三穂塘冲水库面板堆石坝设计

明 亮

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

三穂塘冲水库面板堆石坝设计

明 亮

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

塘冲水库是六洞河第二级综合开发利用水利工程。大坝位于滚马乡塘冲村河段，坝址控制流域面积185km2，多年平均年径流量1.024亿m3。坝址距离三穗县城17km，有通村公路经过坝址，交通比较方便。本工程主要任务为灌溉及供水，同时兼顾发电。工程枢纽主要由大坝枢纽工程、灌区枢纽工程和供水枢纽工程组成。文章分析了面板堆石坝设计的总体布置，并提出了挡水建筑物的设计要点。

塘冲水库；面板堆石坝；坝体分区；接缝止水

0 引 言

科学技术不断发展背景下的现代化建设对水库工程项目的设计使用稳定性要求越来越高。然而，在实际设计建设过程中，水库面板堆石坝设计受地质水文条件影响，使其作用安全性受到了威胁。为此，设计人员应从优化设计总体布置以及挡水建筑物设计，来实现其建设使用的目标。这是解决我国各地区进行现代化经济建设用水问题的重要课题内容，相关建设人员应将其重视起来。

1 工程概况

塘冲水库是六洞河第二级综合开发利用水利工程。大坝位于滚马乡塘冲村河段，坝址控制流域面积185km2，多年平均年径流量1.024亿m3。坝址距离三穗县城17km，有通村公路经过坝址，交通比较方便。本工程主要任务为灌溉及供水，同时兼顾发电。工程枢纽主要由大坝枢纽工程、灌区枢纽工程和供水枢纽工程组成。

水库正常蓄水位702m，相应库容4032万m3，死水位677m，死库容377万m3，调节库容3655万m3，校核洪水位706.574m，总库容5225万m3，水库为多年调节性能。拦河大坝为面板堆石坝，最大坝高53.5m。工程总体平面布置如图1所示。

2 面板堆石坝设计

2.1 坝坡

大坝主堆石区料场位于坝址下游0.5km处右岸，为下江群清水江组第二段第二层浅灰、灰色中至厚层变余层凝灰岩夹少量变余沙岩、变余凝灰岩及绢云母板岩[1]。其中，变余层凝灰岩单层厚0.3-0.8m，饱和单轴抗压强度Rb=57.85-122.65MPa，平均值80.5MPa，为坚硬岩。变余凝灰岩及绢云母板岩呈夹层状分布，厚5-25cm，饱和单轴抗压强度Rb=13.97-24.68MPa，平均值19.54MPa，为较软岩。剥离层主要为覆盖层及强风化层，平均按3m考虑，无用层为变余凝灰岩及绢云母板岩，厚2m，有用层平均开采厚度约25m。根据《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL228-98)对坝体筑坝材料的要求“主堆石区宜采用硬岩堆石料及沙砾料填筑”。经分析，变余层凝灰岩满足混凝土面板堆石坝筑坝要求[2]。

下游堆石区堆石料主要采用溢洪道开挖料。根据地质钻探资料，溢洪道部位下伏基岩为下江群清水江组第二段第四层的浅灰、灰色中厚层凝灰质板岩，平略组第一段的浅灰色变余粉沙岩及第二段的灰绿、紫红色绢云母板岩，岩层产状153°∠39°，垂直强风化层厚4.0-10.0m。该石料主要用于下游校核洪水位高程以上部分。

根据面板堆石坝设计规范及工程类比，大坝上、下游坝坡均为1∶1.5，并在下游687.00m高程、670.00m高程分别设2.0m宽马道。大坝上游面为钢筋混凝土面板，面板厚0.4m，下游面为C15预制混凝土块护坡，厚0.5m[3]。

图1工程总体平面布置图

2.2 坝体分区

在堆石坝设计中，应根据堆石体各部分受力特点、渗流要求和各自所起的作用，对堆石体进行适当分区。本工程划分的垫层区位于混凝土面板下部，其宽度主要受其所承受水力梯度、材料特性及河谷地形、施工工艺等方面的影响，拟定垫层区的水平厚度为3m。过渡区为细堆石料，它是垫层料与主堆石区的过渡料域，水平厚度3m。主堆石区上游坡为1:1.5，下游坡取1:0.5，该区是面板堆石坝的主体，是承受水荷载的主要支撑体。主堆石区后设次堆石区，可利用变形模量较低的石料，粒径可较主堆石区大，碾压层厚亦较主堆石区大。上游防渗补强盖重区采用弃渣回填，弃渣盖重的水平厚度为2.5m，上游铺盖区采用黏土铺筑，水平厚度为2.5m，填筑顶部高程均为665.00m，共同构成面板上游的第一道辅助防渗体[4]。

