中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西省西安市 710016
摘要：近年来，国家加大了对水利工程的资金投入，水利工程建设事业取得了显著进步。在水利工程施工过程中，混凝土面板堆石坝属于一项重要的施工工艺，具有结构简单、抗震性强、施工周期短、安全性高等诸多优点。因此，在选择水利工程的坝型时，混凝土面板堆石坝占据较大优势，其应用范围越来越广。对于水利工程来说，质量是工程的生命线，只有保证工程施工质量，才能确保水利工程安全、稳定运行，充分发挥工程建设带来的经济效益，混凝土面板堆石坝施工也不例外。
关键词：水利水电工程；面板堆石坝；优化设计
引言
随着社会经济的高速发展，水利水电工程项目日渐增多。在水利水电工程建设过程中，混凝土面板堆石坝不仅具有断面小、安全性能高的特点，而且相对施工过程方便，工程整体费用支出较少，应用越来越广泛。
1 坝体结构设计
某水利枢纽工程，控制流域面积约为6375km2。工程建设的目的是以灌溉和防洪为主，同时兼顾发电。该水利枢纽工程为Ⅱ等工程，设计大坝抵御100年一遇的洪水。为了提升水利工程的安全性能和抗洪效果，采用混凝土面板堆石坝作为拦河坝，最大坝高为124.5m，坝顶长度为489m。
1.1 坝体体型设计
在对混凝土面板堆石坝进行设计过程中，结合工程所在区域的地质特点，在满足工程建设需要的同时，避免地震等灾害对工程的影响，主要设计要点如下：（1）为了避免强烈地震发生时，堆石坝坝顶即便在局部塌陷的情况下，仍能够确保整体堆石坝不会出现断裂，且能够满足地震后的抢险抗灾工作所需的交通通行需求，最终设计坝顶的宽度为10m，并且采用沥青混凝土路面。此外对于上坝公路的设计为：10m宽度，坡度为8%左右的“之”字公路。（2）在进行坝体设计过程中，本水利枢纽工程采用“L”形的钢筋混凝土结构作为防浪墙，设计高度为4.2m，墙体顶部高出坝顶约1.2m。通过有效降低抗风浪的坝体高度，节约了工程的堆石体填筑量，降低了工程的成本支出。（3）为了抵抗地震发生时，出现落石、滚石等问题，同时结合美观安全的设计思路，在坝体的下游坡处，设置厚度为40cm的浆砌石网格，并在网格中填充干砌石（块石直径大于30cm），最终形成良好的护坡。
1.2 坝顶高程确定
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）及《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），那新水电站大坝建筑物级别为3级，但因坝高为90.27m，大于70m，故大坝提高一级为2级。坝顶设计工况安全加高为1.0m，校核工况安全加高为0.5m。坝顶超高按下式确定：Y=R+e+A式中：Y———坝顶超高（m）；R———最大波浪在坝坡上的爬高（m）；e———最大风壅水面高度（m）；A———安全加高（m）。对设计洪水和校核洪水条件下大坝防浪墙顶高程进行计算，取两者中的最大值，作为确定防浪墙顶高程的依据。
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1.3 混凝土趾板设计
本工程坝址所在区域的河床，右侧的岸坡相对陡立，左侧的岸坡则覆盖层较为深厚，如果采用传统的平趾板方案，不仅工程施工的开挖量较大，而且在开挖过程中边坡较高。因此本工程采用“4+X”设计混凝土趾板。（1）整体混凝土趾板分为标准平趾板和下游内趾板两部分组成；（2）标准趾板为4m宽，主要用于作为2~3排的固结灌浆及中央排帷幕的灌浆盖板。（3）内趾板作为下游的防渗板，其宽度应当根据水头和地基容许水力梯度来进行设计计算。
2 优化设计思路
2.1 导流、放空兼取水三合一隧洞
