贵州省贵定县高粱坝水库碾压混凝土重力坝设计

张关会

（贵州中水建设管理股份有限公司,贵州 贵阳 550002）

1 工程概况

坝址段河谷为不对称 “V”字型谷,河床高程1079.0 m,左岸山脊高程1140.0 m,右岸山顶高程1132.8 m,山顶右侧有一低矮垭口,垭口高程1123.8 m。左岸坡地形坡度50°左右,坝址出露志留系中统翁项组（T2）灰岩夹粉砂质灰岩、泥质灰岩。

水库枢纽由重力坝、右岸防渗墙、坝顶溢洪道、取水放空管、输水管线等建筑物组成。工程总投资13920.92万元,总工期21个月。

2 总体布置

大坝为碾压混凝土重力坝,坝轴线长143.0 m,轴线方位为NE17°,最大坝高53.0 m,坝顶高程1126.00 m,坝顶宽度5.0 m。大坝由溢流坝段及左右岸非溢流坝段组成,溢流坝段位于大坝中部,长18.5 m,堰顶高程为1121.00 m,溢流净宽15.0 m,两孔布置,单孔宽7.5 m,非溢流坝段左岸长56.93 m,右岸长70.57 m,非溢流坝上游面以上铅直,下游面在1121.0 m高程以上铅直,1121.0 m高程以下按照1∶0.8的坡比设置台阶,台阶尺寸为2.4 m×3.0 m（宽×高）。

溢洪道布置于坝顶中部,溢洪道由溢流控制段+坝面台阶+坝脚消力池组成,溢流堰采用WES实用堰,堰顶高程1121.0 m,溢流曲线后接坝面台阶,台阶后接消力池。

水库取水及放空管采用两管合一的方案埋设于大坝内,布置在右岸非溢流坝段,取水管管径为1.0 m钢管,坝前设置取水口,取水口采用C25 钢筋混凝土井筒结构,进口设置2.5 m×2.0 m（宽×高）活动式拦污栅,拦污栅后设置1.5 m×1.5 m的检修闸门,进口底板高程为1089.0 m。取水管长43.0 m,取水管末端设置闸阀室,闸阀室底板高程1082.20 m,闸阀室内分出直径为0.5 m输水管、直径1.0 m放空管、管径为0.25 m的生态放水管和管径为0.25 m的灌溉取水管。放空管和生态放水管接入溢洪道的消力池内。

3 大坝结构设计

（1）非溢流坝段设计

非溢流坝段分布在溢洪道左右,左岸长56.93 m,右岸长70.57 m。坝顶高程1126.00 m,最大坝高53.0 m,坝顶宽度5.0 m,最大坝底宽度为43.4 m,上游面以上铅直,下游面在1121.0 m高程以上铅直,1121.0 m高程以下按照1∶0.8的坡比设置台阶,台阶尺寸为2.4 m×3.0 m（宽×高）,下游坝面台阶的设置为施工立模提供的方便,更好的体现碾压大仓面快速施工的优势。坝身材料为C15 三级配碾压混凝土,上游面设置0.5 m厚 C20 二级配变态混凝土,其后为C20 二级配碾压混凝土,厚度2.0 m,抗渗等级为W6。 非溢流坝段断面图见图1。

图1 溢流坝段剖面图

（2）溢流坝段设计

当然绿水青山非一日之功，而我们即便“走的很远很累”，也始终应记得出发时的初心。保护自然，亦需我们共同努力，相信在不久的将来，人类能真正与自然和谐共生。让绿水青山谱就人间华章。

溢洪道布置于坝顶中部,溢流堰采用WES实用堰,堰顶高程1121.0 m,溢流堰净宽15.0 m,分2×7.5 m两孔布置,中墩厚1.5 m,上游面采用椭圆曲线,下游堰面曲线Y=0.142x1.85,结合非溢流坝下游面台阶的结构特点,溢洪道采用台阶消能,溢流曲线通过6 级（1300×1000）+2级（1500×1000）小台过渡到坝面台阶（2400×3000）。利用坝面台阶消能,一方面为溢流坝段与非溢流坝段在1106 m高程以下实现同断面的通仓碾压创造条件,减少了溢洪道施工对大坝整体碾压的干扰,另一方面利用坝面台阶消能减小了消力池长度,节省了工程投资。溢流坝段断面图见图2。

图2 溢流坝段剖面图

两侧导墙最大高度6.2 m,宽1.0 m,台阶和侧墙均采用C25 钢筋混凝土浇筑,台阶末端设置消力池,消力池底板高程1077.0 m,池宽16.5 m,长16.0 m,边墙高程1082.0 m。侧墙顶宽1.0 m,内侧直墙,外侧坡度为1∶0.3,底宽为2.95 m,底板后1.0 m,基础高程1075.50 m,底板和侧墙均采用C25 钢筋混凝土,在消力池底板设置排水孔,孔距、排距均为3 m。消力池底板与基础采用Φ25锚杆连接,锚杆长4.5 m,梅花型布置,间距和排距均为3.0 m。消力池后设大块石海墁,长9.0 m,厚0.8 m。

