关于赵家坝水库工程挡水建筑物的设计

李 星，张寿红

（铜仁市水利电力勘测设计院有限公司，贵州铜仁 554300）

0 引言

根据《思南县农村基础设施水利扶贫一期工程初步设计报告》为解决瓮溪、文家店集镇两个乡镇的集镇和农村人畜饮水难问题，将赵家坝水库作为翁溪镇、文家店镇集镇及农村集中式供水主要水源。现思南县农村基础设施水利扶贫一期工程已开工建设。受水区内现有蓄水工程为翁溪镇方家沟水库、红岩水库、三星水库，文家店冉家棚水库，提水工程有文家店集镇提水工程，农村引用季节性泉水。两个乡镇现状总人口46635人，设计水平年2030年总人口69449人，扣除双河口水库供水人口6210人（农村），设计水平年2030年需要解决集镇28478人、农村34761人的饮水问题，赵家坝水库河床高程780m，死水位811.0m，受水区人口主要分布在500～700m高程范围，赵家坝水库大部分可以自流供水。因此赵家坝水库工程是解决两个乡镇供水难的首要选择，工程建设迫在眉睫。

1 赵家坝水库工程挡水建筑物结构与高程设计要点

1.1 坝顶高程设计

水库的校核洪水位为841.623m（P=0.2%），设计洪水位为840.601m（P=2%），正常蓄水位838.000m。工程区多年平均最大风速10.1m/s，最大风区长度2000m。按规范（SL274—2001）推荐的莆田试验站公式计算波浪爬高R及风壅水面高度e。坝顶安全超高A取为0.5m（正常情况）、0.3m（非常情况），按y=R+e+A计算出坝顶静水位以上的超高y，如表1、表2所示。

通过表1、表2中的相关数据分析可以看出，水库大坝的高程主要是通过校核洪水位来进行控制。因为本次赵家坝水库工程的核水位高度为841.623m，同时在设计工作中需要充分考虑到防浪墙的设计，因此在设计工作中选择坝顶高程为841.6m，防浪墙的顶部高程设计为843.0m。

表1 水库静水位以上坝顶超高

表2 混凝土面板堆石坝坝顶高程 单位：/m

1.2 坝体整体结构设计

本次行动工程拟定大坝顶部总宽度为7.0m，根据水库大坝的面坡比例参数，扣除大坝上游挡墙下游栏杆的厚度，剩余大坝顶部径宽度可以达到6.35m，充分满足大坝顶部的交通通行要求。

1.3 防浪墙高度设计

当前在我国各大水利工程建设施工当中，对防浪墙的设计和应用比较普遍，防浪墙的高度范围通常保持在3～6m之间，并且具有逐渐上升的发展趋势。通过使用高度较大的防浪墙，主要目的在于节省水库大坝坝体工程施工量，通常情况下会在水库大坝顶部上游区域设置L型混凝土防浪墙结构，本次防浪墙墙体高度设定为3.5m，防浪墙的顶部高度需要超过水库大坝顶部高度1.5m，防浪墙的水平段长度为4m，墙体底部高程为839.5m，防浪墙的顶部高程为843.00m，其中有2.5m深度直接埋入碎石内部。

1.4 上下游坝坡设计

在水库大坝工程上、下游坝坡设计工作当中，根据我国的工程建设经验，结合本次水库工程的实际工程条件状况，通过采取硬岩筑坝，上下游坝坡设计比例为1:1.4，下游坝面设置厚度大小为0.5m的大块石，护坡结构可以起到良好的加固和美观作用效果，坝顶顶部预留沉降量需要达到该处水库大坝总高度到1%。

2 坝体分区和筑坝填料设计

2.1 堆石体填筑区域设计

根据水库大坝的实际受力特性和渗流工作要求，在本次工程堆石体填筑施工区域，需要遵循以下几个方面设计工作原则：

（1）各区域相互之间必须要充分满足水力过渡工作要求，从上游向下游大坝的渗透系数需要依次递增，同时所对应的下游大坝需要对应上游区域反绿保护这种效果。

（2）坝轴线上游区域需要使用变形模量较高的堆石材料，而下游区域所使用的材料标准可以适当放宽，有效保证水库大坝蓄水之后，坝体的变形量得到进一步控制，以此来有效减小水库大坝面板和止水系统受到水体的破坏。

