关于坡马水库混凝土面板堆石坝挡水建筑物的坝体结构设计

钟京发

（贵州新中水工程有限公司，贵州 贵阳 550000）

1 水库工程概况

坡马水库工程总库容量为159万m3，工程等级为Ⅳ小（一）水库工程。水库工程永久性水工建筑体设计为4级，临时建筑物设计为5级，主要用于挡水、泄水、取水以及水库供水等多个方面工作。在坡马水库工程建设过程中，混凝土面板堆石坝、溢洪道以及取水间放空隧洞，根据30年一遇的最大洪水标准来进行设计，同时以300年一遇的洪水进行校核。消能防冲建筑体标准根据20年一遇的洪水标准来进行设计，供水管道高水位以及跨河建筑建筑物，根据10年一遇的洪水标准来进行设计。针对本次坡马水库工程挡水建筑物坝体结构设计方式进行了深入探究，有效增强挡水建筑物的整体使用效果。

2 挡水建筑物坝体结构设计分析

2.1 坝体结构布置

在坡马水库工程中，混凝土面板堆石坝坝轴线，以直线形式来进行设计，坝轴线的方位角为N72.94°E，大坝最高高度为50.0m，大坝顶长为199.67m，大坝顶部高程为663.50m，大坝防浪墙顶部高程为664.70m，大坝顶部宽度为6m，底部最大宽度为151.61m。水库大坝上游坝坡比例为1:1.4，下游坝坡比例为1:1.4，大坝下游坝坡在高程636.00m、623.00m以及649.00m分别设置2.0m宽的马道。同时在大坝上游面使用钢筋混凝土面板来进行防渗水处理。混凝土面板厚度为0.45m，趾板位于强风化层的中下部区域厚度设定为0.5m，宽度统一为5.5m。

2.2 坝顶高程确定

坡马水库工程大坝等级为4级，建筑物混凝土面板堆石坝，依照30年一遇的洪水标准来进行设计来确定防浪墙到高程大小。根据洪水调度计算工作结果，水库大坝设计洪水位高度为661.91m，校核洪水位高度为662.75m，正常蓄水位高度为660.00m。在坝顶设计工作过程中，根据混凝土面板堆石坝设计工作规范要求，综合考虑到大坝高度和坝顶坡度设计标准，参考以往的设计工作经验，选择坝体顶部宽度为6.0m，大坝顶部高程根据正常使用状态下和非正常使用状态下的计算工作数据，如表1所示。

表1 大坝超高计算

大坝顶部高程的计算方式，主要以设计洪水位的具体情况来进行确认，选择坝顶高程为663.50m，超过最高静水位高度，坝顶部上游区域设置防浪墙，防浪墙的顶部高程设置为664.70m，下游设置出栏杆坝顶面直接设置成单侧排水坡，坡度大小为2%，防浪墙使用钢筋混凝土结构，同时面板顶部高程为662.50m，超过设计洪水位661.91m，墙体总高度为2.7m。

3 坝体坝坡结构设计

钢筋混凝土防渗面板设计在大坝的上游区域设置钢筋混凝土面板，作为坝体的主要防渗透结构。在面板的设计工作中，主要遵循以下几个方面的工作原则：①面板设计必须要具有较低的透水性，以此满足面板堆石坝的防渗工作要求；②必须要具有充足的柔韧性，以此来有效适应坝体产生变形问题；③需要具有足够的韧性和强度，可以承受一定的外部压力，防止自身出现变形和开裂问题；④需要具有更高的耐久性，全面提高面板堆石坝的抗风化和抗低温能力。在本次面板堆石坝的最大高程为50.0m，设置在河谷的狭窄区域，两岸的边坡变化起伏相对较大，同时对面板的结构稳定性要求相对较高，因此在拟定面板混凝土强度等级设定为C25，抗渗透等级设定为W8，抗冻等级设定为F100。根据混凝土面板堆石坝的设计工作规范计算，面板堆石坝的厚度需要保证在0.4°～0.47°之间，同时有效参考国内外一些成功的工程施工经验，并结合本次水库工程混凝土面板堆石坝的设计工作情况，在中低坝区域采用0.45m等厚度面板。大坝高度为50m，面板底部的最大水的梯度111小于200，满足设计工作规范要求。在面板堆石坝内部设置出钢筋结构，以此承受混凝土温度应力和干缩应力产生的影响。在面板截面中设置单层双向钢筋，根据规范要求，需要保证每向配筋率范围控制在0.3%～0.4%之间。充分考虑到本次坡马水库工程的建设位置位于地震多发区域，因此必须要充分考虑到大坝整体结构的抗震工作效果，在面板堆石坝混凝土材料当中加入一定量聚丙乙烯防裂，面板配筋率在规定范围之内取最大值，每项配金率为0.4%。

面板混凝土采用的是滑模施工，为适应坝体变形问题，在面板两侧区域附近设置张性垂直缝，其余部位面板设压性垂直缝，面板的总数量为21块，面板和趾板结合区域设置出周边缝。在本次工程当中充分考虑到抗震设防等级，需要根据水工建筑物抗震设计工作标准，对面板水平施工缝进行针对性设计，同时需要在施工缝上下特定范围之内设置出双层钢筋来进行加固。在本次水库工程面板堆石坝的设计工作中，每块面板采用一次性张拉方式，不存在施工缝，如果在雨水过后其他因素中断了面板混凝土浇筑工作，则必须进行施工缝处理并且布置加强钢筋。

4 坝顶结构设计

在坝顶宽度设计过程中，不但需要满足正常使用期间的基本交通、人类通行以及观测工作的相关要求，同时还需要充分满足施工过程中的混凝土面板堆石坝浇筑工作。由于本次水库大坝坝高为中坝，根据设计工作规范要求大坝顶部宽度设定为5～8m，充分满足设计工作规范要求，并且结合实际施工情况，将拟定坝体径宽度设定为6.0m，基于坡马水库坝线洪水调节计算分析，对坝顶结构进行针对性设计，如表2所示。

表2 坡马水库坝线洪水调节计算成果

在防浪墙高度设计工作中，通过采用高防浪墙的主要作用，在于降低坝体整体施工量，同时为混凝土面板施工开辟出更加广阔的施工场地。根据本次设计工作当中的相关规定，要求从质量角度和安全性角度方面来进行分析，防浪墙的高度通常设计为4～6m，墙体顶部高度超过水库大坝坝顶1.0～1.2m。①防浪墙稳定计算挡墙自重标准值（沿坝轴线方向取单位宽度，即1.0m，下同）：

式中：γ混凝土-混凝土容重，钢筋混凝土取值为25kN/m3。

②上部混凝土路面压力标准值：

式中：Gk-上部混凝土路面压力；γ-混凝土容重，取值为24kN/m3；b1-截面宽；h1-截面高，墙后碎石垫层侧向压力。由于大坝顶部和面板沉降会产生不同程度的变形现象，防浪墙和面板的接缝位置很容易受到破坏，防浪墙的底部高程宜超过水库正常的蓄水位高度，因此有效结合本次工程的实际涉及工作情况，在大坝顶部设置出L型钢筋混凝土防浪墙，墙体高度为2.7m，墙体顶部高程均为662.00m，较正常的蓄水位660.00m超过2m，相比于设计水位661.91m，超过0.009m。

5 结语

通过本文对我国贵州省贞丰县坡马水库工程建设施工全面分析和研究，针对坡马水库工程混凝土面板堆石坝，挡水建筑物坝体结构设计工作要点进行全面分析，以便挡水建筑正式投入使用之后，其稳定性良好且满足水库工程的整体工作要求。