關(guān)于趙家壩水庫工程擋水建筑物的設(shè)計

李 星，張壽紅

（銅仁市水利電力勘測設(shè)計院有限公司，貴州銅仁 554300）

0 引言

根據(jù)《思南縣農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施水利扶貧一期工程初步設(shè)計報告》為解決甕溪、文家店集鎮(zhèn)兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的集鎮(zhèn)和農(nóng)村人畜飲水難問題，將趙家壩水庫作為翁溪鎮(zhèn)、文家店鎮(zhèn)集鎮(zhèn)及農(nóng)村集中式供水主要水源。現(xiàn)思南縣農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施水利扶貧一期工程已開工建設(shè)。受水區(qū)內(nèi)現(xiàn)有蓄水工程為翁溪鎮(zhèn)方家溝水庫、紅巖水庫、三星水庫，文家店冉家棚水庫，提水工程有文家店集鎮(zhèn)提水工程，農(nóng)村引用季節(jié)性泉水。兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)現(xiàn)狀總?cè)丝?6635人，設(shè)計水平年2030年總?cè)丝?9449人，扣除雙河口水庫供水人口6210人（農(nóng)村），設(shè)計水平年2030年需要解決集鎮(zhèn)28478人、農(nóng)村34761人的飲水問題，趙家壩水庫河床高程780m，死水位811.0m，受水區(qū)人口主要分布在500～700m高程范圍，趙家壩水庫大部分可以自流供水。因此趙家壩水庫工程是解決兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水難的首要選擇，工程建設(shè)迫在眉睫。

1 趙家壩水庫工程擋水建筑物結(jié)構(gòu)與高程設(shè)計要點(diǎn)

1.1 壩頂高程設(shè)計

水庫的校核洪水位為841.623m（P=0.2%），設(shè)計洪水位為840.601m（P=2%），正常蓄水位838.000m。工程區(qū)多年平均最大風(fēng)速10.1m/s，最大風(fēng)區(qū)長度2000m。按規(guī)范（SL274—2001）推薦的莆田試驗(yàn)站公式計算波浪爬高R及風(fēng)壅水面高度e。壩頂安全超高A取為0.5m（正常情況）、0.3m（非常情況），按y=R+e+A計算出壩頂靜水位以上的超高y，如表1、表2所示。

通過表1、表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)分析可以看出，水庫大壩的高程主要是通過校核洪水位來進(jìn)行控制。因?yàn)楸敬乌w家壩水庫工程的核水位高度為841.623m，同時在設(shè)計工作中需要充分考慮到防浪墻的設(shè)計，因此在設(shè)計工作中選擇壩頂高程為841.6m，防浪墻的頂部高程設(shè)計為843.0m。

表1 水庫靜水位以上壩頂超高

表2 混凝土面板堆石壩壩頂高程 單位：/m

1.2 壩體整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本次行動工程擬定大壩頂部總寬度為7.0m，根據(jù)水庫大壩的面坡比例參數(shù)，扣除大壩上游擋墻下游欄桿的厚度，剩余大壩頂部徑寬度可以達(dá)到6.35m，充分滿足大壩頂部的交通通行要求。

1.3 防浪墻高度設(shè)計

當(dāng)前在我國各大水利工程建設(shè)施工當(dāng)中，對防浪墻的設(shè)計和應(yīng)用比較普遍，防浪墻的高度范圍通常保持在3～6m之間，并且具有逐漸上升的發(fā)展趨勢。通過使用高度較大的防浪墻，主要目的在于節(jié)省水庫大壩壩體工程施工量，通常情況下會在水庫大壩頂部上游區(qū)域設(shè)置L型混凝土防浪墻結(jié)構(gòu)，本次防浪墻墻體高度設(shè)定為3.5m，防浪墻的頂部高度需要超過水庫大壩頂部高度1.5m，防浪墻的水平段長度為4m，墻體底部高程為839.5m，防浪墻的頂部高程為843.00m，其中有2.5m深度直接埋入碎石內(nèi)部。

1.4 上下游壩坡設(shè)計

在水庫大壩工程上、下游壩坡設(shè)計工作當(dāng)中，根據(jù)我國的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本次水庫工程的實(shí)際工程條件狀況，通過采取硬巖筑壩，上下游壩坡設(shè)計比例為1:1.4，下游壩面設(shè)置厚度大小為0.5m的大塊石，護(hù)坡結(jié)構(gòu)可以起到良好的加固和美觀作用效果，壩頂頂部預(yù)留沉降量需要達(dá)到該處水庫大壩總高度到1%。

2 壩體分區(qū)和筑壩填料設(shè)計

2.1 堆石體填筑區(qū)域設(shè)計

根據(jù)水庫大壩的實(shí)際受力特性和滲流工作要求，在本次工程堆石體填筑施工區(qū)域，需要遵循以下幾個方面設(shè)計工作原則：

（1）各區(qū)域相互之間必須要充分滿足水力過渡工作要求，從上游向下游大壩的滲透系數(shù)需要依次遞增，同時所對應(yīng)的下游大壩需要對應(yīng)上游區(qū)域反綠保護(hù)這種效果。

（2）壩軸線上游區(qū)域需要使用變形模量較高的堆石材料，而下游區(qū)域所使用的材料標(biāo)準(zhǔn)可以適當(dāng)放寬，有效保證水庫大壩蓄水之后，壩體的變形量得到進(jìn)一步控制，以此來有效減小水庫大壩面板和止水系統(tǒng)受到水體的破壞。