（3）坝体分缝及止水

高粱坝碾压混凝土重力坝不设置纵缝,只设置横缝,大坝共设置5 条横缝,将大坝分为6 个坝段,在上游缝内设两道止水,第一道为铜片止水,铜片止水下游再设置一道橡胶止水,在坝体分缝处廊道设置止水。

（4）坝体材料分区

大坝选用的天然石料厂位于坝下游左岸,距坝址400 m,石料岩性为泥盆系独山组第三段、泥盆系上统灰岩及白云岩,岩体天然密度为2.61 g/cm3～2.82 g/cm3,单轴饱和抗压强度35 MPa～60 MPa,强度满足作混凝土骨料要求。

参照类似工程经验及高粱坝水库大坝自身的特点,坝身材料为C15 三级配碾压混凝土,上游面设置0.5 m厚C20 二级配变态混凝土,其后为C20 二级配碾压混凝土,厚度2.0 m,抗渗等级为W6,下游面设置0.6 m厚C20 二级配变态混凝土,大坝砼强度等级和性能要求见表 1。

表1 大坝砼强度等级和性能要求

根据混凝土标号及骨料的级配条件,碾压混凝土施工前在满足施工和易性等前提下进行试配,最终的施工采用配合比见表2。

4 大坝排水及廊道设计

（1）大坝排水

大坝排水系统包括坝身排水孔和坝基排水孔。坝身排水管由廊道垂直向上延伸至坝顶,间距4 m,孔径100 mm；坝基排水孔孔径100 mm,伸入基岩5 m,间距为3 m,坝身和坝基排水由廊道内排水沟。

（2）廊道设计

为减小坝体扬压力和节省坝体灌浆无效进尺,坝体设置灌浆廊道,廊道上游侧距坝轴线距离3.0 m,考虑到碾压混凝土坝快速施工的特点,在满足结合排水功能的前提,廊道只设置水平廊道,廊道底板高程1092.0 m,减少廊道施工对坝体碾压填筑的干扰,同时廊道底板高程高于度汛高程（1089.0 m）,为大坝顺利填筑到度汛高程创造有利条件。廊道采用城门洞型断面,廊道内净宽3.0 m,直墙净高3.0 m,顶拱高1.0 m,顶拱中心角135°,顶拱及侧墙均为C25钢筋混凝,厚0.3 m,廊道内下游侧设置300×300 排水沟。廊道的交通直接与坝后梯步连接坝顶,坝基和坝身的渗水通过横向的排水孔排向坝体下游。

5 基础处理

大坝河床段基础放在中厚层钙质粉砂岩的弱风化下部,两岸坡基础设置在弱风化中上下部,坝基开挖后岩体条件与勘察成果基本一致,岩体总体较完整,未发现断层、软弱夹层等现象,无泉点出露,构造迹象以裂隙为主,为加强基础的完整和承载力,对大坝基础进行固结灌浆,固结灌浆采用梅花形布置,间距3.0 m、排拒均为3.0 m,深入基岩8.0 m,针对河床局部和右岸坝0+031.60至坝0+042.70坝段裂隙发育地带基础固结加密布置,固结灌浆孔间距3.0 m、排拒均为1.5 m,深入基岩8.0 m。

通过固结灌浆前后的声波检测资料显示,坝基左岸岩体灌浆前单孔声波3209 m/s,灌浆后测试提升至3479 m/s、灌浆前跨孔测试平均波速为2990 m/s,灌浆后测试提升至3288 m/s；坝基中部岩体灌浆前单孔声波为4383 m/s,灌浆后测试提升至4707 m/s,灌浆前跨孔测试平均波速为3986 m/s,灌浆后测试提升至4187 m/s；坝基右岸岩体灌浆前单孔声波为4421 m/s、灌浆后测试提升至4721 m/s,灌浆前跨孔测试平均波速分别4219 m/s,灌浆后测试提升至4494 m/s,固结灌浆效果明显,固结灌浆加强的基础的完整性。

6 结论

高粱坝水库碾压混凝土重力坝结构及分区设计充分考虑碾压混凝土大仓面碾压、快速施工的特点,大坝下游坝面台阶的设置为施工立模提供的方便；利用坝面台阶消能,一方面为坝体大断面的通仓碾压创造条件,另一方面利用坝面台阶消能减小了消力池长度,节省了工程投资；灌浆廊道采用水平廊道布置及抬高底板高程的设计均起到减少廊道施工对坝体碾压填筑的干扰的效果。高粱坝水库大坝已经施工完成,近期将蓄水发挥效益,高粱坝水库碾压混凝土重力坝结构及分区设计在施工中取得良好效果,可为类似的工程提供借鉴。