新疆某枢纽工程混合坝接头混凝土挡土墙设计

胡小虎

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐830000）

新疆某枢纽工程拦河坝为混合坝，即左岸及主河床布置混凝土重力挡水坝段，右岸阶地布置沥青混凝土心墙堆石坝段。国内外针对混合坝接头的设计方案总体包括两类：侧墙式和包裹式。本文拟通过对两种接头方式进行技术、经济比选，选出适用于本工程的接头方式。

1 工程概述

新疆某枢纽是某流域生态环境保护工程的水源水库，具有调水、灌溉、发电等综合效益。工程主要由挡水大坝、发电引水洞和电站厂房等组成。水库总库容0.32亿m3，正常蓄水位1282.0m，死水位1276.0m，调节库容0.10亿m3，电站装机容量50MW。水库正常蓄水位1282.0m。拦河坝采用混凝土坝+沥青混凝土心墙坝的混合坝型，坝顶高程1285.3m，混凝土坝最大坝高68m； 沥青混凝土心墙坝最大坝高60.3m。

坝址处左岸山体较陡峻，地形坡度在40°～50°，阶地不发育。河床右岸Ⅲ级阶地宽230m，阶地前缘高程1250m，阶地砂砾石厚5～27m，其上被少量壤土覆盖，壤土厚0.3～3.0m，阶地后缘被坡积、洪积含碎石土层所覆盖。右岸山体较平缓，坡度在20°～30°。坝址区出露的地层岩性主要为：英安质晶屑凝灰岩、角砾凝灰岩、凝灰质粉细砂岩、冲积含漂石砂卵砾石层、全新统崩坡积物。

根据地震安全性评价成果，依据规范，枢纽拦河坝的抗震设防类别为乙类，考虑枢纽为水源工程，遭受强震影响的危害性，其设计地震加速度代表值取坝址区50年超越概率5%地震动峰值加速度，对应的值为315.15gal。其他各建筑物均为丙类，地震设防烈度均采用基本烈度，即为8°，相应采用50年超越概率10%地震动峰值加速度值为227.7gal［1］。

2 混合坝接头形式比选

2.1 连接段接头布置

土石坝与混凝土建筑物的连接，一般采用侧墙式、包裹式［2-5］。依据坝址区的地形地质条件，接头型式采用以下两种设计方案进行比选。

2.1.1 方案1（侧墙式布置方案）

垂直坝轴线方向布置混凝土重力式挡土墙。挡土墙最大高度50.3m，墙顶宽3m，挡土墙自身稳定的要求，挡土墙与沥青混凝土心墙坝接触面坡比为1:0.7，与重力坝接触面坡比为铅直，挡土墙基础坐落在弱风化层中部基岩。挡土墙顶高程沿心墙坝上、下游坝坡逐渐降低，上游侧末端墙高7.0m，下游侧末端墙高10.0m，挡土墙总长度176.8m。

2.1.2 方案2（包裹式方案）

土石坝与混凝土坝直接对接，在立面上重力坝沿坝轴线方向以1∶0.5放坡，沥青混凝土与重力坝紧密结合。由于地形限制，需在右侧河岸边缘设置混凝土挡土墙，防止锥坡的坝料进入河床，锥坡坡度为1∶2.0。坝轴线上游挡土墙最大高度15.5m，长45m。坝轴线下游利用生态基流兼放水孔的泄槽及消力池边墙挡住下游的坝体填筑料。

2.2 两种接头型式的综合比较

2.2.1 适应性

（1）方案1：混凝土重力式挡土墙与重力坝段相互垂直，单一依靠重力式挡土墙抵挡土石坝的上下游土压力。该方案优点：混凝土重力式挡土墙结构型式简单，受力明确，挡土高度所形成的土压力是控制截面尺寸的重要因素。缺点：由于挡土墙最大高度达50.3m，断面尺寸较大，为大体积混凝土结构，施工时需考虑温控措施，保证挡土墙的安全可靠。

