關于坡馬水庫混凝土面板堆石壩擋水建筑物的壩體結構設計

鐘京發

（貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 水庫工程概況

坡馬水庫工程總庫容量為159萬m3，工程等級為Ⅳ小（一）水庫工程。水庫工程永久性水工建筑體設計為4級，臨時建筑物設計為5級，主要用于擋水、泄水、取水以及水庫供水等多個方面工作。在坡馬水庫工程建設過程中，混凝土面板堆石壩、溢洪道以及取水間放空隧洞，根據30年一遇的最大洪水標準來進行設計，同時以300年一遇的洪水進行校核。消能防沖建筑體標準根據20年一遇的洪水標準來進行設計，供水管道高水位以及跨河建筑建筑物，根據10年一遇的洪水標準來進行設計。針對本次坡馬水庫工程擋水建筑物壩體結構設計方式進行了深入探究，有效增強擋水建筑物的整體使用效果。

2 擋水建筑物壩體結構設計分析

2.1 壩體結構布置

在坡馬水庫工程中，混凝土面板堆石壩壩軸線，以直線形式來進行設計，壩軸線的方位角為N72.94°E，大壩最高高度為50.0m，大壩頂長為199.67m，大壩頂部高程為663.50m，大壩防浪墻頂部高程為664.70m，大壩頂部寬度為6m，底部最大寬度為151.61m。水庫大壩上游壩坡比例為1:1.4，下游壩坡比例為1:1.4，大壩下游壩坡在高程636.00m、623.00m以及649.00m分別設置2.0m寬的馬道。同時在大壩上游面使用鋼筋混凝土面板來進行防滲水處理。混凝土面板厚度為0.45m，趾板位于強風化層的中下部區域厚度設定為0.5m，寬度統一為5.5m。

2.2 壩頂高程確定

坡馬水庫工程大壩等級為4級，建筑物混凝土面板堆石壩，依照30年一遇的洪水標準來進行設計來確定防浪墻到高程大小。根據洪水調度計算工作結果，水庫大壩設計洪水位高度為661.91m，校核洪水位高度為662.75m，正常蓄水位高度為660.00m。在壩頂設計工作過程中，根據混凝土面板堆石壩設計工作規范要求，綜合考慮到大壩高度和壩頂坡度設計標準，參考以往的設計工作經驗，選擇壩體頂部寬度為6.0m，大壩頂部高程根據正常使用狀態下和非正常使用狀態下的計算工作數據，如表1所示。

表1 大壩超高計算

大壩頂部高程的計算方式，主要以設計洪水位的具體情況來進行確認，選擇壩頂高程為663.50m，超過最高靜水位高度，壩頂部上游區域設置防浪墻，防浪墻的頂部高程設置為664.70m，下游設置出欄桿壩頂面直接設置成單側排水坡，坡度大小為2%，防浪墻使用鋼筋混凝土結構，同時面板頂部高程為662.50m，超過設計洪水位661.91m，墻體總高度為2.7m。

