水利工程堆石壩的設計策略范文

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1設計大壩構造

1.1壩頂設計

考慮到壩頂的施工規定、交通要求、抗震預防等情況，壩頂寬度定為7m。在壩頂上游建設墻底高程為1423.2m、墻的高度為4m、比規定蓄水位高出0.6m的L形防浪墻，在上游一側修建1m寬的檢修通道。根據工程計劃、壩體的建筑材料和抗震要求，在下游壩坡1411m高程處修建2.5m寬的馬路，建造堆石排水體系在下游壩坡腳，頂部高程1427m，頂寬4.0m。

1.2設計壩體分區

根據大壩的地質情況、大壩的建筑材料、均衡土石方等方面的情況，決定壩體應該使用的建筑材料，分別為:墊層區、過渡區、次堆石一區、次堆石二區、混凝土面板、下游壩面干砌塊石護坡、周邊縫特殊墊層區、主堆石區。使用灰巖爆破料作為此次工程墊層材料，剩下的壩體都使用砂巖料進行填充，灰巖的軟化指數為0.71，單軸飽和抗壓度為66.8MPa，砂巖軟化指數為0.61，平均單軸抗壓度為56MPa，軟化系數0.60。2.3大壩建筑材料的選用

(1)墊層料需要可以保持自身的平衡，有半透水的特性，有較好的支持面板的作用，而且具有非常好的耐剪度，當大壩面板出現裂縫的時候，對細粒料起到過濾的效果，維持自身的防滲均衡性和控制大壩的滲透量。墊層料一般由灰巖機壓制出來的灰巖料進行篩分混合制成。一般墊層料的直徑要低于79mm。

(2)過渡料是用來過濾保護墊層料的，通常在主堆石料和墊層料中間，顆粒直徑要低于300mm，顆粒直徑低于5mm的材料含量要保持在11%～21%左右，顆粒直徑為0.073mm以下的材料含量需要低于4%。

(3)水壓力的核心承擔區域為主堆石料區，主堆石料區需要有比較好的透水性和壓縮模量，這樣才可以保證面板不會產生嚴重的形變。石料的顆粒直徑都應該低于799mm，顆粒直徑為5mm的材料含量不大于14%，顆粒直徑不大于0.075的材料含量應該低于5%。

(4)次堆石區填充材料應該劃分為兩個區，以便完全使用建筑物的開挖石料，次堆石一區使用爆破砂巖料，在次石堆區高程1400m以下區域，顆粒直徑低于800mm，孔隙率低于21%。次堆石二區通常所用壩料由開挖石料和爆破新鮮砂巖料混合而成，在次堆石區1400m高程上方區域，顆粒直徑低于800mm，孔隙率低于21%。

(5)使用平趾板設計方案，以便于更好地進行施工，趾板的寬度為5m，厚度為0.6m，按照規定要求趾板的抗凍等級為F251，防滲漏等級為W11，強度設計等級為C31。設計一層雙向鋼筋，放置在趾板上方。趾板下方通過長度為2m、直徑為25mm的錨筋來增強基礎和趾板的連接強度。

(6)設計面板的時候需要考慮到崩裂、水的沖擊、滲水、使用期限等方面的因素，因此面板的設計厚度應該根據水位情況進行不斷調整。通常使用下面的公式來確定不同高程處面板厚度:t=0.30m+(0.002～0.0035)H;式中t為面板厚度。通過上式計算，面板底部的厚度應該為0.5m，面板上部的厚度應該為0.3m。考慮到大壩使用一段時間后會因為裂縫、地形、地質條件等原因引起大壩變形，應對大壩進行分縫處理，設計張性垂直縫在大壩兩肩的面板，設計壓性垂直縫隙在剩下的面板上。共設計縫距為11m的壓性垂直縫13條，縫隙距離為5m的張性垂直縫隙8條，面板的抗凍等級為F251，防滲漏等級為W11，強度設計等級為C31。

