黎帅
阳江市水利水电勘测设计有限公司 广东阳江 529500
摘要：对于水利工程而言，大坝是其核心建筑，在进行大坝结构设计时，应充分考量现场的地质情况与环境情况，采取有效措施保证结构稳定。本文以某水利工程为案例，就水库混凝土面板堆石坝建筑工程结构的优化设计方法进行介绍与阐述。
关键词：水库；混凝土面板；堆石坝；建筑结构
前言：我国基础设施建设水平不断提高，水利工程的重要地位日益突出，工程地质问题对于水利工程牢固性与稳定性造成较大影响，为此应采取有效措施弱化工程地质问题所带来的威胁，保证水利工程质量。
1.工程情况
某水利工程包括电力生产、农业灌溉与城镇供水等功能类型，同时也满足工程周边农村地区人畜用水的实际需求，因此该水利工程属于是一种综合性工程。对该水利工程的实际情况进行了解，可以确定该水利工程坝址以上的集水面积为101km2，水利工程常规蓄水水位为1417m，蓄水死水位1377m，洪水位及1417m，校核洪水位1419m，水利工程整体水库容量达到1995×104m3，行李库容达到1345×104m3，死库容达到425×104m3。工程坝体高度的最大值为95m，坝体顶部高程为1420.8m。水利工程等级为Ⅲ级，中等工程规模。水利工程永久性坝体等级为Ⅱ级，水利工程坝型采用混凝土面板堆石坝，工程建设周期为30个月。
2.施工环境
该水利工程所处河流河道形态向左岸突出，河道水利工程坝址段河谷呈现出不完全对称的V字形态，河床高程为1322~1330m，工程坝址段长度为480m。该工程常规蓄水水位1417m，当达到该水位的情况下，河谷宽度约为210m，宽高比值为3。水利工程左岸与右岸山脊高程超过1515m。水利工程左侧河岸地形突出，形成凌乱的山脊地形，形成发育较为成熟的冲沟；水利工程右侧河岸地形较为单一山脊，地形突出。水利工程坝址区域的岩体情况包括砂岩、粉砂质页岩、砂纸黏土岩、煤层、粉砂质、钙质泥岩、黏土岩等多种岩体。相对来说，水利工程坝址区域岩体完整程度较高，岩层区域并未出现较大褶皱与岩土断层，发育形成4组裂隙。
水利工程坝址区域的物理地质情况主要为崩塌堆积与采空坍陷，存在一定的岩体风化问题。岩石崩塌堆积情况主要体现在水坝坝体轴线上游侧两岸坡，水利工程左侧河岸崩塌体的估计方量约为3万m3，工程右侧河岸崩塌体估计方量约为4.5万m3。左侧河岸及右侧河岸崩塌体的成分包括黏土与块石，黏土夹块石堆积的密度较高，且堆积物未见架空现象。物理地质现象中的采空塌陷情况，主要呈现于水利工程坝址下游左侧河岸，河岸地表呈现出多处塌坑，工程建筑呈现出大面积开裂问题，出现局部塌陷问题。另外，工程坝址岩体风化现象，主要区域为碎屑岩区域，具备基岩溶隙水，坝址岩体并不具备较强的透水性，属于一种相对隔水层。
3.水库混凝土面板堆石坝方案设计与优化
3.1面板堆石坝
该水利工程混凝土面板堆石坝设计方案的工程枢纽主要采用面板堆石坝、水库溢洪道、右岸取水隧道与放空隧洞等方式。
3.1.1坝体整体结构参数
水利工程坝体顶部高度为272.7m，坝体顶部宽度为6.5m，高程为1419m。水库防浪墙体整体高程为1421m，工程建筑基面高程为1321m，工程坝体的最大高度为98.6m。河道上游坝体坡度为1：1.4，河道下游坝体坡度为1：1.3，喝到下游坝坡分别在高程为1358m与1388位置进行马道设置，马道宽度为2m。工程坝体结构采用上游防渗面板、垫层区、过渡区、堆料区、块石护坡、大块石护脚共同形成[1]。
图 1 坝体断面结构
3.1.2水坝工程顶部设计
水利工程坝体顶部的设计，应充分结合《混凝土面板堆石坝设计规范》的严格要求，应充分考量坝体高度、交通情况与坝体顶部的布置要求，参考常规水利工程设计与建设经验，将水利工程坝体顶部高度控制在9m。水坝工程在上游坝体顶部位置，设置防浪墙构件，在下游坝体位置设置栏杆构件。水坝工程顶部面板会形成1%的单侧排水坡。防浪墙的主要结构为L型钢筋混凝土结构，防浪墙高度4m，底部高程为1419m，与常规蓄水水位相比较高，超出蓄水水位1m左右。防浪墙与水坝面板之间的衔接位置进行伸缩缝的设置，用于止水操作。
