床為全新統沖、洪沉積層。區內地層主要由泥盆系地層，石炭系地層，侏羅系下—中統煤窯溝群地層和第四系地層組成，工程區位于哈爾里克復背斜南翼。根據國家《中國地震動參數區劃圖》GB18306—2001（1：400萬）確定，庫壩區地震動峰值加速度為0.2g，對應地震烈度Ⅷ。

壩址位于四道溝溝口以上1.8km處，河谷類型為“U”型谷。受構造作用影響，壩址區裂隙較為發育，左壩肩發育2條裂隙，右壩肩發育3條裂隙，受節理、裂隙作用影響，基巖被切割成不規則塊體。壩基河床地層分兩層，上層卵、礫石夾漂石，最大厚度25.60m，下伏基巖和左、右壩肩基巖均為凝灰質粉砂巖。根據上層漂、卵石物理力學試驗成果，土體均一性較差，屬中密狀態土，建議以漂、卵石地層為大壩地基。

在施工過程中，根據趾板大開挖情況，河床趾板樁號0+146—0+168段和0+194—0+217段，覆蓋層開挖最大深度8.5m基巖出露。0+168—0+194段根據在樁號0+181.1處的鉆探資料，最大覆蓋層深度22.5m見基巖（該段8.5m厚的覆蓋層已開挖），判斷此處為古河槽。古河槽埋藏深度22.5m，上口寬約26m，下口寬約5m。

2、分離式面板壩的設計

2.1 壩體輪廓設計。大壩為混凝土面板砂礫石壩，壩頂寬6m，最大壩高71.6m，壩長250.5m。上游壩坡1：1.5，下游壩坡1：1.4，結合布置縱坡為10%的之字形上壩道路，設計路面寬4.5m，最大壩高斷面下游平均壩坡1：2.0。

2.2 混凝土面板設計。本工程采用分離式面板，采用C25級高性能混凝土，抗凍標號F200，抗滲標號W10。混凝土面板長6m，寬4m，長邊平行于壩軸線布置。混凝土面板厚0.3-0.4m（高程2003.48以上厚0.3米，以下為厚0.4米），平行于壩軸線方向面板縫（水平縫）設置φ16拉筋，各深入面板0.8m，間距1m。

分離式面板板間縫分縫止水設計：表面凹槽（尺寸6×8cm）采用彈性聚胺脂嵌縫填料，中間采用瀝青砂板，底部采用寬60cm（厚6mm，300g/m2）無紡布。

2.3 趾板設計。趾板布置在防滲面板的周邊，與面板形成壩基以上的防滲體。趾板寬度根據地基基巖情況和允許水力坡降，按不同高程選擇5m、6m，趾板厚度為0.5m、0.6m，采用C25級高性能混凝土，抗凍標號F200，抗滲標號W10。河床段采用水平趾板，壩址兩岸由于坡度較陡，為了減小開挖量，保證基礎穩定，減少基礎巖石卸荷裂隙的產生，岸坡段趾板采用L形趾板結構，基礎趾板在滿足帷幕灌漿的要求后，采用1：0.3-1：0.5貼坡防滲體系板組合結構聯合形成趾板的水平防滲，再結合垂直帷幕灌漿共同形成壩體的基礎防滲體系。

2.4 基礎防滲處理。除古河槽處趾板段外，其他趾板基礎采用大開挖方式，基巖表層強風化全部挖除，保證趾板坐落在弱風化基巖上。河床趾板0+168—0+194段為古河槽，最大砂礫石覆蓋層深度22.5m見基巖，上口寬約26m，下口寬約5m。此段采用挖除砂礫石覆蓋層，澆筑鋼筋砼防滲墻的方式與趾板連接。鋼筋砼防滲墻高度為25m，墻厚1.5m。砼防滲墻兩側砂礫石料回填要求同步碾壓進行，碾壓指標同壩體，即相對密度≥0.85。防滲墻與趾板連接在水平趾板中間設置接縫，將趾板分成兩塊，以增加柔性和通過三條接縫來吸收防滲墻與趾板、趾板與面板之間的相對位移，接縫均按周邊縫處理，設置三道止水，對基巖進行固結灌漿和帷幕灌漿。固結灌漿為兩排，孔排距均為3m，灌漿深度10m；帷幕灌漿為一排，孔距為2m，深入巖體透水率為5Lu區內。壩體面板和趾板與灌漿帷幕共同形成一完整的防滲體系。

2.5 壩體分區設計。壩體填筑料分區從上游到下游主要分為蓋重區、鋪蓋區、墊層區、過渡區、主堆石區、基坑開挖料填筑區、利用料區等7個分區。

3、有關經驗總結

3.1 建造在深厚覆蓋層以及古河槽上的混凝土面板砂礫石壩，采用分離式面板防滲設計是安全可靠的。當然前提條件要排除壩基覆蓋層有無影響壩基穩定的軟弱夾層、易于液化的砂層或透鏡體的現象。其次覆蓋層天然狀態要密實，強度要高，允許承載力要大。以保證壩基穩定性和壩體不會產生較大沉降。

3.2 采用分離式高性能混凝土面板，使面板能更好的適應壩體沉降變形，減少了面板裂縫的出現。簡化板間縫止水結構，同時采用分離式無筋防滲面板，顯著減低了工程投資。

3.3 壩址兩岸坡度陡峭，岸坡段趾板采用了L形趾板結構，減少了岸坡石方開挖量，降低了工程造價。

參考文獻：

[1]碾壓式土石壩設計規范（SL274-2001）.

[2]混凝土面板堆石壩設計規范（SL228-98）.