1.4設計大壩止水接縫

(1)面板壓性垂直縫。一般使用平接硬縫的方法來進行接縫，在下面放置一個用來止水的銅片，并且在有縫面涂上厚度為4mm瀝青乳膠。

(2)防浪墻伸縮縫。一般使用被瀝青浸泡過的青杉板放置在伸縮縫縫隙中，設計一個T形的止水銅片在上游側。

(3)趾板伸縮縫。保留7cm的V形槽在縫隙接口處，同時使用橡膠板放置在頂部縫口，起到保護作用。

(4)四周的止水縫。在周邊縫縫隙中放置經過瀝青浸泡的青杉板，使用橡膠板來保護頂縫口，在下部放置止水銅片，用瀝青砂漿層來填充挖槽，放置塑料VC棒在頂部凹槽中。

2壩基的建設處理

2.1壩基的建造

(1)設計需要開挖的壩基。把壩軸線上游兩岸的趾板線下方修整成比較平緩的坡度。在低于趾板下50m的范圍中挖掘坡度低于1∶0.4的坡度。兩邊岸坡都按照1∶0.25的坡度進行開挖。使用錨索對趾板以上的岸坡進行牢固。共使用200根長度為25m、承重量為190t的錨索，并采用梅花形設計。

(2)壩基修建。趾板是修建在弱風化的基巖上的，要使用加固底座布局、用混凝土填充開挖區的辦法來解決軟弱夾層、局部懸空、斷層破碎帶等問題。比較密實的河床下層沖洪巖石層，可以直接作為壩基使用。對挖開的建筑基面，要對地面進行密實處理，為了確保河床巖石有穩定的滲透性，應該填充并密實3m厚的墊層料在河床建基層中，然后再填充并密實3m厚的過渡料。

(3)在大壩軸線的下游岸坡部位，構造30m長的主堆石，再構建3m長的過渡料與主堆石連接起來，過渡料的覆蓋范圍應該在大壩軸線90m的下游范圍內。為使岸坡9m內的主堆石料更加密實，應該把直徑比較大的石塊分揀出來。

2.2對壩基進行覆蓋

針對河床段對平趾板的特性，研究出了以下幾種解決措施:①防漏墻剛性連接措施;②巖石趾板措施;③單防滲墻和雙防滲墻措施;④防滲墻柔性連接措施。通過認真對比上面的幾種可行措施，考慮到各方面的情況，使用混凝土防滲墻柔性連接方法，具有施工安全穩定、投入資金比較少、施工時間比較短的優點，因此在河床覆蓋層比較深的地方安置了床段平趾板基礎。趾板寬為7m、厚為1m，建基高程為2080m;使用混凝土防滲墻對趾板上游壩基進行防滲保護，墻體厚度定為1.3m。

3監控大壩的穩定性

(1)大壩壩基滲壓值在水位不斷改變的情況下，滲壓值也越來越高，當水庫水位為2200m時，大壩壩基的滲壓值為0.243MPa，大壩內水位為1300m。

(2)在填充構造好壩體后，壩基土受到的壓力逐漸變得非常平穩，不過隨著水位的不斷提高，還是對其有一定的影響，經監測得到，壩基土可以承受的最大壓力值為1.859MPa。

(3)不同部分的壩體最高土壓力分別為1.859MPa、0.804MPa、0.456MPa和0.321MPa，隨著時間的不斷增加，壓力值也越來越高，但是增高的趨勢越來越平緩。大壩壩體高值最大為1260mm，位于樁號壩橫0+068.4、壩縱0+001.0，高程2170.4m處。壩后坡移動最高值是往下游偏移36.1mm，下降為9.3mm。由以上監測結果可以看出，大壩后坡發生時效形變是在蓄水時，蓄水位逐步平穩后，壩后坡就逐步趨于平穩了。在使用監測儀器對大壩面板進行檢查時，儀器的監測數據都在正常的變化范圍內;根據測縫計顯示的測量結果，有一些地方在受到水壓的作用后，產生了很小的變形。固定式測斜儀監測數據顯示大壩面板發生了少量的位移，且頂部移動范圍略大一些，但是數據在正常的變化范圍內。由以上監測數據可以看出，大壩在高水位的情況，各個監測儀器所監測到的數據都是正常的，說明大壩質量符合規定。

4結語

隨著社會的發展，我國在水利水電工程方面也取得了非常大的成果，混凝土面板堆石壩也經常被使用到大壩建設中，但是還存在一定的缺陷。本文通過實際工程情況，介紹了混凝土堆石壩在建筑過程中應該注意的問題以及正確的處理方法，并通過儀器監測證明這一系列方法是可行的，從而使混凝土面板堆石壩在以后的壩工建設中更好地發揮作用。

作者：張建平單位：五華縣水利水電建設管理中心