导流、放空兼取水隧洞布置在主坝左岸，为有压隧洞，由进口明渠、导流进口、导流洞及出口明渠组成。进口明渠长26.0m，导流洞进口由喇叭口收缩至矩形断面3.5m×4.4m（宽×高），洞身为圆形，洞径尺寸为3.0m，导流隧洞长275.5m，洞内坡降为7‰，出口明渠段长30.0m。取水设施利用施工导流洞进口采用“龙抬头”形式改建而成，塔式进水口底板高程1428.00m，采用喇叭口型式，进口设移动式拦污栅，井筒高34.50m，顶部高程为1454.50m，闸门孔口为1.5m×1.5m，闸门后设置DN500的通气孔。
2.2 基础帷幕灌浆
a.趾板基础帷幕灌浆范围。坝基的渗漏以裂隙渗透为主要形式，存在坝基渗漏问题，故沿趾板线上必须进行帷幕灌浆处理。帷幕孔沿趾板连续布置二排，孔位与固结灌浆前两排孔位重合。由于该大坝高度未达到100m，根据规范相关规定，坝坡及渗流控制参考已建工程，因此未进行渗流及稳定计算。帷幕灌浆范围基本接近水库正常蓄水位与相对不透水层在两岸的相交处，但两岸山坡处水头较低，设计的灌浆范围是满足防渗要求的。b.趾板基础帷幕灌浆深度。根据《混凝土面板堆石坝设计规范》有关规定，本工程防渗帷幕设计以岩石透水率q＝5Lu作为相对不透水层，帷幕灌浆深度深入不透水层以下。c.趾板基础帷幕灌浆参数。帷幕灌浆的孔中心距为2.0m，布设两排帷幕灌浆孔，均按铅直方向布置，灌浆压力采用0.4MPa。趾板基础帷幕灌浆施工顺序灌浆孔分3序，采用“对分法”进行帷幕灌浆，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序灌浆铅直孔的间距分别为8m、4m和2m。
2.3 基础开挖
（1）河床段高趾墙基础：沿着河床段高趾墙，对趾墙上下游的基础，采用垂直开槽的方式进行基础开挖，直到接触到强风化下限岩石为止。（2）岸坡段趾板基础：由于岸坡段趾板位于弱风化层岩石基础上，在进行基础开挖过程中，在趾板宽度方向的上游，按照边坡1：0.3的比率进行开挖；在趾板长度方向，应沿着趾板槽底进行开挖，开挖过程中应注意平整，避免出现5m以上的陡坡或者反坡。对于岸坡段趾板的边坡，为了避免出现滑坡等安全事故，采用锚杆和锚索锚固，并采用混凝土挂网喷洒进行加固处理。（3）左岸古河槽段趾板基础：首先对基础表面的风积粉土进行清除，然后在左岸古河槽内设置深入到基岩不透水层的混凝土防渗墙，最后借助连接板与下游趾板进行连接。
2.4 面板分缝
面板分垂直缝，不设水平分缝，面板垂直缝在河床处间距采用12m。为预防水库蓄水后由于水荷载作用所产生的过大增量变形所导致的河床段混凝土面板挤压破坏，故修复设计在河谷中心部位选择MB10与M11、MB11与M12、MB12与MB13之间3条垂直缝，在缝间崁填能够吸收沿坝轴线方向水平变形的沥青杉板，这三条垂直缝即为压性缝，其余垂直缝均按张性缝进行止水布置。压性缝宽20mm，顶部设GB填料、氯丁橡胶棒，外部用三元乙丙GB橡胶复合板包裹，缝内用沥青杉板充填，底部设GB复合W型止水铜片、氯丁橡胶棒、聚氨脂泡沫、复合GB止水条等。张性缝顶部设GB填料、氯丁橡胶棒，外部用三元乙丙GB橡胶复合板包裹，缝面刷沥青乳液，底部设GB复合W型止水铜片、氯丁橡胶棒、聚氨脂泡沫、复合GB止水条等。
结束语
综上所述，作为国民经济发展的重要基础设施，水利枢纽的建设推动了我国社会经济的发展。现阶段，在进行水利枢纽建设过程中，大多采用混凝土面板堆石坝设计，不仅简化了施工的程序，提升了工程的安全性能，而且具有较好的经济效益。
参考文献：
[1]陈清松，张文胜.铜灌口水库面板堆石坝筑坝材料优化设计[J]. 水利建设与管理，2014（11）：31－36.
[2]刘艳君，田志勇.两江水利枢纽工程混凝土面板堆石坝设计[J].水资源与水工程学报，2011，22（2）：142~144.
论文作者:张红梅
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第7期
论文发表时间:2018/10/26
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