基于新疆地区小型水库大坝设计要点研究

◎古丽孜巴·艾尼 新疆维吾尔自治区水资源中心

1.工程概况

研究水库决定采取混凝土面板堆石坝进行设计。水库坝顶的高度为204m，正常标准的水位在200m，坝高最高14m。水库总库容达到585万m3，坝高和坝长以及坝顶宽分别为38.55m、420m、6.0m，并在大坝顶部上游设立L型的混凝土防浪墙。坝体主要是均质土坝，以及上游的排水沟，上游坡比的比例1：3，而坝体的分区则主要是土料、垫层、反滤料、排水体。另外，为提高后期对大坝检修时的便利性，在防浪墙的上游构建1m的通道。在对水库大坝进行设计时主要参考了定居兴牧水库工程的相关设计参数（表1）。

表1 水库大坝设计参数特性

2.水库坝顶的构造设计

坝顶设计必须综合性的考虑多个方面的需求，例如运行的需求、主要结构的设立、坝顶的交通需求、施工的情况等等，依据以往的经验，水库坝顶的宽度一般在5～8m的范围内。与本水库的实际现状相结合决定坝顶宽度为6.0m。为便利于后期的交通在坝顶安置碎石层（厚度35cm），并在碎石层上铺混凝土（厚度30cm）。本水库大坝的建设主要使用振动平碾与凸碾，并与创毛机和洒水车相互配合，分层铺土并重复碾压。为方便大坝坝顶排雨水，从坝顶面的中间位置分别向两侧设立3%的倾斜度。防浪墙的高度必须超水库理论最高水位，另加设宽度1m的通道，进而方便后期的定期检查。本水库选择L形的防浪墙，并使用钢筋混凝土结构来确保防浪墙的稳定性。

3.水库筑坝材料和坝体分区设计

不同区域和水压的条件下，堆石体承载的力学特性差异大，进而对坝体造成不同程度的影响。针对于此，并满足多个方面的需求，例如力学性能、施工工艺等，所以把坝体分成以下几部分：主堆石区、垫层区、过渡区、下游堆石区。

（1）垫层区：垫层区是坝体十分重要的一部分，发挥的作用也十分大。本水库的垫层区宽度4.0m，使用石英砂岩为原材料。而为确保密实度和强度，要求使用的石英砂岩的颗粒直径最大不能超出0.8cm，而50mm直径的石英砂岩则必须达到总成分的40～50%。另外，为了避免填充后的缝隙过大而出现渗漏的情况，于趾板的周边缝底使用粒径低于0.4cm的材料予以填充，并确保填充的密实度。

（2）过渡区：该区主要在垫层区和主堆石区间起平稳的过渡作用。垫层区和主堆石区所使用的填充料，其变形的性质和强度具有一定的差异性，所以需要在两者间建立过渡区。填充的材料应当选择硬度较高，且级配良好的碎石，而粒径则需要比垫层区和主堆石区的粒径大。在相关的水库设计中表明，如果主堆石区的材料使用为硬岩堆石料则必须设立过渡区。本水库的水平宽为4.0m，过渡区使用的填充材料粒径在15～30cm范围内，主要使用的材料为人工开采破碎后的碎石。

（3）主堆石坝区：主堆石坝区是面板坝最为核心的部位，其承载面板坝受到的水流冲击。所以在主堆石坝区使用的填充料应当使用刚度高且耐磨的材料，并且还要具有较强的抗剪切能力，进而可以更好的适应恶劣环境。当下在主堆石坝的级配设计过程中，依据和水库地质相同的项目进行参考分析。本水库确定级配为：＜6mm颗粒含量小于25%，＜1mm颗粒含量小于10%，此级配可以确保主堆石坝料综合性能更高。

（4）下游堆石区：此区的作用主查确保大坝的稳定和排水顺畅。本水库于坝体的下游高程507.5m位置设立下游堆石区，以此来进行水体的排泄。下游堆石区的顶部宽度6.5m，上游与下游的坡度全部设计为1：0.5。

4.混凝土面板设计

混凝土面板是有效确保面板坝的防渗所在，所以对混凝土面板的防渗性具有较高的标准。通常情况下要求混凝土面板具有抗剪切、耐久性要好的特点。

（1）面板厚度。为利于后续的施工，并提高质量，所以对混凝土面板的厚度必须在合理的标准范围内。在确保混凝土面板的厚度时，要求需要有空间安置钢筋与止水，与此同时，还需要具有一定的耐久性，以及高抗渗的性能。另外，在符合上述的要求同时可以对面板的厚度进行减少，进而减少混凝土的用料，最终降低了成本的投入。通常情况下，中低高的大坝厚度选择范围在0.3～0.4m厚。本水库的混凝土面板确定厚度0.3m。

（2）面板混凝土设计及配筋。依据以往的相关工程项目的经验，要求面板的混凝土强度高于C25，抗渗能力高于W8。与本工程的实际现状结合，确定本水库的面板混凝土局部使用双层配筋的方法，而混凝土的等级则确定是C30，进而确保大坝的强度。本水库的抗渗等级设定为W10，确保抗渗的性能。面板层使用单层配筋，实际的配筋需要根据力学的计算进行配比。

5.趾板设计

（1）趾板安置。通常情况下，趾板的安置有两种，一是平趾板，另一种为斜趾板。平趾板在当前的工程中使用最为广泛，具体的方案：趾板等高线与基准线呈90°。平趾板最大的优点是可以提高施工的工作效率，并减少钻孔和灌浆施工的难度，还可以提供有效的排水空间，降低基岩的风化，所以本水库最终决定采取平趾板的工艺。

（2）趾板结构。设计岩石地基上趾板时必须先明确容许水力梯度，以此来确保结构施工的质量。与本水库的现实情况相结合，并经过详细计算确定趾板宽5m。另外，岩石地基上的趾板，其厚度小于连接起来面板的厚度，最小的厚度高于0.3m。

（3）趾板分缝、配筋。趾板的结构常见使用的是连续式。此结构对受温度影响而造成的缝隙能够拥有较高的抵抗性，可以确保趾板的稳定。通常情况下，连续式的施工缝依据冷缝进行处理，另外不设止水，钢筋通过。本水库的趾板运用单层钢筋配筋，并且各向钢筋量的控制要求在理论值的0.4%，对于趾板的保护层要求厚度150mm。为确保配筋强度，首先开始灌浆作业，然后把直径30mm钢筋予以插入，钢筋的间距为0.8m。

6.结语

当前国内对于水利的发展十分重视，因此在后续的一段时期内会兴建大批的小型水库。而国内的新疆地区，其受制于该地区的各种因素限制，所以在设计时需要更高的标准。本文通过对实际的水库设计进行分析，从坝顶构造、筑坝材料、坝体分区、趾板等多方面的开展设计要点的讨论分析，最终与当地的实际情况结合设计大坝，进而实现了水库项目的成本投入较低，并且取得的效果更好。