2.3 钢筋混凝土趾板

趾板基础的地层岩性从左岸至右岸依次为：下江群清水江组第二段第二层的浅灰、灰色中厚层变余层凝灰岩夹少量变余沙岩；第三层的浅灰、灰色薄至中厚层变余凝灰岩，偶夹变余层凝灰岩；第四层的浅灰、灰色中厚层变余层凝灰岩及平略组第一段的变余粉沙岩。，趾板基础置强风化下限岩体上。趾板是布置在面板周边、座落在河床及两岸基岩的混凝土结构，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。本工程趾板采用趾板面等高线垂直于“X”线布置形式，即平趾板方案。因本工程大坝不高(53.5m)，根据《混凝土面板堆石坝设计规范》SL228-98及类比已建工程经验，取趾板厚0.6m。趾板基础大部分置于弱风化基岩上，局部基础置于强风化基岩上(桩号：趾0+290.000-趾0+434.406段)。趾板宽度按岩石地基容许水力梯度确定，弱风化基岩段地基容许水力梯度取12，最大水头53m，趾板计算宽度4.4m；强风化基岩段地基容许水力梯度取10，最大水头44m，趾板计算宽度4.4m；偏安全考虑趾板宽度统一取为5.5m。同时对趾板下游侧基础面喷10cm厚C20混凝土处理，对基础处理措施的进一步加强。趾板混凝土采用C25，抗渗等级W8，抗冻等级F100。对趾板基础软弱夹层部位，主要采用局部深挖回填C20混凝土方式对基础作置换处理[5]。

趾板体型拟定后，为限制趾板混凝土裂缝开展宽度及深度，使趾板能够最大限度的承受混凝土干缩和温度应力，在趾板截面中部设一层双向钢筋，每向钢筋配筋率均按0.4%配筋设置。

2.4 钢筋混凝土面板

面板堆石坝上游迎水面设置的钢筋混凝土面板是水库坝体结构勇于防渗的施工内容。为此，面板是吧设计人员要按照《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL228-98)中提出的要求，对面板厚度进行如下计算：

t=0.30+(0.002-0.0035)H

(1)

式中：t为面板厚度；H为计算断面至面板顶部的垂直距离。面板混凝土采用滑模浇筑，为适应坝体变形，面板设垂直缝，在两坝肩附近的面板设张性垂直缝，间距6m左右，其余部分的面板设压性垂直缝，间距为12m。面板与趾板结合处设周边缝。

2.5 接缝止水

目前，可供选择的接缝止水设计主要3种，即周边缝、垂直缝以及趾板伸缩缝。 ①周边缝是面板坝止水体系中最薄弱环节，是漏水的主要通道。本工程周边缝设两道止水，上游面接缝留“V”型槽，槽内填GB柔性填料，外用三元乙丙GB橡胶复合板保护，下部设GBW复合的“F”型止水铜片，垫层料填筑之后，在铜片下部挖槽回填沥青沙浆垫层，上敷PVC塑料垫片黏结，止水铜片凹槽内设φ25氯丁橡胶棒，缝面涂刷沥青乳胶；②垂直缝，一方面，压性垂直缝(B型缝)均采用硬平缝结构，只采用一道底部GBW复合的“W1”型止水铜片，缝的另一侧缝面涂沥青乳液防黏剂，垫层料填筑之后，在止水铜片下部挖槽回填沥青沙浆垫层，上敷塑料片黏结，止水铜片凹槽内设φ25氯丁橡胶棒。另一方面，张性垂直缝(A型缝)采用两道止水，上游面接缝止水型式同周边缝，缝面“V”型槽内填GB柔性填料，下部止水同压性垂直缝；③趾板伸缩缝是指在缝间止水型式同B型缝，其能够与周边缝止水形成封闭系统，以提高作用于堆石坝的效果价值[6]。

3 结 语

本工程大坝于2015年8月施工完毕，项目施工过程没有大的设计方案变更，实施后没有发现大的质量缺陷问题，项目实施效果显著，并于2016年10完成水库蓄水安全鉴定。

[1]黄丽,王建峰.纳革水库混凝土面板堆石坝优化设计研究[J].浙江水利水电学院学报,2016(06):25-28，42.

[2]韩荣荣,郑晓红.仙居抽蓄电站上水库面板堆石坝安全监测设计及蓄水期成果分析[J].大坝与安全,2016(04):30-34.

[3]黄典宇.彭村水库面板堆石坝坝肩连接建筑物设计探讨[J].福建水力发电,2016(01):22-24.

[4]冉毅碧.大沙坝水库混凝土面板堆石坝优化设计[J].水利规划与设计,2015(04):90-92.

[5]陈清松,张文胜.铜灌口水库面板堆石坝筑坝材料优化设计[J].水利建设与管理,2014(11):31-36.

[6]陈洪来,宁永升,常姗姗,等.溧阳抽水蓄能电站上水库面板堆石坝设计及优化[J].水力发电,2013(03):32-34，37.

1007-7596(2017)08-0105-02

2017-07-24

明亮(1978-)，男，贵州安顺人，高级工程师，从事水利水电设计工作。

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