（2）方案2：重力坝段向右岸延伸49.5m，在立面上重力坝沿坝轴线方向以1∶0.5放坡，土石坝与混凝土坝直接对接。上、下游采用与沥青混凝土心墙坝坝坡相同坡比的锥坡裹头型式连接，上游锥坡末端布置低挡土墙，避免锥坡进入河道，挡土墙最大墙高仅为15.5m。该方案优点：①采用锥坡的方式与低挡土墙连接。②挡土墙高度较低，连接段为重力坝，连接处的安全性较强。缺点：由于锥形面裹头与重力坝结合处，不宜碾压密实，地震时容易产生裂缝。为了降低该风险，在结合处采用将沥青混凝土心墙坝过渡料延伸至锥坡段，并严格控制施工质量等措施。

2.2.2 施工条件

（1）方案1：连接部位为单一的混凝土重力式挡土墙，施工干扰小，施工相对简单，施工质量容易保证。

（2）方案2：连接部位为锥形面裹头型式连接，并需设置混凝土挡土墙，施工干扰大，锥坡裹头与连接段重力坝连接处施工难度大。

2.2.3 投资比较

两种连接方案经过经济比较，方案1静态总投资为6.7962亿元，方案2静态总投资为6.7864亿元，方案1较方案2多97.9万元。

通过对两种型式的连接方式对比得出，两种结构型式沥青混凝土心墙坝与重力坝连接型式均可行，均有一定的抗震性，且两方案投资相当。但方案2混凝土重力挡土墙的高度较小，挡土墙的受力条件单一，连接处的安全性较强。因此混凝土重力坝与沥青混凝土心墙坝段连接方式采用方案2的连接型式。

3 挡土墙设计

3.1 体型设计

挡土墙最大高度13m，长45m。挡土墙面坡度为1:0.6，背坡垂直。在面坡、背坡底设置高1m、宽1m的齿。墙身混凝土标号C20，W6，F300。基础至于强风化上限，基础设固结灌浆及砂浆锚杆。固结灌浆孔间、排距3m，孔深5m。25砂浆锚杆间、排距2m，杆长4.5m，入岩4m。挡土墙标准剖面如图1。

图1 挡土墙典型剖面图

3.2 稳定计算

3.2.1 计算方法

依据SL379—2007《水工挡土墙设计规范》，对挡土墙进行稳定计算。抗滑稳定计算公式按抗剪公式计算，如式（1）：

式中K′为抗滑稳定安全系数；f′为坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数；C′为坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力（kPa）；A为坝基接触面截面积；∑W为计算截面上的全部垂直力总合；∑P为计算截面上的全部水平力总合。

倾覆稳定性验算：

式中K0为挡土墙抗倾覆稳定安全系数； ∑MV为对挡土墙基底前趾的抗倾覆力矩（kN·m）；∑MH为对挡土墙基底前趾的倾覆力矩（kN·m）。

地基应力验算：

式中Pmax，Pmin分别为挡土墙基底应力的最大值或最小值（kPa）；∑G为作用在挡土墙上全部垂直于水平面的荷载（kN）；∑M为作用在挡土墙上的全部荷载对于水平面平行前墙墙面方向形心轴的力矩之和（kNm）；A为挡土墙基底面的面积 （m2）；W为挡土墙基底面对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的截面矩（m）。

3.2.2 计算参数

计算参数采用《新疆某水利枢纽工程初步设计报告》，具体参数如表1和表2。

表1 坝址区岩石物理力学指标建议值

表2 坝址区岩体物理力学指标建议值

3.2.3 计算结果

各工况的计算结果如表3。

表3 计算结果

挡土墙的抗滑稳定、 抗倾覆稳定及应力均满足规范要求，挡土墙是稳定的。

4 结语

对某水利枢纽混合坝连接形式进行了技术、经济比选，认为包裹式方案混凝土重力挡土墙的高度较小，安全性较强。对低挡土墙进行抗滑稳定、抗倾覆稳定及应力计算，结果均满足规范要求。因此，本方案是可行的。