（3）在坝线下游变形模量较低的区域，可以合理使用枢纽建筑物的开挖材料，设置堆石区域以此来节省工程建设经济成本，整个分区结构需要尽可能简化，方便工程施工的顺利进行，同时对水库大坝材料运输工作以及填筑质量进行有效控制。

2.2 坝体和坝基以及岸坡之间的衔接

水库大坝堆石体和坝基连接部分，主要分为坝轴线上游和坝主线下游两种形式，堆石体和以及岸坡之间的连接需要遵循以下几个方面设计原则：首先，坝轴线的上游堆石地基区域，需要根据1:0.5的边坡结构比例来进行开挖，坝轴线的下游区域需要充分满足岸坡的稳定设计条件，只需要挖除其中的覆盖层。其次，坝主线的上下游开挖边坡段过度角大小不能超过20°。通过全部挖除坝体轮廓范围的覆盖层之后，对表面出现松动的石块凹槽内部的多余基础以及突出的岩石、树根、草皮等部分进行彻底清理。

3 坝体防渗结构设计

3.1 混凝土面板设计

面板堆石坝上游区域迎水面设置钢筋混凝土面板，该面板是坝体结构的主要防渗部分面板的设计工作中，必须要保证面板具有较低的透水性，有效满足水库大坝的防渗漏要求。面板必须要具有足够的柔性，以此适应大坝的变形要求。面板必须要具有更高的强度，可以承受外部产生的挤压应力以及不均匀变形问题所产生的影响，避免面板产生开裂现象。面板必须要具有更强的使用耐久度以及抗风化和抗低温能力。本次赵家坝水库大坝总高度为63m，在山地地区根据上述设计工作原则，该工程面板混凝土设计厚度需要达到0.5m以上，面板的坡度比例为1:1.4，面板当中需要设置钢筋材料，以此来有效承受混凝土温度应力和干缩应力所产生的影响。

3.2 接缝止水

根据面板的分缝、面板与趾板、防浪墙、趾板与趾板间的接缝，可分为A型受拉垂直缝、B型受压垂直缝、C型周边缝、D型伸缩缝、E型水平缝等5种接缝型式。为使接缝型式能适应坝体变形，采用下列止水措施如表3。

表3 接缝型式及止水措施

3.3 挡水建筑物基础设计与处理

趾板地基开挖面需要保证充分平整，不能出现明显的陡坎和反坡问题，必要的情况下需要进行削坡以及回填找平处理。高坝趾的建基面需要尽可能开挖到弱风化层的上部位置，中堤坝可以建立在强风化层的下方位置。在本次赵家坝水库工程属于中低坝，坝址基础部分可以建立在强风化层，下部直板上游区域边坡结构，根据永久边坡形式进行设计。高坝趾区域下游建基面以上的开挖坡度，不能比面板的底坡角度更大。堆石坝地基结构部分需要彻底清理表面的覆盖土层，可将其放置在风化卸荷基础岩层表面，堆石体地基在趾板下游0.3～0.5倍坝高范围内的岩质岸坡，宜开挖成不陡于1:0.5的陡坡。岸坡很陡时可开挖成不陡于1:0.25的稳定坡度或回填混凝土补坡，并设置低压缩堆石区，坝轴线上游其余部位应将妨碍堆石压实的陡坎、倒悬体清除，或用贫混凝土、浆砌石等补成平顺边坡。固结灌浆线沿趾板中轴线两侧1.50m布置，采用双排孔，排距、孔距为3m，按“梅花形”布置，固结灌浆深度按8m进行设计，趾板下游低压缩区建基面开挖要求同趾板，开挖应平顺不应出现陡坎和反坡，必要时进行削坡和回填混凝土找平处理，基础可建于强风化层下部，有效提高水库挡水建筑物的整体结构稳定性。

4 结语

在本次赵家坝水库工程挡水建筑物的设计工作中，其中涉及的设计工作难点相对较多，需要充分考虑水库大坝不同施工位置所产生的各种影响和差异性。尤其针对挡水建筑的基础防渗透、稳定性以及安全性设计工作方面，必须要和实际环境之间相适应，充分发挥挡水建筑物的使用优势，提高水库工程建设质量和效果。