湖南省某水库钢筋混凝土面板堆石坝及溢洪道设计分析

李 浩，张 婧，何 鹏

(四川大学水利水电学院，成都，610065)



湖南省某水库钢筋混凝土面板堆石坝及溢洪道设计分析

李 浩，张 婧，何 鹏

(四川大学水利水电学院，成都，610065)

某水库是一座以灌溉为主、结合防洪等综合利用的水库，设计内容包括钢筋混凝土面板堆石坝设计和溢洪道设计的主要内容和过程，为类似条件下面板堆石坝设计提供参考。

钢筋混凝土面板堆石坝 稳定分析 溢洪道

1 工程概况

水库地处湘江一级支流汨罗江，位于长沙县境内，集水面积0.73km2，总库容34万m3，设计灌溉面积80hm2，保护水库下游5000多人防洪安全。水库主要建筑物有钢筋混凝土面板堆石坝、溢洪道和取水洞。

工程区属变质岩丘陵地貌单元，坝址位于白石洞峡谷出口处，两岸山体较雄厚，山顶高程170m～200m，基岩多裸露。筑坝前河床有0.5m～4m厚的残坡积层，下伏基岩为灰绿色薄～中厚层状板岩与砂质板岩互层。基岩强风化带厚度为7.2m～10.1m，岩石软弱，完整性较差；弱风化岩石呈灰绿色，岩石较坚硬，完整性较好，钻孔取样呈柱状夹碎块状。

2 钢筋混凝土面板堆石坝设计

2.1 坝顶高程

水库正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位分别为134.17m、135.25m、135.63m。

按照《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)计算坝顶超高。

通过计算，坝顶高程为136.63m，最大坝高为26.63m。考虑最大坝高1%的预留沉降，则坝顶高程为136.9m。

2.2 坝体横剖面设计

本设计坝顶宽度取8m，上游坝坡坡率采用1∶1.4，下游坝坡坡率采用1∶1.5。上游面板为钢筋混凝土面板，下游采用干砌石护坡，厚度取0.3m。在高程120m处设置一马道，宽度取2m，在马道内侧设一浆砌石排水沟。

2.3 面板和趾板设计

本设计采用0.3m等厚钢筋混凝土面板。混凝土强度等级采用C30，抗渗等级为W8，抗冻等级为F150。面板采用单层双向钢筋，Ⅱ级钢筋，直径20mm，间距20cm，布置在面板截面中部。

趾板布置采用趾板建基面等高线垂直于趾板基准线的方式，趾板宽度按容许水力梯度确定。趾板宽度取4m，趾板厚度0.4m。混凝土强度等级采用C30，抗渗等级采用W10，抗冻等级采用F150。趾板配置单层双向温度筋。趾板采用砂浆锚杆与基岩连接，并与温度筋相连接，锚杆采用φ25普通螺旋钢筋，锚杆伸入地基6m，间距为1m。

2.4 坝体分区及筑坝材料

坝体填筑料是面板的支撑，应通过控制坝体填筑料的变形，减小面板的变形和开裂。通过研究已成的钢筋混凝土面板堆石坝发现，坝体填筑料包括垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区、上游坝脚压重体、下游坝脚排水棱体，坝体填筑料从上游到下游一般是渐变的，即从半透水到全透水，强度指标和压缩指标逐渐降低。

(1)垫层区采用外购的人工砂石料(灰岩料)填筑，水平宽度为3m，垫层料采用连续级配，其渗流系数控制在10-3cm/s～10-4cm/s范围内，设计干密度22.0kN/m3,内摩擦角42°。在垫层区基岩与趾板接触的部位适当加宽，形成特殊垫层区，采用最大粒径小于40mm的内部渗透稳定的细反滤料填筑。

(2)过渡区水平宽度取4m，等宽布置。填筑材料采用新鲜灰岩料，级配连续，最大粒径30cm，设计干密度为20.5kN/m3，内摩擦角40°，渗透系数为1.0×10-1cm/s。

(3)主堆石区采用新鲜灰岩料，级配连续，最大粒径80cm，设计干密度为20.0kN/m3，内摩擦角40°。

(4)次堆石区采用较风化灰岩料与其他开挖料进行填筑，级配连续，最大粒径60cm，设计干密度为20.0kN/m3，内摩擦角38°。

(5)上游坝脚压重体采用开挖料填筑，顶宽为3m，顶部高程为115m，内坡为1∶1.4，外坡为1∶2.5。

(6)下游坝脚排水棱体采用外购的块石填筑，顶宽为3m，顶部高程为115m，内坡为1∶1，外坡为1∶1.5。

2.5 地基处理

挖除覆盖层，将坝体置于灰绿色薄～中厚层状板岩与砂质板岩互层的基岩上。在趾板中部地基进行帷幕灌浆和固结灌浆。帷幕灌浆设置一排帷幕灌浆孔，固结灌浆设置两排固结灌浆孔，灌浆质量以压水试验透水率q≤10Lu控制。

3 坝体抗滑稳定及变形分析

3.1 坝坡抗滑稳定分析

大坝坝坡抗滑稳定分析采用理正软件进行计算，正常工况下上、下游坝坡滑动安全系数分别为1.3、1.35；非常工况下上、下游坝坡滑动安全系数分别为1.2、1.23，满足规范要求。

3.2 坝体变形分析

钢筋混凝土面板堆石坝坝体沉降值一般小于坝高的1%。

4 溢洪道设计

4.1 引水渠设计

引水渠的渠底根据实际情况设计为平底，渠长取5m。其横断面为矩形，底板宽2.5m，采用0.3m厚的C25钢筋混凝土衬砌；侧墙为重力式，顶宽为0.5m，背面坡比1∶0.5，采用C25混凝土衬护。

4.2 控制段设计

溢流堰采用宽顶堰。宽顶堰顶高程为134.17m，宽度为2.5m，长度为4m，底板采用0.3m厚的C25钢筋混凝土衬砌。侧墙采用C25混凝土挡墙结构，顶宽为0.5m，高出堰顶1.5m，背面坡比1∶0.5。

4.3 泄槽段设计

泄槽平面采用直线、对称、等宽布置，同溢流堰宽度，长度为80m，纵坡为30%。横断面采用矩形，底板宽2.5m，采用0.3m厚的C25钢筋混凝土衬砌；侧墙为0.5m厚的C25混凝土，高度1.5m，侧墙之间设水平拉杆，增加稳定性。

4.4 消能段设计

本工程采用挑流消能，挑流鼻坎挑射角为20°，反弧段半径为2m，坎顶高于下游水面2m，挑流鼻坎置于弱风化岩石上，采用埋石混凝土浇筑，用φ25普通螺旋钢筋伸入地基3m。

5 结论和建议

该水库坝址区两岸山体较雄厚，边坡整体稳定，基岩多裸露，地质情况简单，建坝条件较好。工程区灰岩料储量较丰富，质量较好，开采及运输方便，适宜修建钢筋混凝土面板堆石坝。在处理类似条件下面板堆石坝设计时，建议进一步加强筑坝材料的爆破和碾压试验，以及坝基灌浆试验，复核筑坝材料和灌浆参数，优化钢筋混凝土面板堆石坝设计。

■

TV641.43∶TV222

B

2095-1809(2017)04-0090-02