杨柳水库混凝土面板堆石坝设计

李龙波

(四川水利职业技术学院工程勘查设计院，四川 都江堰，611830)

杨柳水库混凝土面板堆石坝设计

李龙波

(四川水利职业技术学院工程勘查设计院，四川 都江堰，611830)

杨柳水库混凝土面板堆石坝坝高56.97m，坝体填筑料弱风化及新鲜钙质粉砂岩，按照变形控制、渗流控制、施工等要求进行堆石体分区，充分利用开挖料作为坝体填筑料，大大节约了工程投资。面板设计采用聚丙烯纤维钢筋混凝土面板，可以有效减少收缩和裂缝的发生，提高混凝土的抗渗能力。止水设计采用铜止水材料，封堵了压力水的渗漏通道，且自身不会被水击穿，从而大大提高了止水铜片的抗绕渗性能。

杨柳水库 止水 混凝土面板堆石坝 设计

1 工程概况

杨柳水库位于宜宾市珙县珙泉镇，坝址位于小溪沟右岸一级支流杨柳沟下段，距珙县县城约16km，距珙泉镇约4.5km，工程对外交通方便。杨柳水库枢纽开发的主要任务是灌溉，同时兼有供水、人畜饮水等综合效益。水库总库容447.74万m3，控制灌溉面积306.93hm2。水库坝址以上控制集水面积9.8km2，多年平均流量0.242m3/s，多年平均年径流量762万m3。

坝址枢纽区河段位于大湾头河段，该段河流沿东西流向，略呈S型，进入坝区后较为顺直。坝址为横向河谷，区内地貌形态主要表现为侵蚀堆积地貌。河谷宽度20.0m～30.0m，河床宽2.5m～16.0m，河床高程424.20m～418.90m，纵坡比降11‰。两岸地形较对称，山顶高程511.70m～588.20m。

水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放空隧洞、联通隧洞组成。根据坝址地形地质条件，枢纽布置为混凝土面板堆石坝，左岸设开敞式溢洪道、放水隧洞、联通隧洞连接漂水岩水库。

2 混凝土面板堆石坝设计

2.1 大坝剖面设计

混凝土面板堆石坝坝顶高程462.30m，河床趾板基础最低高程405.33m，最大坝高56.97m，坝顶长123.66m，坝顶宽6.0m。坝顶上游设“U”型防浪墙，墙顶高程463.50m，墙底高程460.00m，高度3.5m。坝体填筑料为弱风化及新鲜钙质粉砂岩，根据筑坝材料性质和已建工程经验，大坝上游坝坡坡比选用1∶1.5，下游坝面在440.96m高程设2m宽马道，下游坝坡坡比1∶1.6。

2.2 坝体分区设计

2.2.1 分区原则

根据面板堆石坝的受力特性和工作机理，确定以下分区原则：

(1)变形控制。坝轴线上游部分堆石体是承受水荷载的主体，尽量采用压缩模量较大的材料，以最大限度地减小变形量。坝轴线以下堆石体的压缩模量可适当降低；

(2)渗流控制。各分区材料应满足水力过渡要求，渗透系数从上游至下游递增，以便尽快降低堆石体内的浸润线，保证渗漏水能通畅地排向下游；

(3)各分区最小尺寸应能满足机械化施工要求，方便施工；

(4)尽量利用坝区开挖料，节约工程投资。

2.2.2 分区设计

坝体分区从上游到下游分别为盖重区、上游铺盖区、垫层区、特殊垫层区、过渡层区、主堆石区、下游堆石区(次堆石区)和下游排水棱体。

(1)上游粉土铺盖区(1A)。粉煤灰加细沙作为铺盖辅助防渗，铺盖顶部高程429.00m，顶宽2.0m，上游坡度1∶1.5；

(2)盖重区(1B)。采用任意开挖料填筑，顶部高程429.00m，顶宽4.0m，上游坡度1∶2.5；

(3)垫层区(2A)。垫层区水平填筑宽度3.0m，以1∶1.5的坡等厚布置。材料采用漂水岩料场级配砂岩料，设计干密度2.32g/cm3，渗透系数为5×10-3cm/s～5×10-4cm/s。垫层料级配连续，最大粒径控制为80mm～100mm，小于5mm含量在30%～40%之间，小于0.075mm含量在5%～8%之间，填筑层厚40cm～50cm，振动碾压密实。垫层区填筑标准以孔隙率为设计控制指标，孔隙率控制在15%～20%。碾压层厚0.4m，碾压6遍，适量加水。坡面碾压密实后，再喷5cm厚混凝土处理成平整、坚硬的表面，以满足面板施工及临时渡汛的要求；

