貴州省貴定縣高粱壩水庫碾壓混凝土重力壩設計

張關會

（貴州中水建設管理股份有限公司,貴州 貴陽 550002）

1 工程概況

壩址段河谷為不對稱 “V”字型谷,河床高程1079.0 m,左岸山脊高程1140.0 m,右岸山頂高程1132.8 m,山頂右側有一低矮埡口,埡口高程1123.8 m。左岸坡地形坡度50°左右,壩址出露志留系中統翁項組（T2）灰巖夾粉砂質灰巖、泥質灰巖。

水庫樞紐由重力壩、右岸防滲墻、壩頂溢洪道、取水放空管、輸水管線等建筑物組成。工程總投資13920.92萬元,總工期21個月。

2 總體布置

大壩為碾壓混凝土重力壩,壩軸線長143.0 m,軸線方位為NE17°,最大壩高53.0 m,壩頂高程1126.00 m,壩頂寬度5.0 m。大壩由溢流壩段及左右岸非溢流壩段組成,溢流壩段位于大壩中部,長18.5 m,堰頂高程為1121.00 m,溢流凈寬15.0 m,兩孔布置,單孔寬7.5 m,非溢流壩段左岸長56.93 m,右岸長70.57 m,非溢流壩上游面以上鉛直,下游面在1121.0 m高程以上鉛直,1121.0 m高程以下按照1∶0.8的坡比設置臺階,臺階尺寸為2.4 m×3.0 m（寬×高）。

溢洪道布置于壩頂中部,溢洪道由溢流控制段+壩面臺階+壩腳消力池組成,溢流堰采用WES實用堰,堰頂高程1121.0 m,溢流曲線后接壩面臺階,臺階后接消力池。

水庫取水及放空管采用兩管合一的方案埋設于大壩內,布置在右岸非溢流壩段,取水管管徑為1.0 m鋼管,壩前設置取水口,取水口采用C25 鋼筋混凝土井筒結構,進口設置2.5 m×2.0 m（寬×高）活動式攔污柵,攔污柵后設置1.5 m×1.5 m的檢修閘門,進口底板高程為1089.0 m。取水管長43.0 m,取水管末端設置閘閥室,閘閥室底板高程1082.20 m,閘閥室內分出直徑為0.5 m輸水管、直徑1.0 m放空管、管徑為0.25 m的生態放水管和管徑為0.25 m的灌溉取水管。放空管和生態放水管接入溢洪道的消力池內。

3 大壩結構設計

（1）非溢流壩段設計

非溢流壩段分布在溢洪道左右,左岸長56.93 m,右岸長70.57 m。壩頂高程1126.00 m,最大壩高53.0 m,壩頂寬度5.0 m,最大壩底寬度為43.4 m,上游面以上鉛直,下游面在1121.0 m高程以上鉛直,1121.0 m高程以下按照1∶0.8的坡比設置臺階,臺階尺寸為2.4 m×3.0 m（寬×高）,下游壩面臺階的設置為施工立模提供的方便,更好的體現碾壓大倉面快速施工的優勢。壩身材料為C15 三級配碾壓混凝土,上游面設置0.5 m厚 C20 二級配變態混凝土,其后為C20 二級配碾壓混凝土,厚度2.0 m,抗滲等級為W6。 非溢流壩段斷面圖見圖1。

圖1 溢流壩段剖面圖

（2）溢流壩段設計

當然綠水青山非一日之功，而我們即便“走的很遠很累”，也始終應記得出發時的初心。保護自然，亦需我們共同努力，相信在不久的將來，人類能真正與自然和諧共生。讓綠水青山譜就人間華章。

溢洪道布置于壩頂中部,溢流堰采用WES實用堰,堰頂高程1121.0 m,溢流堰凈寬15.0 m,分2×7.5 m兩孔布置,中墩厚1.5 m,上游面采用橢圓曲線,下游堰面曲線Y=0.142x1.85,結合非溢流壩下游面臺階的結構特點,溢洪道采用臺階消能,溢流曲線通過6 級（1300×1000）+2級（1500×1000）小臺過渡到壩面臺階（2400×3000）。利用壩面臺階消能,一方面為溢流壩段與非溢流壩段在1106 m高程以下實現同斷面的通倉碾壓創造條件,減少了溢洪道施工對大壩整體碾壓的干擾,另一方面利用壩面臺階消能減小了消力池長度,節省了工程投資。溢流壩段斷面圖見圖2。

圖2 溢流壩段剖面圖

兩側導墻最大高度6.2 m,寬1.0 m,臺階和側墻均采用C25 鋼筋混凝土澆筑,臺階末端設置消力池,消力池底板高程1077.0 m,池寬16.5 m,長16.0 m,邊墻高程1082.0 m。側墻頂寬1.0 m,內側直墻,外側坡度為1∶0.3,底寬為2.95 m,底板后1.0 m,基礎高程1075.50 m,底板和側墻均采用C25 鋼筋混凝土,在消力池底板設置排水孔,孔距、排距均為3 m。消力池底板與基礎采用Φ25錨桿連接,錨桿長4.5 m,梅花型布置,間距和排距均為3.0 m。消力池后設大塊石海墁,長9.0 m,厚0.8 m。

