新疆小型水庫工程大壩設計要點

張 汛

（新疆吐魯番市水利水電勘測設計研究院，新疆 吐魯番 838000）

新疆水利規劃的定居興牧水源工程開始后，建設成功很多小型水庫，使用的材料均為就地取材，大壩一般為瀝青混凝土心墻的堆石壩，或者混凝土面板砂礫石的堆石壩。新疆地區水庫大壩建設是水利工程建設中的重點內容，大壩設計要點有著很高的研究價值，可以推動新疆水利工程建設，優化灌溉系統，實現定居興牧的目的。

1 小型水庫工程概況

某水利工程設計方案中水庫壩頂為203 m高，正常水位下，水位線應為200 m，該大壩的最高部位為14 m，壩軸線是8 km，其中其他壩長應該東是1.50 km、西1.56 km、南1.53 km、中4.1 km。需要保證水庫的總容量為587萬 m3，壩高是38.5 m，長220 m，壩頂的寬度應該是7 m，該大壩上游的混凝土防浪墻應該設計成為L形狀。壩體分成均質土壩和上游的排水溝，上游的坡比1∶3，壩體分區為土料、墊層、反濾料、排水體。考慮到后期檢修的問題，在防浪墻的上游面中，設置了一個通道，寬度是1 m。對于該小型水庫的大壩設計，參考定居興牧水庫工程設計的參數特性，詳見圖1，考慮到應該將水庫的壩頂的構造設計、筑壩材料、壩體分區設計、混凝土面板設計、趾板設計作為整個大壩的設計要點，該大壩類型為混凝土面板堆石壩。

2 設計水庫的壩頂構造

設計水庫壩頂的寬度時，考慮的因素包括，水庫運行的實際需求、結構設置、大壩頂端的交通要求、施工的具體情況，吸取以往工程經驗，通常將壩頂寬度設計為5 m~8 m。從該水庫的具體情況出發，本身的壩頂高度設計成7 m。考慮到交通問題，在大壩的壩頂上，設置35 cm厚的碎石層，并鋪設30 cm厚的混凝土。在實際施工之前，使用碾壓機在施工的地區碾壓五遍之上，直到大壩基礎設計密度達到了為止。與此同時，就壩體軸線覆蓋范圍內，實施壩體碾壓試驗，針對一些具有代表意義的部分，可以以不同重量振動平碾的方式進行，也可以使用振動凸塊的碾壓方式，并一邊碾壓，一邊分層鋪土，直至施工要求緊密度，才能停止。設計時應該要考慮大壩頂端排放雨水的問題，為此，設計的壩頂以中心線為準，分別向兩側有3%傾斜度。設計的防浪墻必須比最高的蓄水位要高，通道設計有1 m的寬度，可以方便后期工作人員檢修。防浪墻選擇運用L形狀，主要目的為了保證其穩定，整體結構為鋼筋混凝土結構，該大壩的防浪墻高度設計為1412.3 m。

3 設計壩體分區以及選擇筑壩材料

因為考慮到該大壩面板為堆石體，其處于不同區域和不同水壓的環境下，具有的力學特性存在差異，因此，會影響到壩體，壩體區分應使用不同的筑壩材料。

3.1 墊層區

壩體的墊層區是重要的組成部分，有著極其重要的作用。該水庫的墊層區在水平方向上，寬度設計為4 m，選擇的墊層材料為石英砂巖。選用石英砂巖的顆粒直徑最大應該控制到0.8 cm之下，中粒應小于50 mm，總成分中，應該保證有40%~50%含量的石英砂巖，以此保證填充密實度和強度。趾板周圍的縫隙處，應該使用直徑小于0.4 cm的材料進行填充，密實度達到要求，才能夠保證不出現填充縫隙過大，進而防止出現漏水問題。

