德昌县和平水库工程混凝土面板堆石坝设计

(四川省内江水利电力勘察设计院有限公司，四川 内江，641000)

1 工程概况

和平水库位于四川省凉山州德昌县茨达乡和平村境内，是在雅砻江二级支流安宁河下游右岸茨达河上兴建的一座以农业灌溉为主，兼顾乡镇、农村供水的中型水利工程。水库坝址位于磨房沟口上游约0.9km处，坝址以上集水面积61.0km2，河长13.9km，河道平均比降46.2‰，水库距德昌县城37km。水库为年调节水库，正常蓄水位1820.00m，相应库容为2230万m3，水库校核洪水位1821.22m，总库容为2327万m3，调节库容2087万m3，死水位1770.00m，死库容143万m3。水库设计灌溉面积0.72万hm2，供水人口6.22万人。

根据四川省赛思特科技有限责任公司提供的《德昌县和平水库工程场地地震安全性评价报告》成果，工程场地的地震基本烈度为Ⅷ度，坝址区未来50年超越概率为10%、5%基岩地震动峰值加速度143cm/sec2、193cm/sec2；100年超越概率为2%基岩地震动峰值加速度332cm/sec2。

和平水库工程由水库枢纽工程和灌区工程两部分组成。水库枢纽工程由大坝、右岸开敞式溢洪道、右岸放水放空洞等组成。其中大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶高程1823.00m，坝顶长370.0m，坝顶宽8.0m，最大坝高为89.0m。大坝总填筑方量约290×104m3。

2 枢纽布置

2.1 坝址地形地质条件

坝址区河段总体相对弯曲，茨达河由S8°W流经坝址区，河漫滩和阶地局部发育，“V”字型河谷与“U”字型河谷间断出现，坝址区河床河水面高程1752m～1742m，谷宽100m～150m，河水面宽8m～10m，两岸岸坡地形坡度25°～45°。

河床和漫滩段地表覆盖第四系冲洪积粉土和砂砾石，厚3.92m～7.20m，表层粉土厚0.00～4.0m，砂砾石厚1.48m～6.70m；岸坡段地表覆盖第四系残坡积碎砾石土，厚1.15m～2.97m。下伏辉长岩全风化带厚0.00～6.52m，强风化带厚5.74m～12.37m，弱风化带厚12.70m～23.25m。

2.2 水库枢纽平面布置

和平水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放空放水洞等建筑物组成。

拦河大坝采用钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶高程1823.00m，坝顶轴线长370.0m，坝顶宽8.0m，最大坝高89.0m，坝基置于强风化辉长岩上。

溢洪道布置在大坝右坝肩，采用2孔开敞式有闸宽顶堰表孔泄流，孔口尺寸6.0m×5.5m(宽×高)；泄槽段为城门洞型，底宽6.0m，高6.0m；末端采用挑流消能。

放空、放水洞位于右岸，采用“龙抬头”型式，由导流洞改造而成。

3 混凝土面板堆石坝设计

3.1 大坝结构设计

拦河大坝采用钢筋混凝土面板堆石坝，坝前正常蓄水位1820.00m，设计洪水位1820.18m，校核洪水位1821.14m，死水位1770.00m，坝顶高程1823.00m，坝顶轴线长370.0m，坝顶宽8.0m，河床趾板建基面高程1734.00m，最大坝高89.0m。

大坝上游坡坡比为1∶1.506；下游设三级坝坡，坡比均为1∶1.6，并分别在高程1793.00m和1763.00m处设3.0m宽马道。坝顶上游侧设置C25钢筋混凝土防浪墙，坝顶以上墙高1.2m，防浪墙上游底部设置1.0m宽检修小道；坝顶下游侧设置1.2m高不锈钢景观栏杆。

3.2 坝料选择

和平水库新填筑堆石料岩性为二叠系辉长岩，主料场位于库区左岸团包山料场，运距较近，备用料场位于大坝下游溢洪道出口对岸。根据料场岩石室内试验成果：强风化辉长岩饱和抗压强度33.9MPa～35.6MPa，平均34.1MPa，软化系数0.60，属中硬岩类；弱风化辉长岩饱和抗压强度52.8MPa～66.3MPa，平均58.5MPa，软化系数0.68，属中硬岩类；微风化辉长岩饱和抗压强度61.7MPa～77.8MPa，平均68.8MPa，软化系数0.77，属坚硬岩类，强度较高，抗软化能力较强。

