新疆某樞紐工程混合壩接頭混凝土擋土墻設計

胡小虎

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊830000）

新疆某樞紐工程攔河壩為混合壩，即左岸及主河床布置混凝土重力擋水壩段，右岸階地布置瀝青混凝土心墻堆石壩段。國內外針對混合壩接頭的設計方案總體包括兩類：側墻式和包裹式。本文擬通過對兩種接頭方式進行技術、經濟比選，選出適用于本工程的接頭方式。

1 工程概述

新疆某樞紐是某流域生態環境保護工程的水源水庫，具有調水、灌溉、發電等綜合效益。工程主要由擋水大壩、發電引水洞和電站廠房等組成。水庫總庫容0.32億m3，正常蓄水位1282.0m，死水位1276.0m，調節庫容0.10億m3，電站裝機容量50MW。水庫正常蓄水位1282.0m。攔河壩采用混凝土壩+瀝青混凝土心墻壩的混合壩型，壩頂高程1285.3m，混凝土壩最大壩高68m； 瀝青混凝土心墻壩最大壩高60.3m。

壩址處左岸山體較陡峻，地形坡度在40°～50°，階地不發育。河床右岸Ⅲ級階地寬230m，階地前緣高程1250m，階地砂礫石厚5～27m，其上被少量壤土覆蓋，壤土厚0.3～3.0m，階地后緣被坡積、洪積含碎石土層所覆蓋。右岸山體較平緩，坡度在20°～30°。壩址區出露的地層巖性主要為：英安質晶屑凝灰巖、角礫凝灰巖、凝灰質粉細砂巖、沖積含漂石砂卵礫石層、全新統崩坡積物。

根據地震安全性評價成果，依據規范，樞紐攔河壩的抗震設防類別為乙類，考慮樞紐為水源工程，遭受強震影響的危害性，其設計地震加速度代表值取壩址區50年超越概率5%地震動峰值加速度，對應的值為315.15gal。其他各建筑物均為丙類，地震設防烈度均采用基本烈度，即為8°，相應采用50年超越概率10%地震動峰值加速度值為227.7gal［1］。

2 混合壩接頭形式比選

2.1 連接段接頭布置

土石壩與混凝土建筑物的連接，一般采用側墻式、包裹式［2-5］。依據壩址區的地形地質條件，接頭型式采用以下兩種設計方案進行比選。

2.1.1 方案1（側墻式布置方案）

垂直壩軸線方向布置混凝土重力式擋土墻。擋土墻最大高度50.3m，墻頂寬3m，擋土墻自身穩定的要求，擋土墻與瀝青混凝土心墻壩接觸面坡比為1:0.7，與重力壩接觸面坡比為鉛直，擋土墻基礎坐落在弱風化層中部基巖。擋土墻頂高程沿心墻壩上、下游壩坡逐漸降低，上游側末端墻高7.0m，下游側末端墻高10.0m，擋土墻總長度176.8m。

2.1.2 方案2（包裹式方案）

土石壩與混凝土壩直接對接，在立面上重力壩沿壩軸線方向以1∶0.5放坡，瀝青混凝土與重力壩緊密結合。由于地形限制，需在右側河岸邊緣設置混凝土擋土墻，防止錐坡的壩料進入河床，錐坡坡度為1∶2.0。壩軸線上游擋土墻最大高度15.5m，長45m。壩軸線下游利用生態基流兼放水孔的泄槽及消力池邊墻擋住下游的壩體填筑料。

2.2 兩種接頭型式的綜合比較

2.2.1 適應性

（1）方案1：混凝土重力式擋土墻與重力壩段相互垂直，單一依靠重力式擋土墻抵擋土石壩的上下游土壓力。該方案優點：混凝土重力式擋土墻結構型式簡單，受力明確，擋土高度所形成的土壓力是控制截面尺寸的重要因素。缺點：由于擋土墻最大高度達50.3m，斷面尺寸較大，為大體積混凝土結構，施工時需考慮溫控措施，保證擋土墻的安全可靠。