3.2 過渡區

圖1 定居興牧水庫工程設計參數特性

為了能從墊層區到主堆石區有一個平穩的過度，設計出過渡區。因為主堆石區和墊層區中使用的材料，有一定的變形特質，這兩個區域內材料的強度也不同，為此應該在過渡區進行填充，以便更好地過渡。該區域使用的材料，選用的碎石材料應該硬度較高，并且級配良好，材料的粒徑應該大于墊層區和主堆石區的使用材料的粒徑。該水庫的水平寬度是4m，這樣就要求該區域的碎石粒徑在15~30 cm之間，人工開采破碎的石料最為合適。

3.3 主堆石壩區

面板壩核心就是主堆石壩區，其需要承受面板壩大部分的水流沖擊力。為了讓該部分設計可以達到這樣的要求，筑壩材料必須具有大剛度、高抵抗剪切能力、更高耐磨性。依據同類型壩體材料設計配比，設計出該大壩主堆石壩體材料配比為：在6 mm之下的顆粒，整體含量要小于整體材料的25%，小于1 mm的顆粒，含量應該控制到10%之下，才能更好地保證整體材料有更高的綜合性能。

3.4 下游堆石區

為了保證大壩可以順利地排水，同時提高大壩穩定性，設計了大壩下游的堆石區。在該水庫壩體距離下游高程大約為500多m處，設置出了下游堆石區，用于水體排泄，其頂部的寬度應為6.5 m，從上游到下游之間的坡度實際為1∶0.5。

4 設計混凝土面板

設計混凝土面板時需要考慮保證大壩的防滲性，為此，混凝土面板必須擁有高抗剪切力和高耐久性。

4.1 面板的厚度

設計面板厚度時，應該考慮到，降低施工難度，還要保證施工的質量，為此，混凝土面板厚度需要在一個合理范圍內。首先要保證面板有夠用的空間實施鋼筋以及止水安置，并保證有良好的耐久性和抗滲透性。在這樣的基礎上，盡最大的可能讓混凝土面板變薄，減少面板工程用料，減少成本。通常情況選擇面板的厚度為0.3~0.4 m之間。參照圖1中的參數特性，該小型水庫的面板厚度設計為0.3 m。

4.2 面板混凝土設計和配筋

從面板基本要求出發，通常面板的混凝土強度應該保證＜C25，抗滲透能力≥W8。從實際情況出發，該水庫大壩的面板混凝土在局部的使用了雙層配筋法，混凝土強度需要達到C30，以確保強度較好，抗滲透的等級滿足要求，達到了W10。面板層使用單層配筋，配筋率以科學計算結果為準。

5 設計趾板

5.1 安置趾板

整理以往大壩趾板安置的經驗，可以分成平趾板安置方式和斜趾板安置方式。一般情況下，水庫工程使用平趾板安置方式比較多，具體施工過程為，讓趾板的等高線，同基準線之間呈現為90°角。此種安置方案優點眾多，能夠讓施工效率提高，使得鉆孔和灌漿等工序變得簡單，有一定的排水空間，基礎巖體風化的可能性降低。該工程就是使用了這一安置方式。

5.2 設計趾板結構

一般在巖石為基礎的趾板設計，應該考慮容許水利的梯度是多少，將其確定出來，提升施工質量，一般情況下，巖石地基容許的水力梯度，如圖2所示。

圖2 巖石地基容許水力梯度

依據實際情況，該水庫的趾板寬度是5 m，趾板的厚度應該確定為0.4 m，具體設計如圖3所示，巖石基體的趾板厚度，應大于連接后面板厚度，最小厚度不小于0.3 m。

圖3 趾板示意圖

5.3 趾板分縫及配筋

水利工程中，趾板結構一般使用連續模式，具有著較好抵抗性，能夠保證著趾板結構穩定，這種形式施工縫的處理使用冷縫處理，可以不設止水。水庫運用單層鋼筋的配筋，趾板保護層設計為150 mm。

6 結束語

新疆地區設計小型水庫大壩時，應該考慮從新疆特殊地形和地質條件，以及建筑時可以使用的材料，考慮小型水庫大壩的設計，整理出小型水庫大壩的設計要點，以期建設出更多高質量的小型水庫，為新疆居民獲取更多的水資源，實現定居興牧的最終目的。

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