3.3 坝体填筑分区

坝体从上游至下游分别为粉细砂铺盖区(1A)、盖重区(1B)、垫层区(2A)、特殊垫层区(2B)、过渡区(3A)、上游主堆石区(3B)、下游次堆石区(3C)、下游主堆石区(3B)、下游干砌块石护坡(3D)。坝体分区见附图。

附图 坝体填筑分区

3.4 坝料填筑设计

3.4.1 粉细砂铺盖区(1A)

粉细砂铺盖区(1A)位于面板上游下部，顶高程1769.00m，顶宽3m，上游坡为1∶1.506。铺盖区采用购买的粉细砂进行填筑。

3.4.2 盖重区(1B)

盖重区保护区(1B)位于粉细砂铺盖(1A)的上游，维持粉细砂铺盖的稳定，并起保护作用，采用坝基开挖任意料进行填筑，顶部高程1769.00m，顶宽8.0m，上游坡1∶4.0。

3.4.3 垫层区(2A)

垫层区位于混凝土面板下部，设计水平宽度为3.0m。垫层料采用料场爆破开采料，设计最大粒径不超过40cm，控制干密度>2.30g/m3、孔隙率<20%，小于5mm粒径的含量控制在35%～55%范围，小于0.075mm粒径的含量控制在4%～8%，渗透系数1×10-2cm/s～1×10-3cm/s。

3.4.4 特殊垫层区(2B)

特殊垫层料位于周边缝下游侧，为梯形断面，顶宽2m，高3m，上游坡坡比为1∶1.5，下游坡坡比为1∶1，采用料场爆破开采料掺配后填筑。设计最大粒径不超过20cm，控制干密度>2.33g/m3、孔隙率<19%，小于5mm粒径的含量控制在40%～60%范围内，小于0.075mm粒径的含量控制在4%～8%，渗透系数1×10-3cm/s～1×10-4cm/s。

3.4.5 过渡区(3A)

过渡区位于垫层区和上游堆石区之间，水平宽度为3.0m，采用料场爆破开采料。设计最大粒径不超过30cm，控制干密度>2.23g/cm3、孔隙率<22%，小于5mm粒径的含量控制在20%～35%范围内，小于0.075mm粒径的含量控制在<5%，渗透系数大于1×10-3cm/s。

3.4.6 主堆石区(3B)

主堆石区位于过渡区和次堆石区之间，采用料场爆破开采料。设计最大粒径不超过100cm，控制干密度>2.17g/cm3、孔隙率<24%，小于5mm粒径的含量控制在≤20%范围内，小于0.075mm粒径的含量控制在≤5%，渗透系数大于1×10-2cm/s。

3.4.7 次堆石区(3C)

次堆石区位于下游坝壳料和主堆石区之间，采用料场爆破开挖料。次堆石区顶高程1803.00m，上游侧距坝轴线5m，顶宽10m，上游坡比1∶0.3，下游坡比1∶1.6，底高程为1751.00m。设计最大粒径不超过100cm，控制干密度>2.14g/cm3、孔隙率<25%，小于5mm粒径的含量控制在≤30%范围内，小于0.075mm粒径的含量控制在≤5%，渗透系数大于1×10-2cm/s。

3.4.8 下游干砌石护坡(3D)

大坝下游坡采用干砌大块石进行护坡，护坡厚度1.0m。其中高程1808.00m以上采用10cm厚空心六方块护坡，护坡下设20cm厚一级配碎石垫层(粒径5mm～20mm)。

坝料填筑指标见附表。

附表上坝料关键指标汇总

3.5 面板设计

水库大坝面板采用C30钢筋混凝土，抗渗标号为W10，抗冻等级F150，采用掺粉煤灰和氧化镁的微膨胀混凝土。混凝土面板厚度根据水力梯度确定，面板顶部厚度0.3m，底部最大厚度为0.6m。其中河床段压性面板宽度为14.0m，岸坡段张性面板宽度为8.0m。面板采用单层双向配筋，每向配筋率为0.31%～0.4%。为避免局部应力集中使混凝土受压破坏，在面板垂直缝、周边缝1.0m范围内设置加强钢筋，加强钢筋采用双层双向配置。