（2）方案2：重力壩段向右岸延伸49.5m，在立面上重力壩沿壩軸線方向以1∶0.5放坡，土石壩與混凝土壩直接對接。上、下游采用與瀝青混凝土心墻壩壩坡相同坡比的錐坡裹頭型式連接，上游錐坡末端布置低擋土墻，避免錐坡進入河道，擋土墻最大墻高僅為15.5m。該方案優點：①采用錐坡的方式與低擋土墻連接。②擋土墻高度較低，連接段為重力壩，連接處的安全性較強。缺點：由于錐形面裹頭與重力壩結合處，不宜碾壓密實，地震時容易產生裂縫。為了降低該風險，在結合處采用將瀝青混凝土心墻壩過渡料延伸至錐坡段，并嚴格控制施工質量等措施。

2.2.2 施工條件

（1）方案1：連接部位為單一的混凝土重力式擋土墻，施工干擾小，施工相對簡單，施工質量容易保證。

（2）方案2：連接部位為錐形面裹頭型式連接，并需設置混凝土擋土墻，施工干擾大，錐坡裹頭與連接段重力壩連接處施工難度大。

2.2.3 投資比較

兩種連接方案經過經濟比較，方案1靜態總投資為6.7962億元，方案2靜態總投資為6.7864億元，方案1較方案2多97.9萬元。

通過對兩種型式的連接方式對比得出，兩種結構型式瀝青混凝土心墻壩與重力壩連接型式均可行，均有一定的抗震性，且兩方案投資相當。但方案2混凝土重力擋土墻的高度較小，擋土墻的受力條件單一，連接處的安全性較強。因此混凝土重力壩與瀝青混凝土心墻壩段連接方式采用方案2的連接型式。

3 擋土墻設計

3.1 體型設計

擋土墻最大高度13m，長45m。擋土墻面坡度為1:0.6，背坡垂直。在面坡、背坡底設置高1m、寬1m的齒。墻身混凝土標號C20，W6，F300。基礎至于強風化上限，基礎設固結灌漿及砂漿錨桿。固結灌漿孔間、排距3m，孔深5m。25砂漿錨桿間、排距2m，桿長4.5m，入巖4m。擋土墻標準剖面如圖1。

圖1 擋土墻典型剖面圖

3.2 穩定計算

3.2.1 計算方法

依據SL379—2007《水工擋土墻設計規范》，對擋土墻進行穩定計算?？够€定計算公式按抗剪公式計算，如式（1）：

式中K′為抗滑穩定安全系數；f′為壩體混凝土與基巖接觸面的抗剪斷摩擦系數；C′為壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪斷凝聚力（kPa）；A為壩基接觸面截面積；∑W為計算截面上的全部垂直力總合；∑P為計算截面上的全部水平力總合。

傾覆穩定性驗算：

式中K0為擋土墻抗傾覆穩定安全系數； ∑MV為對擋土墻基底前趾的抗傾覆力矩（kN·m）；∑MH為對擋土墻基底前趾的傾覆力矩（kN·m）。

地基應力驗算：

式中Pmax，Pmin分別為擋土墻基底應力的最大值或最小值（kPa）；∑G為作用在擋土墻上全部垂直于水平面的荷載（kN）；∑M為作用在擋土墻上的全部荷載對于水平面平行前墻墻面方向形心軸的力矩之和（kNm）；A為擋土墻基底面的面積 （m2）；W為擋土墻基底面對于基底面平行前墻墻面方向形心軸的截面矩（m）。

3.2.2 計算參數

計算參數采用《新疆某水利樞紐工程初步設計報告》，具體參數如表1和表2。

表1 壩址區巖石物理力學指標建議值

表2 壩址區巖體物理力學指標建議值

3.2.3 計算結果

各工況的計算結果如表3。

表3 計算結果

擋土墻的抗滑穩定、 抗傾覆穩定及應力均滿足規范要求，擋土墻是穩定的。

4 結語

對某水利樞紐混合壩連接形式進行了技術、經濟比選，認為包裹式方案混凝土重力擋土墻的高度較小，安全性較強。對低擋土墻進行抗滑穩定、抗傾覆穩定及應力計算，結果均滿足規范要求。因此，本方案是可行的。