(4)特殊垫层区(2B)。为减少周边缝的位移，在趾板与面板相接处设特殊垫层区(2B)，利用最大粒径小于40mm且内部稳定的连续级配细反滤料，薄层碾压；

(5)过渡区(3A)。过渡层区介于垫层区与主堆石区之间，要求对垫层料起反滤保护作用，同时还起到将水推力传递至主堆石的作用。因此，要求其料级配连续，具有低压缩性和高抗剪强度，并具有自由排水性能。该区水平填筑宽度4.0m，等厚布置，材料为级配砂岩料，设计干密度2.27g/cm3，渗透系数为1×10-1cm/s～1×10-2cm/s。过渡料最大粒径控制为300mm，小于5mm含量不大于10%～20%。过渡区填筑标准以孔隙率为设计控制指标，孔隙率控制在18%～22%，碾压6遍，加水量25%；

(6)主堆石区(3B)。坝体主堆石区位于过渡层区、下游堆石区之间，为坝体主体受力结构，是承受水荷载的主要支撑体，一般要求压实后能自由排水，有较高的压实密度和变形模量，这就要求堆石料具有良好的级配。本工程主堆石料最大料径控制为600mm～800mm，小于5mm含量不大于15%，小于0.075mm含量不大于5%。设计干密度2.23g/cm3，渗透系数为5cm/s～1×10-1cm/s。主堆石区的填筑标准以孔隙率为设计控制指标，孔隙率控制在20%～25%，填筑层厚度0.8m，碾压6～8遍，加水量25%；

(7)下游堆石区(次堆石区)(3C)。即下游堆石区下游最高静水位以上部分，由于其变形对坝体和面板变形影响不大，采用溢洪道开挖料填筑。最大粒径1m，设计干密度20.6kN/m3，孔隙率25%，填筑层厚度1m，碾压6～8遍，加水量25%。

次堆石区位于主堆石区后，该区主要起维持坝体稳定的作用，并承受少量上游传来的水荷载。该区要求具有较好的透水性，能把上游的渗水顺利排往下游。下游坝壳堆石料的填筑标准可适当放宽，可利用枢纽建筑物开挖的强弱风化料碾压填筑。次堆石区的填筑标准以孔隙率作为设计控制指标，孔隙率控制在23%～28%。填筑下游坝壳时不得发生粗骨料集中架空现象，石渣料透水性良好，渗透系数不小于5.0×10-3cm/s。填筑层厚度1m，碾压6～8遍，加水量25%；

(8)下游排水棱体。在下游堆石区底部河床部位高程420.00m以下，布置堆石排水区及排水棱体。排水棱体顶宽2.0m，内外边坡分别为1∶1、1∶1.5，排水带及棱体采用弱风化及新鲜粉砂岩堆石填筑。排水体由四层组成，自下至上依次铺设15cm厚砂(d=0.25mm～1mm)、150cm厚碎石(d=1mm～5mm)，200cm厚碎石(d=5mm～30mm)，最外层砌筑干砌石。

3 坝体防渗结构设计

3.1 面板设计

面板是坝体防渗的主体结构，其厚度应满足防渗和耐久性要求，根据《混凝土面板堆石坝设计规范》，中低坝可采用0.3m～0.4m等厚面板。本工程采用0.4m等厚面板，以提高其柔性，适应坝体的变形，同时便于施工，只需制备一种规格的侧模即可。

面板总面积为6305m2，根据有限元分析结果，面板厚度0.4m，面板能适应应力和变形。按此规律，结合左、右岸的地形地质条件，面板中部垂直缝(压性)间距为12m，两岸坡垂直缝(张性)间距为6m。面板混凝土设计强度等级C25，抗渗等级W8，抗冻等级F50。