3.6 趾板设计

趾板混凝土强度等级采用C30，抗渗标号为W10，抗冻等级F150，采用掺粉煤灰和氧化镁的微膨胀混凝土。趾板为C30钢筋混凝土水平型趾板，沿河床和岸坡布置。河床段趾板宽8.5m，厚1.0m。岸坡趾板采用了2种形式：第一种是1780.00m以下部位趾板宽度6.5m，厚度1.0m；第二种是1780.00m以上趾板宽度4m，厚度0.6m。两岸坝肩趾板大部分置于强风化基岩上部，为加固趾板与基础间连接，在趾板下设置了φ25锚杆，锚杆长6m，布置在固结灌浆孔上。趾板采用单层双向配筋，每向配筋率为0.31%。趾板不设置永久缝，采用分段跳仓浇筑，分段长度为15m～20m，各段之间预留1m～2m宽临时宽槽，各段趾板混凝土达到设计强度后，采用W10F150C30低热微膨胀混凝土对临时宽槽进行回填浇筑。

3.7 接缝止水设计

和平水库大坝接缝形式共4种，分别为周边缝、面板垂直缝、面板与防浪墙水平接缝、防浪墙伸缩缝。

3.7.1 周边缝

周边缝采用两道止水，河床段底部设“F”型铜止水带，岸坡段底部设“W”型铜止水带，周边缝顶部表面预留“V”型槽，在缝口槽底设氯丁橡胶棒，缝表面设波浪型GB复合橡胶止水带，以上采用GB柔性填料嵌缝，填料表面敷设GB三元乙丙复合盖板，两侧采用膨胀螺栓和不锈扁钢进行固定。周边缝缝宽1.2cm，缝内填充1.2cm厚沥青杉木板嵌缝。

3.7.2 面板垂直缝

根据有限元分析计算结果和类似工程经验，面板在河床中心线附近设置了14条压性垂直缝，左右坝段设置了15条张性垂直缝。面板垂直缝均设置两道止水，缝底部设铜止水带，铜止水带以下设PVC塑料板进行粘结；顶部表面预留“V”型槽，在缝口槽底设氯丁橡胶棒，以上敷设GB柔性填料，填料表面敷设GB复合三元乙丙盖板，两侧采用膨胀螺栓和不锈扁钢进行固定。垂直缝缝宽1.2cm，缝内采用1.2cm厚沥青杉木板嵌缝。

3.7.3 面板与防浪墙水平接缝

面板与防浪墙水平接缝采用两道止水，在缝底部设“W”型铜止水带，与面板垂直缝、防浪墙伸缩缝及周边缝底部止水连接形成封闭，在缝顶部预留“V”型槽，在缝口槽底设氯丁橡胶棒，缝表面设波浪型GB复合橡胶止水带，以上采用GB柔性填料嵌缝，填料表面敷设GB复合三元乙丙盖板，两侧采用膨胀螺栓和不锈扁钢进行固定。水平接缝缝宽1.2cm，缝内采用1.2cm厚沥青杉木板嵌缝。

3.7.4 防浪墙伸缩缝

沿防浪墙长度方向设置防浪墙伸缩缝，伸缩缝位置与面板垂直缝位置一致，缝内靠上游侧设铜止水带一道，与防浪墙底部水平接缝的铜止水带连接。伸缩缝缝宽1.2cm，缝内采用1.2cm厚沥青杉木板嵌缝。

3.8 防渗设计

坝基、坝肩处理设计包括帷幕灌浆和固结灌浆设计。

3.8.1 帷幕灌浆设计

大坝坝基、坝肩采用帷幕灌浆进行防渗处理，河床段布置两排帷幕灌浆孔，排距1.0m，两岸设置一排帷幕灌浆孔，灌浆轴线总长590.90m。

帷幕灌浆采用铅直接地式帷幕，中高坝段灌浆孔深入3Lu线下10m，低坝段孔深入3Lu线下5.0m;双排灌浆段孔距1.5m，单排灌浆孔段孔距1.5m。

3.8.2 趾板基础固结灌浆设计

根据布置，趾板宽度8.5m段下设4排固结灌浆，采用梅花型布置，轴线排距2.0m，孔距2.0m；趾板宽度6.5m段下设2排固结灌浆，采用梅花型布置，轴线排距2.0m，孔距2.0m，固结灌浆深入弱风化上限1.0m。

4 结语

本文对和平水库工程的水库枢纽平面布置、混凝土面板堆石坝设计进行了详细的介绍。在本工程设计过程中，借鉴了国内外类似工程设计的经验，结合水库工程地形地质条件，在坝体结构设计、面板及趾板设计、接缝止水以及基础处理等方面进行了优化设计。水库枢纽自2014年5月开工，截止目前已基本完工，正在完善下闸蓄水的准备工作。根据大坝安全监测情况，施工期坝体变形监测值小于三维有限元计算结果，后期蓄水后还应对大坝进一步加强监测。通过本工程的实施，相关经验可供类似工程参考和借鉴。