3.1.3混凝土面板参数设计
水利工程所采用的混凝土面板参数设置，在进行面板厚度设计时，应根据200以下的水力梯度进行设计，钢筋混凝土面板设置与止水设计时采取较小厚度，自面板顶部向面板底部逐步提高其厚度，其中面板顶部厚度为30cm。工程垂直缝的设置，应将其间距控制在12m左右，面板施工时，采用二级配混凝土材料，其材料强度为C25。面板自身的抗渗性能要求较高，要求抗渗等级达到W12，面板防冻等级为F100，所采用的水泥材料采用普通硅酸盐水泥，水泥强度525#，并在混凝土材料中采用标准粉煤灰材料。严格按照技术应用的规范性要求，采用单层配筋面板，纵向及横向面板配筋率均为0.4%，面板附近的周边缝与受压缩缝应进行加强筋的油画布置。
3.1.4趾板设计
趾板工程建基面通常应当设置于硬度较高的基岩上，面板厚度为80cm，趾板建基面包含弱风化岩体上部或下部，弱风化岩体能够支撑10~20的水力梯度，强风化岩体能够支撑5~10的水力梯度。
3.1.5坝体分区工程设计
自上而下，水利工程坝体分别包括石碴盖重位置、黏土铺盖区域、混凝土面板、垫层区域、特殊垫层、过渡阶段、堆料区域、大块石护脚、下游块石护坡等。水利工程坝体垫层采用宽3m等宽设计方式，工程过渡区域采用宽3m的等宽设计方式。水利工程上游方向与下游方向的主堆料区域与次堆料区域的设置，将坝体下游3m位置作为起点，将水利工程坝体1：0.4倾向下游坡线作为分界线。垂直方向上，在高于1333m高程的区域设置次堆料区，将该高程以下作为堆料排水区。将大块石护坡设置于下游坡面，大块石护坡的水平宽度为0.6m左右。高程超过1356m的面板上游位置进行铺盖区的设置，铺盖区顶部宽度与坡度分别为2m及1：16；在铺盖区上游位置设置土石盖重区，顶部宽度与坡度分别为4m及1：2。
3.1.6分缝与止水
混凝土面板与趾板之间的分缝为工程的周边缝，针对周边缝采取三道止水措施。采用橡胶棒、填料与橡胶波形止水带进行顶部止水覆盖；采用Ω紫铜片布置于中部周边缝进行止水；采用F型紫铜片布置于周边缝底部进行止水。混凝土面板的张、压特性无法提前加以精准预计，因此就需要采取有效措施保证止水系统的完整性，为此应当采用张性缝处理方式进行止水设计。
3.2溢洪道工程设计
水利工程建筑溢洪道设计主要可采用岸坡式方法打造开放式溢洪道，将溢洪道与右侧坝肩相连。溢洪道工程主要包含引渠、控制、泄槽、消力等工段构成。其中，引渠段主要是实现向控制闸中进行库水引导，工程引渠底板高程为1408m，底板轴线长度为99m，厚度为20cm。工程闸室控制段基础主要在砂质泥岩上进行设置，在工程闸室位置进行3孔设置，溢洪道的设置宽度为16m，闸室中墩及边墩厚度均为2m，宽度为24m。溢洪道闸室与水流同向，长度为18.25m，闸室顶部高程与坝体顶部高程相互平齐。工程上部增加启闭室与交通桥的设置，在工程闸室底部与闸室两侧灌浆帷幕与工程坝肩的山体进行连接[2]。
结语：对于水利工程而言，工程地质条件、工程填筑高度及工程施工时间等情况，可能会导致坝体基础、坝体发生沉降变形问题。同时，水利工程的混凝土面板堆石坝坝体高度增加，工程覆盖层厚度增加，工程沉降变形问题有所减缓，但也会导致工程沉降速率发生变化。整体来说，水利工程采用混凝土面板堆石坝坝体的设计可以在一定程度上保证工程稳定性。
参考文献：
[1]常陆军.混凝土面板堆石坝坝体设计及位移模拟[J].水利科学与寒区工程，2018，1（08）：43-46.
[2]魏小平，建剑波，翟巍，张会娟.河口村水库面板堆石坝沉降时效特性研究[J].山西建筑，2015，41（12）：215-217.
论文作者:黎帅
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第1期
论文发表时间:2019/9/2
标签：水利工程论文; 面板论文; 工程论文; 高程论文; 混凝土论文; 坝址论文; 溢洪道论文; 《建筑细部》2019年第1期论文;