3 壩體壩坡結構設計

鋼筋混凝土防滲面板設計在大壩的上游區域設置鋼筋混凝土面板，作為壩體的主要防滲透結構。在面板的設計工作中，主要遵循以下幾個方面的工作原則：①面板設計必須要具有較低的透水性，以此滿足面板堆石壩的防滲工作要求；②必須要具有充足的柔韌性，以此來有效適應壩體產生變形問題；③需要具有足夠的韌性和強度，可以承受一定的外部壓力，防止自身出現變形和開裂問題；④需要具有更高的耐久性，全面提高面板堆石壩的抗風化和抗低溫能力。在本次面板堆石壩的最大高程為50.0m，設置在河谷的狹窄區域，兩岸的邊坡變化起伏相對較大，同時對面板的結構穩定性要求相對較高，因此在擬定面板混凝土強度等級設定為C25，抗滲透等級設定為W8，抗凍等級設定為F100。根據混凝土面板堆石壩的設計工作規范計算，面板堆石壩的厚度需要保證在0.4°～0.47°之間，同時有效參考國內外一些成功的工程施工經驗，并結合本次水庫工程混凝土面板堆石壩的設計工作情況，在中低壩區域采用0.45m等厚度面板。大壩高度為50m，面板底部的最大水的梯度111小于200，滿足設計工作規范要求。在面板堆石壩內部設置出鋼筋結構，以此承受混凝土溫度應力和干縮應力產生的影響。在面板截面中設置單層雙向鋼筋，根據規范要求，需要保證每向配筋率范圍控制在0.3%～0.4%之間。充分考慮到本次坡馬水庫工程的建設位置位于地震多發區域，因此必須要充分考慮到大壩整體結構的抗震工作效果，在面板堆石壩混凝土材料當中加入一定量聚丙乙烯防裂，面板配筋率在規定范圍之內取最大值，每項配金率為0.4%。

面板混凝土采用的是滑模施工，為適應壩體變形問題，在面板兩側區域附近設置張性垂直縫，其余部位面板設壓性垂直縫，面板的總數量為21塊，面板和趾板結合區域設置出周邊縫。在本次工程當中充分考慮到抗震設防等級，需要根據水工建筑物抗震設計工作標準，對面板水平施工縫進行針對性設計，同時需要在施工縫上下特定范圍之內設置出雙層鋼筋來進行加固。在本次水庫工程面板堆石壩的設計工作中，每塊面板采用一次性張拉方式，不存在施工縫，如果在雨水過后其他因素中斷了面板混凝土澆筑工作，則必須進行施工縫處理并且布置加強鋼筋。

4 壩頂結構設計

在壩頂寬度設計過程中，不但需要滿足正常使用期間的基本交通、人類通行以及觀測工作的相關要求，同時還需要充分滿足施工過程中的混凝土面板堆石壩澆筑工作。由于本次水庫大壩壩高為中壩，根據設計工作規范要求大壩頂部寬度設定為5～8m，充分滿足設計工作規范要求，并且結合實際施工情況，將擬定壩體徑寬度設定為6.0m，基于坡馬水庫壩線洪水調節計算分析，對壩頂結構進行針對性設計，如表2所示。

表2 坡馬水庫壩線洪水調節計算成果

在防浪墻高度設計工作中，通過采用高防浪墻的主要作用，在于降低壩體整體施工量，同時為混凝土面板施工開辟出更加廣闊的施工場地。根據本次設計工作當中的相關規定，要求從質量角度和安全性角度方面來進行分析，防浪墻的高度通常設計為4～6m，墻體頂部高度超過水庫大壩壩頂1.0～1.2m。①防浪墻穩定計算擋墻自重標準值（沿壩軸線方向取單位寬度，即1.0m，下同）：

式中：γ混凝土-混凝土容重，鋼筋混凝土取值為25kN/m3。

②上部混凝土路面壓力標準值：

式中：Gk-上部混凝土路面壓力；γ-混凝土容重，取值為24kN/m3；b1-截面寬；h1-截面高，墻后碎石墊層側向壓力。由于大壩頂部和面板沉降會產生不同程度的變形現象，防浪墻和面板的接縫位置很容易受到破壞，防浪墻的底部高程宜超過水庫正常的蓄水位高度，因此有效結合本次工程的實際涉及工作情況，在大壩頂部設置出L型鋼筋混凝土防浪墻，墻體高度為2.7m，墻體頂部高程均為662.00m，較正常的蓄水位660.00m超過2m，相比于設計水位661.91m，超過0.009m。

5 結語

通過本文對我國貴州省貞豐縣坡馬水庫工程建設施工全面分析和研究，針對坡馬水庫工程混凝土面板堆石壩，擋水建筑物壩體結構設計工作要點進行全面分析，以便擋水建筑正式投入使用之后，其穩定性良好且滿足水庫工程的整體工作要求。