某水库坝体分区设计方法

陈嵩瀛

摘 要：以某水库项目为工程背景，围绕其坝体分区设计方法进行探讨，根据坝体分区原则，在考虑大坝可顺利运行情况下，确定了坝体分区的设计方案，并对坝体各个组成部分运行的受力特点以及坝料具体性质进行分析，以期能够给与之相关的项目提供更多借鉴经验。

关键词：水库 坝体分区 渗透系数

为保证大坝可顺利运行，需要对坝体进行分区，分区按照坝体所有构成要素运行的主要受力特征和坝料的具体特征等等。按照实际情况对大坝分区提出不同要求，从整体上实现建筑物的价值，开挖主要石料、降低项目造价以及优化施工现状等等。

1.工程概况

某水库的建筑物构成部分有堆石坝以及溢洪道还有泄洪输水隧洞。在这些构成部分中，堆石坝顶高为1883.40m，1828.40m是最低建基面高度，最大坝高是55m，142m是坝顶的长度，坝顶的宽度是6m；大坝上游坝坡的坡比是1：1.8，并在大坝下游坝坡1865m的高程处，建造马道，其宽度为2.0m，此高程以上及以下坝坡坡比均为1：17。无坎宽顶堰为其控制堰，控制段净宽度是10m，1879.90m为堰顶的高程。

2.坝体分区原则

（1）为保证坝体不同部位之间可协调变形，应当尽可能的降低变形程度，防止对面板以及止水体系造成破坏。承受水荷载的重要地点为坝轴线上游地区，该部位的堆石体拥有比较高的变形模量，在分区之时，可尽量减少坝轴线下游部位的堆石体变形模量。

（2）为保证坝体能够顺利完成排水工作，不同分区材料之间要尽可能符合水力过渡的需要，其中，渗透系数应当由上游至下游逐渐增加。

（3）充分使用合适建筑物对材料进行开挖工作。

（4）避免分区复杂，不同分区的最小尺寸应当符合机械化项目运作需求。

3.坝体分区设计

在对坝体进行分区设计之时，应当充分考虑坝料的强度以及施工条件等等，由上游到下游，在对大坝填筑分区之时，按照上游到下游可将其分成：上游堆石料以及过渡层区，中游主要包括反滤层以及粘土心墙防渗体区，另外，下游主要包括反滤以及过渡还有堆石料区。总体来看，坝体上、下游都使用干砌石护坡以及护砌。

3.1堆石料区

该项目在进行堆石料填筑工作之时，石料大部分都从石料场运输而来，石料场具体位置于水库下游地点，料场位置以及坝位两者距离是1km，石料场岩性主要构成部分是中厚层以及自云质灰岩，基岩几乎是出露的，泉水几乎都不出露，地下水位要远远比开采底界低。

按照料场当前地质现状可发现：开采区的岩石一般较为坚硬，若从风化角度对其分析，开采区岩石通常是弱风化和微新状的岩石。整体来看，料场里面不同层次的岩石特征几乎没有什么差异，在设计堆石料之时，要重点考虑以下几点：（1）保证坝体和坝坡的保持安全状态；（2）在开挖之时，尽可能通过不同枢纽建筑物中可利用的渣料；（3）在进行填筑堆石料分区工作之时，应当遵循坝体不同位置的详细要求，把质量优良的料使用于重点部位。

应在满足工程结构安全的情况下，应当将质量上乘的好料于关键部位使用，质量比较差的料于次要部位使用，将上、下游合理分区。大坝的关键受力部位是上游堆石料，为确保该地具有较强透水功能以及优良物理力学参数，应当使用的料的特性是：具有比较高强度的指标、透水功能较强等等，从而保证水位于降落情况之下，不会有较大孔隙水压力，使坝坡保持稳定状态；坝体下游的干燥地区对石料的强度需求并不高，因此在开挖料之时，可以选择标强度指标比较低的灰岩以及溢洪道等等；在对下游的排水区进行填筑工作之时，可使用比较优良的硬岩料，从而确保渗透到坝体中水可以顺利排出，防止水流断面收缩，水位高于常水位，从而威胁大坝安全。

堆石料自身力学特点与级配具有不可分割的关系密切相关，级配和岩性岩层产状以及爆破技艺密切相连。通过借鉴与之相关的项目所使用的级配材料，模拟制定的堆石料级配是：最大的粒径≤800mm，石料粒径要≤5mm，并且细料含量<20%，石料粒径>0.1mm的含量要<5%。设计孔隙比率是22%，因此对应的设计干密度是21.1kN/m3。堆石料要保证可以实现自由排水，其渗透系数是（3～10）×1010cm/s。

在对坝料进行填筑工作之时，应当按坝的等级以及高度等等，并充分参考与之类似的项目，从而确定具体数据。初步确定在表1中有所展示。

3.2过渡料区

对大坝进行分区之时，应当于反滤料以及堆石料之间设置过渡料区，此区域的坝料具体特性是：低压缩以及高抗剪特征，并具反滤的优势以及自由排水特征。料具体来源是石料场进行开挖工作之时所得到的弱风化岩石，其物理力学指标应当与过渡料相互协调，此分层的水平铺筑宽是15m，坡度比是1：0.25，由弱风化灰岩料制作。

为充分发挥垫层料的所具有的水力过渡的优势，其压实过后的过渡料的渗透系数应当是1×1010cm/ s-3×10-1cm/s。

3.3反滤料区

为了防止坝壳料以及心墙料出现变形的不良后果，使得心墙土料细中的颗粒存在流失问题，可在心墙两端安装反滤层。它的主要功能是能够保护粘土心墙，避免库水位降低时，心墙土料偏移到坝壳孔隙里面，还具有协调变形的优势。此区水平铺筑宽是15m，坡度比是1：0.25，原材料是弱风化灰岩。

反滤料抗剪强度较高，可以保证自身稳定运行，且具有优良半透水的性质，当心墙破坏的时候，能够稳定坝体渗漏量，从而确保其拥有抗渗性能，从而能够对细粒料造成反滤效果，渗漏现象出现之时，主要利用细粒料将渗流通道堵住，从而达到挡水目的。

3.4粘土心墙防渗体区

此区域位于坝体中上方，心墙轴线位置于坝轴线上游，与坝轴线两者相距1.5m，具体设计顶宽度为3.0m，因为此项目所处地点8度地震区域，所以地震设置的防烈度是8度，按照防止渗土料详细物理力学参数，在实际施工之中，模拟使用中厚心墙，心墙顶宽度为3m，1883.00m为顶部高度。上、下游坡比1：0.25，底高程1827.00m，心墙最大厚度为30.35m，该区域主要使用防渗心墙，粘土料来源于坝区下游粘土料场，粘土料在压实完成后，渗透系数应当<10×l0-5cm/s。

于大坝两肩以及河床位置之处开挖截槽，直到基岩，1.0～2.0m是截槽深入基岩，开挖深度为15.0～7.8m，在截槽底部安装厚度是0.6m的混凝土灌浆盖板。

4.结束语

由此可见，在对坝体分区进行设计工作的时候，应当在明确坝体各个区域实际工作以及受力条件还有坝料以及性质等等基础上，明确坝体主要分区之间的界限，保证堆石体实现排水畅通的目标，充分发挥建筑物的作用，进行开挖料工作，才能保证坝体分区设计的合理性。

参考文献：

[1]王相峰.尼雅水庫坝体分区研究[J].陕西水利，2018（05）：208-210.

[2]张汛.新疆小型水库工程大坝设计要点[J].陕西水利，2018（02）： 156-157.