分析水利枢纽工程混凝土面板堆石坝设计

【摘要】基于目前水利枢纽工程进行混凝土面板堆石坝的设计缺陷，文章以实际工程案例的设计过程为例，分析了土方开挖设计、混凝土参数设计以及防裂设计的具体内容。结果表明，相关设计人员要想提高水利工程的使用耐久性，必须要结合工程建设的实际情况来进行针对性设计。

【关键词】水利枢纽工程；混凝土面板堆石坝；爆破设计；岩溪水库

引言

混凝土面板堆石坝型的水利枢纽工程，对于建设地质条件和地形条件具有较好的适应能力。而且，建成的水利工程具有工期短、运行安全以及抗震性能好的特点。然而，随着市场经济发展进程的不断加快，这一类型的水利工程建设需求越来越大，这就给工程设计人员带来不小的挑战。针对这一问题，相关研究人员应结合工程实例来分析设计过程中，可能遇到的问题以及采用的解决方式。这是提高水利枢纽工程混凝土面板堆石坝设计实用性的有效措施。

1、工程案例

岩溪水库工程位于我国贵州省遵义市务川县涪洋镇西南方向的当阳村，还水利枢纽工程位于洪渡河的上游左岸以及支流羊岗河上游的张家寨河段。本工程的建设目的是：为农田提供灌溉水源以及供周围城镇和村庄的生活用水。岩溪水库大坝的枢纽工程结构为砼面板堆石坝，其中最大坝高为60m，坝顶的高程为782.50m，坝顶的宽度为7m，坝顶的长度为272.50m。建成后水库的总库容量为1240万m3，正常情况下的蓄水量为1030万m3，在我国属于中型的水利工程。

2、混凝土面板堆石坝的土方建设设计

2.1 面板堆石坝的土方开挖设计

对于混凝土面板堆石坝的土方开挖设计，首先，要根据工程现场的地质情况来选择爆破的方式。该工程设计根据岩石开挖场地的岩石特点，采用了梯段爆破设计和浅孔爆破设计。其次，还要根据建设需求确定爆破钻孔的深度，这是精确控制爆破范围的关键设计内容。具体来说，将主爆孔设计使用连续装药的方式来进行梯段爆破。将预裂爆破采用不耦合的间接装药方式来控制爆破深度。如图1所示，为预裂爆破孔的设计布置图。最后，分别对趾板上、下游边坡开挖进行针对设计。设计人员将趾板上游的边坡按自上而下的设计方式，且开挖的高度要控制在4m以下；而对于趾板下游的边坡，由于其处在岩溪水库的下游延伸段，因而采用了坝内基岩开挖设计来进行建设。值得注意的是，对于不同的岩石厚度，设计人员要采取不同的开挖设计来起到保护整体岩层的作用。

2.2 相关爆破参数的设计

在对大坝的基础位置和边坡进行设计的过程中，要按照保证开挖面稳定、平整以及影响小的设计原则。本工程设计人员将爆破方式初步定位：主爆孔采用微差爆破；基础位置周边则采用光面爆破和预裂爆破来控制爆破的作用范围。这一设计内容，要在建设的过程中根据工程场地岩石的实际情况进行相应的调整并不是一成不变的。值得注意的是，设计爆破方法在使用之前，需要进行相应的爆破试验，这是以试验的方式来验证爆破设计的准确与否。

3、大坝面板的混凝土参数设计

该水利枢纽工程的大坝面板中所有的顶部高程均为779.5m，其坡度为1：1.405。经设计人员的工程勘探結果，将C25为了混凝土施工的主要材料。因而，在对混凝土钢筋工程进行设计时，要充分体现面板钢筋的铺设方式和布设参数。根据工程建设需求将钢筋材料确定为φ16螺纹钢，且每隔3×3m就要标出设计位置，这是保证建设准确性的前提。对于模板工程的设计，应采用钢木组合模板材料，来提高模板表面的变形度、平整度以及光洁度。如表1所示，为爆孔网络的参数表。

4、混凝土面板堆石坝的防裂设计

水利枢纽工程的混凝土面板石坝要想保证水库的正常蓄水效果，必须要对面板进行防裂设计，这也是保证水利工程正常运行的前提。针对这一设计内容的关键性，要从降低滑膜损伤设计、增加面板强度设计以及提高抗裂性能的设计方向满足其建设要求。

4.1 降低滑模损伤设计

水利枢纽工程在使用的过程中，会对混凝土产生一定的机械损伤。这就意味着设计人员在制作滑模的过程中，要降低其结构变形程度，增大其刚度，从而使得整个模板始终处在平直状态。对于混凝土的浇筑过程，设计应体现出其进行方式。例如滑膜应在左右两端保证上升同步；脱模应设计二次操作。此外，对于滑膜的材料，设计人员应根据工程的建设需求和实际工程情况来进行确定。例如，滑模材料应选择25号槽钢作为型钢骨架。同时，还要对其加工过程进行设计，因为不同的加工技术所制成的滑膜平整度、刚度都不一致。设计人员在确定好相关设计规范后，还要经过监理工程师的审核。审核通过后，才能设计在水利工程图纸上。

4.2 增加面板强度设计

提高水利枢纽工程混凝土面板堆石坝的面板强度，要按照防风、保温以及保湿的设计原则来进行设计。具体来说，防风设计是指，为解决风速变化而引起的面板裂缝问题而采用的覆盖设计。这样一来，就能降低风速变化所带来的裂缝影响。保温设计是指，控制面板表面温度裂缝出现的设计。具体来收，可通过在砼脱模后进行覆盖保温毯设计，来防止结构中的水份蒸发而造成的干燥裂缝。而保湿设计指的是，通过喷水设计来提高面板混凝土的脱模状态。

4.3 提高混凝土抗裂设计

混凝土的抗裂设计要从原材料的选择以及混凝土配合设计两方面内容进行针对性设计。首先，原材料要按照工程建设的性能需求，来选择骨料、粉煤灰、聚丙希纤维以及水泥的型号类型。其次，对于面板混凝土的建设方法，设计应该体现出使用方法。最后，对于特殊位置的材料选择，必须在监理工程师批准合格后才能投入建设。对于混凝土的配合化设计，在全面满足设计要求的各项技术参数的条件下，通过一定配比方法来提高混凝土初期硬化的徐变能力。例如，设计选用水灰比较低的材料，这是提高面板极限拉伸值从而保证抗裂性能的有效设计。此外，还可以通过采用聚丙希纤维以及高效的复合型外加剂，来增强混凝土的使用抗渗性、耐久性以及抗裂性。

结束语：

综上所述，岩溪水库是用来农业灌溉和居民生活用水的水利枢纽工程，采用混凝土面板堆石坝的工程类型，将有利于提供工程使用的稳定性。但这一目标的实现，要以设计有效性为前提，只有设计实现了准确、适用以及建设便利，才能时使工程投入使用收获应有的作用价值。事实证明，在土方开挖设计、混凝土施工参数设计以及防裂设计三方面内容进行完善，就能在很大程度上保证水利工程枢纽的建设质量。对于实际的设计技术水平还有很大的提升空间，因而相关建设人员，应将这一内容作为重点研究课题，以加快实现全面小康社会的建设目标。

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作者简介：梁正坤（1982-）男，贵州贵阳人，本科，工程师，主要从事水利水电施工管理工作。