探析茍江水庫樞紐工程的大壩結構設計

蔣芳祥

（貴州省水利水電工程咨詢有限責任公司，貴州 貴陽 550000）

水庫工程中的擋水建筑物，作為水庫樞紐功能的最關鍵部位，其大壩結構設計需符合相應的規范標準，并遵循工程建設的環境條件及預期要求。如此，才可降低大壩結構設計的復雜性，繼而提升工程項目建設的經濟性及整體質量。

1 工程概況

茍江水庫位于遵義市播州區茍江鎮東側紅山村，處于烏江左岸一級支流魚塘河中上游河段。水庫壩址距離播州區城區公路距離約18.5 km，距茍江鎮公路距離約7.6 km，距三岔鎮公路距離約16.8 km，有三岔鎮至茍江鎮迎豐村的鄉村公路通過壩址附近下游，交通條件較好。

茍江水庫的工程任務為：農田灌溉和為茍江經濟開發區提供部分工業用水。壩址以上流域面積為93.4 km2，校核洪水位861.46 m，總庫容723 萬m3，工程等級為Ⅳ等，工程規模屬小（1）型。水庫樞紐布置為：堆石混凝土雙曲拱壩+壩身閘門式溢洪道+壩身放空孔+右岸導流洞+輸水管線。最大壩高41.0 m，壩頂高程為862.50 m。溢洪道總凈寬15 m，設三孔弧形閘門，單孔凈寬5 m，堰頂高程855.00 m。為達到上述工程形象要求，需加大壩體結構設計的研究力度，即在明確建設使用要求的情況下來提升設計控制的有效性[1]。

2 大壩結構設計要求

大壩為堆石混凝土拋物線雙曲拱壩。壩頂高程為862.50 m，壩基開挖高程為821.50 m，最大壩高41.0 m。擬定壩頂寬度4 m，壩底厚11.0 m，厚高比0.29。壩頂拱冠曲率左岸45.45 m，右岸46.03 m，最大中心角95.6°，壩體呈對稱布置，壩體防滲采用C15 二級配自密實混凝土。壩體除基礎基座、溢流頭部、閘墩、下游消能防沖建筑物等采用常態混凝土外，其余均為C15 自密實堆石混凝土；壩體下游溢流面、泄洪孔采用強度等級較高的二級配抗沖耐磨混凝土。

3 茍江水庫中擋水建筑物大壩結構的優化設計

3.1 壩頂寬度及止水設計

壩頂寬度的確定，設計人員擬定主要考慮混凝土施工的需要和壩頂結構布置、交通要求等，兩岸擋水壩段的壩頂寬度定為4 m；溢流壩段為設閘泄流，設弧形閘門、啟閉設備，因此取橋面總寬度為4.0 m，閘墩長度14.62 m。對于壩體分縫及止水的設計，設計人員根據本工程特點，參照類似工程經驗，大壩共設置6 條橫縫，最大間距27.0 m，最小間距15.0 m。在大壩橫縫上游面、溢流面、下游面最高尾水位以下均布置止水設施。上游壩面橫縫內設置一道“W”型銅片止水，下游最高尾水位以下縫面設置一道橡膠止水。

3.2 基礎結構處理設計

根據壩高及相關規范要求，壩基應選擇新鮮、微風化或弱風化中下部巖體作為持力層。建基面的選擇主要考慮巖體承載力、變形要求。壩基巖體為中硬巖，承載能力滿足大壩要求。根據勘探資料，岸坡為基巖裸露，河床分布砂、卵、礫石層，厚1 m～3 m，結構松散，不能作為大壩基礎，須開挖清除。基巖為P1m1 厚層塊狀灰巖，強風化溶蝕帶厚度2 m～3 m，為節理裂隙發育密集帶，巖體溶蝕破碎現象較明顯，完整性差，根據壩基巖體工程地質分類劃分為BⅣ1 類，不宜作為壩基肩基礎持力層，建議開挖清除；巖體弱風化帶厚度6 m～8 m，裂隙較發育但閉合性較好，巖體整體完整性較好，根據壩基巖體工程地質分類劃分為BⅢ1類，允許承載力為R0=3.5 MPa，基礎承載力及抗滑力總體滿足設計要求，壩基肩基礎持力層選擇嵌深至弱風化中下部巖體[2]。

