三穂塘沖水庫面板堆石壩設(shè)計(jì)

明 亮

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽 550002)

三穂塘沖水庫面板堆石壩設(shè)計(jì)

明 亮

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽 550002)

塘沖水庫是六洞河第二級綜合開發(fā)利用水利工程。大壩位于滾馬鄉(xiāng)塘沖村河段，壩址控制流域面積185km2，多年平均年徑流量1.024億m3。壩址距離三穗縣城17km，有通村公路經(jīng)過壩址，交通比較方便。本工程主要任務(wù)為灌溉及供水，同時兼顧發(fā)電。工程樞紐主要由大壩樞紐工程、灌區(qū)樞紐工程和供水樞紐工程組成。文章分析了面板堆石壩設(shè)計(jì)的總體布置，并提出了擋水建筑物的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

塘沖水庫；面板堆石壩；壩體分區(qū)；接縫止水

0 引 言

科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展背景下的現(xiàn)代化建設(shè)對水庫工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)使用穩(wěn)定性要求越來越高。然而，在實(shí)際設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，水庫面板堆石壩設(shè)計(jì)受地質(zhì)水文條件影響，使其作用安全性受到了威脅。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從優(yōu)化設(shè)計(jì)總體布置以及擋水建筑物設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)其建設(shè)使用的目標(biāo)。這是解決我國各地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)用水問題的重要課題內(nèi)容，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)將其重視起來。

1 工程概況

塘沖水庫是六洞河第二級綜合開發(fā)利用水利工程。大壩位于滾馬鄉(xiāng)塘沖村河段，壩址控制流域面積185km2，多年平均年徑流量1.024億m3。壩址距離三穗縣城17km，有通村公路經(jīng)過壩址，交通比較方便。本工程主要任務(wù)為灌溉及供水，同時兼顧發(fā)電。工程樞紐主要由大壩樞紐工程、灌區(qū)樞紐工程和供水樞紐工程組成。

水庫正常蓄水位702m，相應(yīng)庫容4032萬m3，死水位677m，死庫容377萬m3，調(diào)節(jié)庫容3655萬m3，校核洪水位706.574m，總庫容5225萬m3，水庫為多年調(diào)節(jié)性能。攔河大壩為面板堆石壩，最大壩高53.5m。工程總體平面布置如圖1所示。

2 面板堆石壩設(shè)計(jì)

2.1 壩坡

大壩主堆石區(qū)料場位于壩址下游0.5km處右岸，為下江群清水江組第二段第二層淺灰、灰色中至厚層變余層凝灰?guī)r夾少量變余沙巖、變余凝灰?guī)r及絹云母板巖[1]。其中，變余層凝灰?guī)r單層厚0.3-0.8m，飽和單軸抗壓強(qiáng)度Rb=57.85-122.65MPa，平均值80.5MPa，為堅(jiān)硬巖。變余凝灰?guī)r及絹云母板巖呈夾層狀分布，厚5-25cm，飽和單軸抗壓強(qiáng)度Rb=13.97-24.68MPa，平均值19.54MPa，為較軟巖。剝離層主要為覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層，平均按3m考慮，無用層為變余凝灰?guī)r及絹云母板巖，厚2m，有用層平均開采厚度約25m。根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL228-98)對壩體筑壩材料的要求“主堆石區(qū)宜采用硬巖堆石料及沙礫料填筑”。經(jīng)分析，變余層凝灰?guī)r滿足混凝土面板堆石壩筑壩要求[2]。

下游堆石區(qū)堆石料主要采用溢洪道開挖料。根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，溢洪道部位下伏基巖為下江群清水江組第二段第四層的淺灰、灰色中厚層凝灰質(zhì)板巖，平略組第一段的淺灰色變余粉沙巖及第二段的灰綠、紫紅色絹云母板巖，巖層產(chǎn)狀153°∠39°，垂直強(qiáng)風(fēng)化層厚4.0-10.0m。該石料主要用于下游校核洪水位高程以上部分。

