上水水庫(kù)碾壓混凝土拱壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

陸文合，李元杰

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550000）

城市化進(jìn)程的不斷深入，使得各行各業(yè)均取得了長(zhǎng)足的發(fā)展成果。水庫(kù)工程，作為保護(hù)這一成果的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)使用易受環(huán)境因素影響，無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。從實(shí)踐角度出發(fā)，即在明確工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)的情況下，著手對(duì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，提高整個(gè)工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性是當(dāng)前水庫(kù)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)[1]。本文結(jié)合上水水庫(kù)工程現(xiàn)狀，對(duì)其碾壓混凝土拱壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 工程概況

上水水庫(kù)工程涉及灌溉遵義縣三岔鎮(zhèn)、尚稽、新民、茅栗、團(tuán)溪等5 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田51300 畝（其中水田20800 畝，旱地30500 畝），灌溉輸水量1552 萬(wàn)m3/年（P=85%）。最小下放流量0.07 m3/s。水庫(kù)正常蓄水位881m，死水位850 m，興利庫(kù)容983.7 萬(wàn)m3，水庫(kù)總庫(kù)容1150 萬(wàn)m3。水庫(kù)規(guī)模為中型，工程等別為III 等，水庫(kù)樞紐工程主要由擋水、泄水、取水建筑物等組成。

2 拱壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 壩體構(gòu)造

工程壩頂高程設(shè)計(jì)為883.10，壩頂長(zhǎng)268.96 m，寬5 m，溢洪道處設(shè)交通橋，結(jié)合閘門啟閉設(shè)備的布置，交通橋?qū)挒?.0 m，為保證人行安全，壩頂上下游面均設(shè)欄桿，左岸壩頂與上壩公路相連接[2]。

大壩主體材料采用C9015 三級(jí)配碾壓砼（抗?jié)B標(biāo)號(hào)W6，抗凍等級(jí)F100）；壩體上游側(cè)865 m 高程以上采用1 m 厚C9020 二級(jí)配變態(tài)砼防滲層（抗?jié)B等級(jí)W6，抗凍等級(jí)F100），壩體上游側(cè)865 m 高程以下先采用2.5 m 厚二級(jí)配碾壓混凝土防滲層、表層0.5 m 厚作變態(tài)混凝土處理，河床基礎(chǔ)設(shè)置1.0 m 厚的28 天齡期三級(jí)配C20 常態(tài)砼墊層；岸坡基礎(chǔ)采用1.0 m 厚的90 天齡期三級(jí)配C15 變態(tài)砼墊層（抗?jié)B等級(jí)W6，抗凍等級(jí)F100），其中左右岸P1m2-1軟弱層采用厚3 m 的28天齡期二級(jí)配C20 常態(tài)砼墊層進(jìn)行置換回填，并對(duì)該段進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

壩體構(gòu)造分縫，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，橫縫間距宜為15 m～25 m，大壩壩身設(shè)9 條橫縫，將壩體分為10 個(gè)壩段，壩段長(zhǎng)度17.903 m～27.090 m 不等，橫縫上游設(shè)置兩道銅片止水，縫內(nèi)安裝重復(fù)灌漿系統(tǒng)，下游設(shè)一道銅片止水[3]。大壩澆筑完成后，根據(jù)橫縫的變形情況和壩體溫度場(chǎng)變化情況，對(duì)其進(jìn)行接縫灌漿。

表1 大壩體形參數(shù)表

2.2 大壩體形參數(shù)

本水庫(kù)碾壓混凝土拱壩結(jié)構(gòu)體形參數(shù)的確定，應(yīng)綜合工程所處地質(zhì)條件、壩體應(yīng)力以及施工條件等因素，來(lái)提高設(shè)計(jì)控制的合理性。具體而言，本工程下壩址為“V”形橫向谷，河床寬度35 m，河床寬高比3.466，依據(jù)規(guī)范選用雙曲拱壩。見(jiàn)表1 所示，為拱壩體形參數(shù)。