根据《混凝土面板堆石坝设计规范》要求，面板顶部厚度宜取0.3m，并向底部逐渐增加，在相应高度的厚度按以下公式计算确定：

t=0.3+(0.002～0.0035)H

式中：t——面板厚度(m)；

H——计算断面至面板顶部的垂直距离(m)。

根据计算成果，面板的厚度为0.3m～0.44m。面板采用单层双向配筋，各向配筋率0.4%。

为了减少混凝土收缩裂缝，提高混凝土的抗渗能力，面板采用聚丙烯纤维混凝土，掺入聚丙烯，可以在混凝土塑性阶段、变形模量较低时，有效减少收缩和裂缝的发生，在硬化后期也可以使干缩裂缝得到一定程度的抑制，从而使裂缝细化。

3.2 趾板设计

趾板既是面板的底座，也是防渗帷幕灌浆的压重板，与面板共同形成坝基以上的防渗体。本工程趾板布置采用“平趾板”方案，趾板厚0.6m，宽度按岩石地基容许水力梯度确定，趾板置于弱风化岩石上部，地基容许水力梯度取10，趾板宽度为5.0m。趾板每隔12m设一条伸缩缝，并用φ25mm锚筋插入岩石与基岩相连接，锚筋间距1.5m，排距1.5m。

趾板混凝土设计强度等级C25，抗渗等级W8，抗冻等级F50。趾板表面配置单层双向钢筋，纵、横向钢筋均为0.4%。

3.3 接缝止水设计

面板垂直缝分压性缝和张性缝。岸坡段张性缝，设底部“W”型止水铜片及水泥砂浆垫层，缝面均涂刷沥青乳剂，顶部柔性填料充填加有机复合盖板保护；河床段压性缝，设底部“W”型止水铜片及水泥砂浆垫层，缝面均涂刷沥青乳剂。坝顶防浪墙设置垂直缝，间距10m，缝间设置一道“W”型止水铜片。

位于面板和趾板之间的周边缝宽度为12mm，缝内用沥青木板充填，设置一道止水，下部“F”型铜片止水，上部柔性填料止水加有机复合盖板保护。

位于面板与防浪墙之间的水平缝宽度为12mm，缝内沥青木板充填，上部采用柔性填料止水加PVC遮盖带保护，底部“F”型铜片止水。周边缝缝面均涂刷沥青乳剂，缝中均充填沥青木板，以减少施工期混凝土面板因应力集中而损坏。

趾板与趾板之间设置一道止水，将“W”型铜片止水设置于中部，并伸入面板约2m左右。

4 坝基处理

4.1 坝基开挖

河床趾板下游20m范围(约0.3倍坝高)内清至基岩弱风化顶部，其余下游部分坝基，原则上应将基础面上的草皮、树根、表层砂卵石覆盖层及全风化层岩石清除干净。坝基开挖轮廓范围内不得有反坡，应避免出现台阶，均应挖成顺坡。

趾板以上左右岸开挖边坡，根据地质资料，左岸为1∶1.5、1∶2.3。右岸为1∶0.8、1∶0.6。

4.2 趾板基础处理

趾板置于基岩弱风化顶部，趾板地基和坝基范围内均无需特别处理的断层破碎带及软弱夹层。

趾板上、下游各布置一排固结灌浆孔，孔距2m，孔深5m。趾板中部设二排帷幕灌浆孔，孔距1.8m，其深度按深入相对不透水层(ω<5lu)5m以上控制。趾板帷幕与右岸坝肩和左岸溢洪道基础帷幕相连接，形成完整的地下防渗帷幕。

5 结语

5.1 周边缝止水设计，采用有机复合盖板塑性填充材料止水，可以提高止水铜片的抗绕渗性能。

5.2 面板采用聚丙烯纤维混凝土，可以减少混凝土收缩裂缝，提高混凝土的抗渗能力。

5.3 杨柳水库面板堆石坝设计，充分利用开挖料作为坝体填筑料，节约了工程投资。

〔1〕张昌龄.水工设计手册第四卷土石坝[M].北京：水利电力出版社出版，1984.

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2095-1809(2016)04-0052-03

李龙波(1981-)，男，工程师，四川威远人，学士学位，从事水利水电工程设计工作。