根據(jù)面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范及工程類比，大壩上、下游壩坡均為1∶1.5，并在下游687.00m高程、670.00m高程分別設(shè)2.0m寬馬道。大壩上游面為鋼筋混凝土面板，面板厚0.4m，下游面為C15預(yù)制混凝土塊護(hù)坡，厚0.5m[3]。

圖1工程總體平面布置圖

2.2 壩體分區(qū)

在堆石壩設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)堆石體各部分受力特點(diǎn)、滲流要求和各自所起的作用，對堆石體進(jìn)行適當(dāng)分區(qū)。本工程劃分的墊層區(qū)位于混凝土面板下部，其寬度主要受其所承受水力梯度、材料特性及河谷地形、施工工藝等方面的影響，擬定墊層區(qū)的水平厚度為3m。過渡區(qū)為細(xì)堆石料，它是墊層料與主堆石區(qū)的過渡料域，水平厚度3m。主堆石區(qū)上游坡為1:1.5，下游坡取1:0.5，該區(qū)是面板堆石壩的主體，是承受水荷載的主要支撐體。主堆石區(qū)后設(shè)次堆石區(qū)，可利用變形模量較低的石料，粒徑可較主堆石區(qū)大，碾壓層厚亦較主堆石區(qū)大。上游防滲補(bǔ)強(qiáng)蓋重區(qū)采用棄渣回填，棄渣蓋重的水平厚度為2.5m，上游鋪蓋區(qū)采用黏土鋪筑，水平厚度為2.5m，填筑頂部高程均為665.00m，共同構(gòu)成面板上游的第一道輔助防滲體[4]。

2.3 鋼筋混凝土趾板

趾板基礎(chǔ)的地層巖性從左岸至右岸依次為：下江群清水江組第二段第二層的淺灰、灰色中厚層變余層凝灰?guī)r夾少量變余沙巖；第三層的淺灰、灰色薄至中厚層變余凝灰?guī)r，偶夾變余層凝灰?guī)r；第四層的淺灰、灰色中厚層變余層凝灰?guī)r及平略組第一段的變余粉沙巖。，趾板基礎(chǔ)置強(qiáng)風(fēng)化下限巖體上。趾板是布置在面板周邊、座落在河床及兩岸基巖的混凝土結(jié)構(gòu)，是面板的底座，也是防滲帷幕灌漿的壓重板，與面板共同形成壩基以上的防滲體。本工程趾板采用趾板面等高線垂直于“X”線布置形式，即平趾板方案。因本工程大壩不高(53.5m)，根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL228-98及類比已建工程經(jīng)驗(yàn)，取趾板厚0.6m。趾板基礎(chǔ)大部分置于弱風(fēng)化基巖上，局部基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化基巖上(樁號：趾0+290.000-趾0+434.406段)。趾板寬度按巖石地基容許水力梯度確定，弱風(fēng)化基巖段地基容許水力梯度取12，最大水頭53m，趾板計(jì)算寬度4.4m；強(qiáng)風(fēng)化基巖段地基容許水力梯度取10，最大水頭44m，趾板計(jì)算寬度4.4m；偏安全考慮趾板寬度統(tǒng)一取為5.5m。同時對趾板下游側(cè)基礎(chǔ)面噴10cm厚C20混凝土處理，對基礎(chǔ)處理措施的進(jìn)一步加強(qiáng)。趾板混凝土采用C25，抗?jié)B等級W8，抗凍等級F100。對趾板基礎(chǔ)軟弱夾層部位，主要采用局部深挖回填C20混凝土方式對基礎(chǔ)作置換處理[5]。

趾板體型擬定后，為限制趾板混凝土裂縫開展寬度及深度，使趾板能夠最大限度的承受混凝土干縮和溫度應(yīng)力，在趾板截面中部設(shè)一層雙向鋼筋，每向鋼筋配筋率均按0.4%配筋設(shè)置。

