混凝土面板堆石坝坝体设计及位移模拟

2018-09-11常陆军

水利科学与寒区工程 2018年8期

常陆军

(新疆昌吉方汇水电设计有限公司，新疆昌吉 831100)

1 工程概况

新地沟水库位于新疆天山北坡中部，主要以保证灌区的灌溉、防洪及工业供水为主。该水库坝址位于新地乡新地沟河近出山口处，为一座拦河式山区水库，属Ⅳ等小(1)型水库工程。工程由大坝、导流放水冲砂隧洞、溢洪道等组成，总库容500万m3，水库设计洪水标准50 a一遇。经实地考察，该水库大坝可采用三种基本坝型：黏土心墙坝、沥青心墙坝、混凝土面板堆石坝[1]。从天然建筑材料储量、地质地形条件比较，三者均无制约因素，在此从大坝抗震及安全性、施工条件、工程投资等方面进行比较论证[2]，确定本工程采用混凝土面板堆石坝坝型，见表1。

表1 三种坝型对比

2 坝址区地质条件

新地沟水库位于新地沟近出山口处，河谷为不对称“U”形，谷底宽度为60～150 m，两岸海拔高程为1786～2000 m，相对高差约210 m，属中山区，并随河流方向呈南高北低，纵坡为6%。库区出露的地层主要为石炭系(C3bgb-2)和第四系松散堆积物。

2.1 石炭系(C3bgb-2)结构

石炭系主要分布在新地沟沟口以南地区，为一套浅海相碎屑岩和碳酸盐岩，岩性为灰、灰黑、灰绿色薄-中厚层状砂岩、灰岩、生物灰岩、砂质灰岩、钙质砂岩、粉砂岩、砂砾岩夹凝灰质粉砂岩，总厚度约350 m。

2.2 第四系松散堆积物结构

第四系松散堆积物包括洪积层、堆积层、冲积层。根据地质报告，堆积层孔隙潜水埋深为0.5～1.5 m，局部产生地下水溢出形成泉水，其他岩层透水率均小于1 Lu，属微透水，因此，水库蓄水不会产生邻谷渗漏问题。

3 混凝土面板堆石坝坝体设计

3.1 坝坡设计

(1)坝体上游坝坡设计为1∶1.60，钢筋混凝土面板防渗，混凝土板底部设10 cm厚M10砂浆垫层；下游坝坡设计为1∶1.55，设计预制混凝土网格护坡，内填干砌石，设两级台阶。其中面板厚度d计算见式(1)[3]，经计算得出d的范围在0.35～0.45 m之间。

d=0.3+0.003H

(1)

式中：H为坝体最大水头，m。

为提高混凝土面板堆石坝抗震性及安全性，本项目混凝土面板配置单层双向钢筋，起限裂、控制温度裂缝作用，含钢筋率为每向0.4%。为适应坝体变化，对两岸坝肩附近面板设张性垂直缝，间距6.0 m；坝体上压性垂直缝间距为12.0 m，垂直缝和周边接缝均设计两道止水[4]。

(2)坝顶设1.2 m高钢筋混凝土防浪墙，坝顶高程1751.80 m，最大坝高65.98 m，坝顶长470.0 m，坝顶宽6.0 m，设2%坡倾向下游，铺设10 cm厚沥青路面。

3.2 坝体分区

根据混凝土面板堆石坝分区原则，坝体分区自上游起依次为垫层料、过渡料、主堆石料、次堆石料、弃料堆石区。

(1)垫层料区：位于混凝土面板下部，起着支撑面板、均匀传递水压力、防止面板和伸缩缝破坏的作用[5]。本项目要求垫层料自身渗透稳定，不会产生渗透变形破坏，确定水平宽度均为3.0 m。垫层料沿两岸基岩接触面向下游适当扩大，延长长度为8 m，dmax=80 mm，小于5 mm含量为30%～50%，小于0.075 mm含量不大于8%，渗透系数控制在10-3～10-4cm/s，设计相对紧密度dr≥0.85。

(2)过渡料区：位于垫层区下部，起着均匀传递水压力、对垫层起反滤保护作用。并防止垫层区中的细料被冲蚀带走而引起沉陷变形，水平宽度为4.0 m。要求dmax<150 mm，级配连续，设计相对紧密度dr≥0.85。

(3)主堆石料区：砂砾料区位于过渡料区下游，为坝体的主要承力区，坝体填筑控制指标砂砾料相对密度为dr≥0.85。