（3）壩體分縫及止水

高粱壩碾壓混凝土重力壩不設置縱縫,只設置橫縫,大壩共設置5 條橫縫,將大壩分為6 個壩段,在上游縫內設兩道止水,第一道為銅片止水,銅片止水下游再設置一道橡膠止水,在壩體分縫處廊道設置止水。

（4）壩體材料分區

大壩選用的天然石料廠位于壩下游左岸,距壩址400 m,石料巖性為泥盆系獨山組第三段、泥盆系上統灰巖及白云巖,巖體天然密度為2.61 g/cm3～2.82 g/cm3,單軸飽和抗壓強度35 MPa～60 MPa,強度滿足作混凝土骨料要求。

參照類似工程經驗及高粱壩水庫大壩自身的特點,壩身材料為C15 三級配碾壓混凝土,上游面設置0.5 m厚C20 二級配變態混凝土,其后為C20 二級配碾壓混凝土,厚度2.0 m,抗滲等級為W6,下游面設置0.6 m厚C20 二級配變態混凝土,大壩砼強度等級和性能要求見表 1。

表1 大壩砼強度等級和性能要求

根據混凝土標號及骨料的級配條件,碾壓混凝土施工前在滿足施工和易性等前提下進行試配,最終的施工采用配合比見表2。

4 大壩排水及廊道設計

（1）大壩排水

大壩排水系統包括壩身排水孔和壩基排水孔。壩身排水管由廊道垂直向上延伸至壩頂,間距4 m,孔徑100 mm；壩基排水孔孔徑100 mm,伸入基巖5 m,間距為3 m,壩身和壩基排水由廊道內排水溝。

（2）廊道設計

為減小壩體揚壓力和節省壩體灌漿無效進尺,壩體設置灌漿廊道,廊道上游側距壩軸線距離3.0 m,考慮到碾壓混凝土壩快速施工的特點,在滿足結合排水功能的前提,廊道只設置水平廊道,廊道底板高程1092.0 m,減少廊道施工對壩體碾壓填筑的干擾,同時廊道底板高程高于度汛高程（1089.0 m）,為大壩順利填筑到度汛高程創造有利條件。廊道采用城門洞型斷面,廊道內凈寬3.0 m,直墻凈高3.0 m,頂拱高1.0 m,頂拱中心角135°,頂拱及側墻均為C25鋼筋混凝,厚0.3 m,廊道內下游側設置300×300 排水溝。廊道的交通直接與壩后梯步連接壩頂,壩基和壩身的滲水通過橫向的排水孔排向壩體下游。

5 基礎處理

大壩河床段基礎放在中厚層鈣質粉砂巖的弱風化下部,兩岸坡基礎設置在弱風化中上下部,壩基開挖后巖體條件與勘察成果基本一致,巖體總體較完整,未發現斷層、軟弱夾層等現象,無泉點出露,構造跡象以裂隙為主,為加強基礎的完整和承載力,對大壩基礎進行固結灌漿,固結灌漿采用梅花形布置,間距3.0 m、排拒均為3.0 m,深入基巖8.0 m,針對河床局部和右岸壩0+031.60至壩0+042.70壩段裂隙發育地帶基礎固結加密布置,固結灌漿孔間距3.0 m、排拒均為1.5 m,深入基巖8.0 m。

通過固結灌漿前后的聲波檢測資料顯示,壩基左岸巖體灌漿前單孔聲波3209 m/s,灌漿后測試提升至3479 m/s、灌漿前跨孔測試平均波速為2990 m/s,灌漿后測試提升至3288 m/s；壩基中部巖體灌漿前單孔聲波為4383 m/s,灌漿后測試提升至4707 m/s,灌漿前跨孔測試平均波速為3986 m/s,灌漿后測試提升至4187 m/s；壩基右岸巖體灌漿前單孔聲波為4421 m/s、灌漿后測試提升至4721 m/s,灌漿前跨孔測試平均波速分別4219 m/s,灌漿后測試提升至4494 m/s,固結灌漿效果明顯,固結灌漿加強的基礎的完整性。

6 結論

高粱壩水庫碾壓混凝土重力壩結構及分區設計充分考慮碾壓混凝土大倉面碾壓、快速施工的特點,大壩下游壩面臺階的設置為施工立模提供的方便；利用壩面臺階消能,一方面為壩體大斷面的通倉碾壓創造條件,另一方面利用壩面臺階消能減小了消力池長度,節省了工程投資；灌漿廊道采用水平廊道布置及抬高底板高程的設計均起到減少廊道施工對壩體碾壓填筑的干擾的效果。高粱壩水庫大壩已經施工完成,近期將蓄水發揮效益,高粱壩水庫碾壓混凝土重力壩結構及分區設計在施工中取得良好效果,可為類似的工程提供借鑒。