2.4 鋼筋混凝土面板

面板堆石壩上游迎水面設(shè)置的鋼筋混凝土面板是水庫壩體結(jié)構(gòu)勇于防滲的施工內(nèi)容。為此，面板是吧設(shè)計(jì)人員要按照《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL228-98)中提出的要求，對面板厚度進(jìn)行如下計(jì)算：

t=0.30+(0.002-0.0035)H

(1)

式中：t為面板厚度；H為計(jì)算斷面至面板頂部的垂直距離。面板混凝土采用滑模澆筑，為適應(yīng)壩體變形，面板設(shè)垂直縫，在兩壩肩附近的面板設(shè)張性垂直縫，間距6m左右，其余部分的面板設(shè)壓性垂直縫，間距為12m。面板與趾板結(jié)合處設(shè)周邊縫。

2.5 接縫止水

目前，可供選擇的接縫止水設(shè)計(jì)主要3種，即周邊縫、垂直縫以及趾板伸縮縫。 ①周邊縫是面板壩止水體系中最薄弱環(huán)節(jié)，是漏水的主要通道。本工程周邊縫設(shè)兩道止水，上游面接縫留“V”型槽，槽內(nèi)填GB柔性填料，外用三元乙丙GB橡膠復(fù)合板保護(hù)，下部設(shè)GBW復(fù)合的“F”型止水銅片，墊層料填筑之后，在銅片下部挖槽回填瀝青沙漿墊層，上敷PVC塑料墊片黏結(jié)，止水銅片凹槽內(nèi)設(shè)φ25氯丁橡膠棒，縫面涂刷瀝青乳膠；②垂直縫，一方面，壓性垂直縫(B型縫)均采用硬平縫結(jié)構(gòu)，只采用一道底部GBW復(fù)合的“W1”型止水銅片，縫的另一側(cè)縫面涂瀝青乳液防黏劑，墊層料填筑之后，在止水銅片下部挖槽回填瀝青沙漿墊層，上敷塑料片黏結(jié)，止水銅片凹槽內(nèi)設(shè)φ25氯丁橡膠棒。另一方面，張性垂直縫(A型縫)采用兩道止水，上游面接縫止水型式同周邊縫，縫面“V”型槽內(nèi)填GB柔性填料，下部止水同壓性垂直縫；③趾板伸縮縫是指在縫間止水型式同B型縫，其能夠與周邊縫止水形成封閉系統(tǒng)，以提高作用于堆石壩的效果價(jià)值[6]。

3 結(jié) 語

本工程大壩于2015年8月施工完畢，項(xiàng)目施工過程沒有大的設(shè)計(jì)方案變更，實(shí)施后沒有發(fā)現(xiàn)大的質(zhì)量缺陷問題，項(xiàng)目實(shí)施效果顯著，并于2016年10完成水庫蓄水安全鑒定。

[1]黃麗,王建峰.納革水庫混凝土面板堆石壩優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2016(06):25-28，42.

[2]韓榮榮,鄭曉紅.仙居抽蓄電站上水庫面板堆石壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì)及蓄水期成果分析[J].大壩與安全,2016(04):30-34.

[3]黃典宇.彭村水庫面板堆石壩壩肩連接建筑物設(shè)計(jì)探討[J].福建水力發(fā)電,2016(01):22-24.

[4]冉毅碧.大沙壩水庫混凝土面板堆石壩優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2015(04):90-92.

[5]陳清松,張文勝.銅灌口水庫面板堆石壩筑壩材料優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].水利建設(shè)與管理,2014(11):31-36.

[6]陳洪來,寧永升,常姍姍,等.溧陽抽水蓄能電站上水庫面板堆石壩設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J].水力發(fā)電,2013(03):32-34，37.

1007-7596(2017)08-0105-02

2017-07-24

明亮(1978-)，男，貴州安順人，高級工程師，從事水利水電設(shè)計(jì)工作。

TV641.4

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