3.3 防滲設計

由于壩址主要分布為中厚層狀灰巖，為中硬巖，巖體無軟弱夾層分布。河床為區內地下水排泄基準面，防滲底界結合壩基滲透破壞因素，按0.5 倍壩高考慮，同時以巖體透水率q≤5 Lu為控制標準。河床及兩岸防滲底界嵌深至微風化～新鮮巖體，兩岸防滲端點同樣以巖體透水率q≤5 Lu 為控制標準，并嵌深至微風化～新鮮巖體。防滲線總長為861 m，其中分為大壩防滲與臨谷滲漏防滲兩部分（大壩防滲長約761 m，臨谷滲漏防滲長約100 m。總防滲面積為47982 m2）。對于帷幕設計布置，以大壩防滲布置為例，①幕0+000.00～幕0+230.00 為左壩肩隧洞帷幕灌漿，方位角為S10°E。②幕0+230.00～幕0+357.05 為大壩段帷幕灌漿。③幕0+357.05～幕0+761.05 為右壩肩隧洞帷幕灌漿，方位角為N31°E。兩端帷幕灌漿洞全長634 m。帷幕灌漿洞采用城門洞型，凈空尺寸3.1 m～3.6 m，隧洞均采用全斷面C25 鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚30 cm，并設噴錨支護措施。防滲采取單排帷幕灌漿孔布置，大壩段防滲孔間距為2 m，兩岸平洞段孔間距為3 m，并在鄰谷滲漏段采取雙排孔布置，孔距3 m。

3.4 溫度控制設計

設計人員需要明確溫度控制的標準，即根據大壩的結構特征，將混凝土的物理、力學、熱學性能作為設計控制指標。表1、表2 所示結果是設計人員遵照設計規范并結合工程經驗，擬定的溫差設計標準[3]。

表1 常態混凝土基礎容許溫差[△T] 單位：℃

表2 堆石混凝土基礎容許溫差[△T] 單位：℃

值得注意的是，經已建相關工程實踐證實，溫控標準可以適當地放寬，即將溫度控制在14℃～17℃之間。

3.5 壩體體型設計

以壩體頂部的高程設計為例，水庫正常蓄水位為860.00 m，根據調洪計算結果，設計洪水位為860.03 m，校核洪水位為861.46 m。

根據《混凝土拱壩設計規范》（SL282-2003），壩頂防浪墻頂高程=水庫靜水位＋△h，其中△h 為壩頂距水庫靜水位（正常蓄水位或校核洪水位）的高度，△h 由下式確定：

式中：hb為波浪高（m）；hZ為波浪中心線至水庫靜水位高差(m)；hc為安全超高（m），本工程壩的安全級別為4 級，正常蓄水位和校核洪水位下分別取0.4 m 和0.3 m。

hb和hZ按照《混凝土拱壩設計規范》（SL282-2003）的相關規定計算。

壩頂高程計算成果見表3。

表3 壩頂高程計算結果表

計算壩頂高程為862.13 m，最終確定壩頂高程為862.50 m。

3.6 自密實堆石混凝土技術應用

該技術能夠有效減少水泥用量，降低水化熱，從而簡化溫控措施；在保證結構體質量的情況下塊石填充率能達到50%以上，從而達到最大限度使用當地材料，降低投資的目的；通過自密實混凝土的流動替代常規的混凝土振搗技術，并簡化鑿毛工序，最終，便于連續施工，顯著提高工效，縮短工期。目前，自密實堆石混凝土技術有兩種施工方法，即普通型堆石混凝土適合大倉面混凝土施工與拋石型堆石混凝土適合深度較大倉面的混凝土施工。前者，適用于混凝土重力壩、拱壩壩體；各種基礎回填，混凝土換基部位；尾水區消力池、海漫、護坦、邊墻等構筑物；混凝土圍堰；各種堤防工程；各種擋土墻工程。而后者，則適用于沉井回填；抗滑樁回填；高邊墻、擋墻等部位[4]。如圖1 所示，為自密實堆石混凝土技術運用示意圖。

圖1 自密實堆石混凝土技術

4 結束語

綜上所述，需將結構處理設計、防滲設計以及溫度控制設計，作為本工程優化控制的重點，以滿足水庫擋水建筑物建設所提出的預期要求。事實證明，只有與工程項目的實際情況進行充分結合，才能在明確大壩結構設計要求的基礎上，提高大壩結構設計的合理、科學性。設計人員應將上述分析內容與科研結果更多地應用于不同施工環境與規范標準要求的水庫工程，進而服務于所處地區的水利工程建設[5]。