大壩的應(yīng)力因本工程混凝土拱壩為3 級(jí)建筑物，按照既定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指標(biāo)參數(shù)確定。應(yīng)力控制指標(biāo)參數(shù)要求見(jiàn)表2。

表2 應(yīng)力控制指標(biāo)表

2.3 大壩穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

河床為P1m1-4中厚至厚層塊狀灰?guī)r，濕抗壓強(qiáng)度＞50 MPa，兩岸對(duì)稱分布P1m2-1薄至中厚層硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r夾泥頁(yè)巖，其中硅質(zhì)巖占80%，泥巖占20%。P1m2-2中厚層燧石條帶泥質(zhì)灰?guī)r（間夾薄層硅質(zhì)巖）分布于兩岸壩肩844 m～896 m 高程，根據(jù)拱壩平面布置及裂隙發(fā)育情況，層面是構(gòu)成壩肩抗滑體的底滑面，壩址左壩肩發(fā)育的裂隙有：N75°E/SE∠75°、N28°E/SE∠85°、N60°～80°W/SW∠70°；右壩肩發(fā)育的裂隙有：N75°E/SE∠75°、N28°E/SE∠85°、N60°～80°W/SW∠70°。

經(jīng)綜合分析及試算，左壩肩控制裂隙組合為無(wú)順河向裂隙面，假定拱壩左壩肩沿徑向分別為5°、10°、15°、20°、25°、30°的裂隙切割壩肩巖體為側(cè)滑面，以巖層層面為緩傾角底滑面，以裂隙面N75°E/SE∠75°為上游拉脫面[4]。右壩肩控制裂隙組合為：以裂隙面N60°～80°W/SW∠70°為側(cè)滑面，以巖層層面為底滑面，以裂隙面N28°E/SE∠85°為上游拉脫面。考慮帷幕灌漿作用，滲透壓力折減系數(shù)取0.5。

3 設(shè)計(jì)結(jié)果

大壩為雙心園雙曲混凝土拱壩，左、右拱端控制點(diǎn)坐標(biāo)分別為：XA=41952.8469、YA=91121.2592；XB=42118.8150、YB=91266.0039。拱壩中心線方位角為N49.546°E，頂拱中心角90°，左岸頂拱半徑158.366 m，右岸頂拱半徑149.805 m，壩軸線長(zhǎng)268.960 m，兩壩肩及河床段壩基置于弱風(fēng)化基巖中、上部, 河床建基面高程825 m，壩頂高程883.10 m，最大壩高58.1 m，壩頂寬6 m，壩底最大寬度20.0 m，大壩厚高比0.344。

溢洪表孔布置在河床段頂中部，溢流凈寬12.0 m，堰頂高程877 m，其上設(shè)置3 孔溢流表孔，分別設(shè)4 m×4 m 的平板鋼閘門,溢流堰為WES 型實(shí)用堰；放空底孔布置在左壩段0+133.203處，喇叭型進(jìn)口，進(jìn)口布置有檢修閘門井，設(shè)置事故檢修閘門一道和相應(yīng)的啟閉設(shè)備，出口設(shè)置弧形工作閘門一道和相應(yīng)的啟閉設(shè)備，出口設(shè)置挑流鼻坎。灌溉工程取水口布置在大壩左壩段0+151.877 處，采用岸塔式進(jìn)水口，由取水口攔污柵，進(jìn)口檢修閘門井、漸變段，后接直徑為1.2 m（壁厚12 mm）的Q235 鋼管，壩后布置閘閥室，閘室內(nèi)設(shè)置調(diào)流閥控制流量，出口接消力池，總干渠接上水總干渠，環(huán)境水管道埋設(shè)于消力池邊墻上。

4 結(jié)語(yǔ)

上水水庫(kù)大壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合考慮多方面因素影響,明確工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定相關(guān)的參數(shù)指標(biāo)與結(jié)構(gòu)形式，提高整個(gè)工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的運(yùn)用與施工階段的實(shí)際情況一致且不受地質(zhì)與施工條件因素影響，在現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中起到應(yīng)有的作用。