（3）在壩線下游變形模量較低的區(qū)域，可以合理使用樞紐建筑物的開挖材料，設(shè)置堆石區(qū)域以此來節(jié)省工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)成本，整個分區(qū)結(jié)構(gòu)需要盡可能簡化，方便工程施工的順利進(jìn)行，同時對水庫大壩材料運(yùn)輸工作以及填筑質(zhì)量進(jìn)行有效控制。

2.2 壩體和壩基以及岸坡之間的銜接

水庫大壩堆石體和壩基連接部分，主要分為壩軸線上游和壩主線下游兩種形式，堆石體和以及岸坡之間的連接需要遵循以下幾個方面設(shè)計原則：首先，壩軸線的上游堆石地基區(qū)域，需要根據(jù)1:0.5的邊坡結(jié)構(gòu)比例來進(jìn)行開挖，壩軸線的下游區(qū)域需要充分滿足岸坡的穩(wěn)定設(shè)計條件，只需要挖除其中的覆蓋層。其次，壩主線的上下游開挖邊坡段過度角大小不能超過20°。通過全部挖除壩體輪廓范圍的覆蓋層之后，對表面出現(xiàn)松動的石塊凹槽內(nèi)部的多余基礎(chǔ)以及突出的巖石、樹根、草皮等部分進(jìn)行徹底清理。

3 壩體防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 混凝土面板設(shè)計

面板堆石壩上游區(qū)域迎水面設(shè)置鋼筋混凝土面板，該面板是壩體結(jié)構(gòu)的主要防滲部分面板的設(shè)計工作中，必須要保證面板具有較低的透水性，有效滿足水庫大壩的防滲漏要求。面板必須要具有足夠的柔性，以此適應(yīng)大壩的變形要求。面板必須要具有更高的強(qiáng)度，可以承受外部產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力以及不均勻變形問題所產(chǎn)生的影響，避免面板產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。面板必須要具有更強(qiáng)的使用耐久度以及抗風(fēng)化和抗低溫能力。本次趙家壩水庫大壩總高度為63m，在山地地區(qū)根據(jù)上述設(shè)計工作原則，該工程面板混凝土設(shè)計厚度需要達(dá)到0.5m以上，面板的坡度比例為1:1.4，面板當(dāng)中需要設(shè)置鋼筋材料，以此來有效承受混凝土溫度應(yīng)力和干縮應(yīng)力所產(chǎn)生的影響。

3.2 接縫止水

根據(jù)面板的分縫、面板與趾板、防浪墻、趾板與趾板間的接縫，可分為A型受拉垂直縫、B型受壓垂直縫、C型周邊縫、D型伸縮縫、E型水平縫等5種接縫型式。為使接縫型式能適應(yīng)壩體變形，采用下列止水措施如表3。

表3 接縫型式及止水措施

3.3 擋水建筑物基礎(chǔ)設(shè)計與處理

趾板地基開挖面需要保證充分平整，不能出現(xiàn)明顯的陡坎和反坡問題，必要的情況下需要進(jìn)行削坡以及回填找平處理。高壩趾的建基面需要盡可能開挖到弱風(fēng)化層的上部位置，中堤壩可以建立在強(qiáng)風(fēng)化層的下方位置。在本次趙家壩水庫工程屬于中低壩，壩址基礎(chǔ)部分可以建立在強(qiáng)風(fēng)化層，下部直板上游區(qū)域邊坡結(jié)構(gòu)，根據(jù)永久邊坡形式進(jìn)行設(shè)計。高壩趾區(qū)域下游建基面以上的開挖坡度，不能比面板的底坡角度更大。堆石壩地基結(jié)構(gòu)部分需要徹底清理表面的覆蓋土層，可將其放置在風(fēng)化卸荷基礎(chǔ)巖層表面，堆石體地基在趾板下游0.3～0.5倍壩高范圍內(nèi)的巖質(zhì)岸坡，宜開挖成不陡于1:0.5的陡坡。岸坡很陡時可開挖成不陡于1:0.25的穩(wěn)定坡度或回填混凝土補(bǔ)坡，并設(shè)置低壓縮堆石區(qū)，壩軸線上游其余部位應(yīng)將妨礙堆石壓實(shí)的陡坎、倒懸體清除，或用貧混凝土、漿砌石等補(bǔ)成平順邊坡。固結(jié)灌漿線沿趾板中軸線兩側(cè)1.50m布置，采用雙排孔，排距、孔距為3m，按“梅花形”布置，固結(jié)灌漿深度按8m進(jìn)行設(shè)計，趾板下游低壓縮區(qū)建基面開挖要求同趾板，開挖應(yīng)平順不應(yīng)出現(xiàn)陡坎和反坡，必要時進(jìn)行削坡和回填混凝土找平處理，基礎(chǔ)可建于強(qiáng)風(fēng)化層下部，有效提高水庫擋水建筑物的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

在本次趙家壩水庫工程擋水建筑物的設(shè)計工作中，其中涉及的設(shè)計工作難點(diǎn)相對較多，需要充分考慮水庫大壩不同施工位置所產(chǎn)生的各種影響和差異性。尤其針對擋水建筑的基礎(chǔ)防滲透、穩(wěn)定性以及安全性設(shè)計工作方面，必須要和實(shí)際環(huán)境之間相適應(yīng)，充分發(fā)揮擋水建筑物的使用優(yōu)勢，提高水庫工程建設(shè)質(zhì)量和效果。