浅谈某水库分离式面板砂砾石坝设计

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摘要：论述了分离式混凝土面板砂砾石坝在平原水库中砂砾石地基上的应用及设计特点。通过3年的运行及2次较大地震的考验，水库运行良好，其证明砂砾石地基上建造分离式混凝土面板砂砾石坝是安全可行的。

关键词：平原水库 挖填平衡 深厚覆盖层 分离式混凝土面板砂砾石坝 弹性聚氨酯密封膏 水平防渗

阿腊通盖水库是新疆吐尔干沟河下游的二级水库，为灌注式平原水利枢纽工程。水库总库容126.62万m3，兴利库容96.35万m3，为小（1）型Ⅳ等工程，具有灌溉、生态、防洪等效益。水库枢纽主要由混凝土面板砂砾石坝、溢洪道、坝下放水涵管、引水渠等组成。

1工程区气象及地质条件

坝址区属温带大陆性气候，多年平均气温为3.7℃，历年极端最高气温43.5℃，历年极端最低气温-31.2℃，多年平均降雨99mm，多年平均水面蒸发量为1201.2mm（E-601型），历年最大冰土深1.80m，盛行西风，最大风速24m/s。

库区属于哈尔里克山北坡山前洪积扇下缘与洪积平原上部接合部位低洼地带。北西西断裂组合中的（25号断层）由库区以南2.00km通过。坝区基本地震烈度Ⅶ度，抗震设防烈度为7度。库区地形南西高、北东低，东西两边略高，洼地中间略低，地形坡度4.0～5.0%左右。岩性为上更新统―全新统洪积沉积物（Q3-4PL ）组成。地层为卵、砾石地层大于50m。渗透系数4.8―7.8×10-3cm/s，属强透水层。

2坝型的选择

根据地勘资料当地砂砾石料极为丰富，周围50km范围内无粘土，因此坝型的选择以当地材料砂砾石坝为宜。复合土工膜斜墙砂砾石坝。总坝长1063.5m，最大坝高19.10m，上游坝坡1：2.5，下游坝坡1：2，坝体防渗体为土工膜斜墙，土工膜采用250g/0.5mPE/250g复合土工膜，土工膜上下各设15cm厚细料垫层。上游防浪护坡采用25cm厚C25F300混凝土面板防渗。坝体填筑料采用粒径小于300mm当地砂砾石料。工程静态投资1865万元。

分离式面板砂砾石坝。总坝长1078.3m，最大坝高19.30m。上游坝坡为1：1.8，下游坝坡为1：1.8。防渗体采用30cm C30F300W8等厚分离式混凝土面板，面板下设水平宽1m的垫层，垫层料为粒径小于150mm的砂砾石料，坝体填筑料采用粒径小于300mm当地砂砾石料。坝体静态投资1774万元。

混凝土面板砂砾石坝和土工膜斜墙坝都有适应地基变形能力强，对地质条件要求低的特点，两种坝型都适合建设。由于坝址区域地震烈度为Ⅶ度，混凝土面板坝具有良好的抗震性能，即使在强震下，混凝土面板可能会开裂，而引起渗流量增加，但可通过砂砾石坝体排泄，不会威胁到坝体稳定，同时开裂面板坝可以通过加固措施对面板进行处理，重新起到防渗作用。土工膜斜墙坝虽然也有一定的适应坝基变形的能力，但复合土工膜一旦破裂发现及检修漏点较困难。从经济角度来说混凝土面板砂砾石坝较土工膜斜墙坝经济。通过综合比较选定分离式混凝土面板砂砾石坝为选定方案。选定库区位于洪积平原低洼地带，低洼地段不明显，需要三面筑坝。如果直接在原地面上填筑坝体，需要在库区附近开采上坝料，影响环境造成水土流失。

3 分离式面板砂砾石坝设计

（1）坝体轮廓设计

大坝为混凝土面板砂砾石坝，坝顶全长1026m，最大坝高18.4m，坝顶宽度为4m。通过工程类比及安全考虑，上游坝坡1：1.8，下游坝坡1：1.8。坝顶上游设高2.4m “L”型C20F250W6钢筋混凝土防浪墙，墙顶高于坝顶1.1m。坝顶下游侧设60×20×60cm预制混凝土路缘石。坝顶路面采用厚0.3m泥结石路面。

（2）坝体分区及坝料填筑设计

坝体填筑分区从上游至下游分为三个区，即垫层区、砂砾石主填筑区、任意料区。

垫层区：最大粒径不超过150mm， 小于5mm的细粒含量控制在30%-50%，本工程为低坝，小于0.075mm的颗粒含量可适当放宽，不超过12%。根据料场试验资料，坝壳料中扣除粒径大于150mm后，粒径小于5mm以下颗粒含量36.1%，小于0.075mm颗粒含量11.41%，符合垫层料质量要求。填筑标准为相对密度≥0.85。

砂砾石主填筑区：坝壳料小于0.075mm的颗粒含量平均为10.3%>8%的规范要求，考虑到坝料的渗透系数为6.3×10-3，排水能力满足要求，因此库盘开挖料可直接上坝。填筑标准为相对密度≥0.85。

任意料区：为了充分利用库盘开挖料，在坝体轴线下游侧设置任意料区。任意料区对填筑料粒径没有要求，但填筑料中不得含有草皮、树根、淤泥、腐植质土层及有机质土。填筑标准为相对密度≥0.85。

（3）混凝土面板设计

分离式混凝土面板厚度为0.3m，混凝土标号采用C30F300W8。分离式面板尺寸长×宽为6m×4m。混凝土面板之间采用φ16的连接钢筋，伸入混凝土面板的长度为0.8m，间距1m。分离式面板间板间缝由下往上依次设置有：厚6mm无纺布，中部沥青防水卷材2层填缝，顶部弹性聚氨酯填塞封顶。

（4）坝基防渗设计

工程坝基及库盘为砂砾石地基，库区范围内为了解决库区渗漏问题，采用复合土工膜水平防渗方案。复合土工膜防渗结构自上而下依次为：厚0.5m膜上保护层、0.8mmPE/250g复合土工膜（一布一膜）、厚0.3m膜下垫层。膜上防护层为粒径小于100mm砂砾石、膜下垫层粒径为小于20mm砂砾石。在铺膜区内顺坝轴线方向和垂直坝轴线方向，每搁40m，开宽2m，深0.3m的槽，成网状分布，以适应蓄水后水压力对膜的作用。

4工程运行情况

该水库于2011年10月下闸蓄水，3年来工程至今运行良好，初期蓄水时，水库蓄水10m后，在主坝后出现带状渗水点，通过水库水位降落后，发现坝面分离式混凝土面板板间缝弹性聚氨酯填缝施工质量存在问题。对存在施工质量的缝进行了二次处理，处理后水库运行良好。水库建成后哈密地区发生了两次5级以上的地震，分别为2012年2月10日哈密发生了5.3级地震，震源距水库208km，震源深度7km。2014年月4月30日哈密发生了5.1级地震，震源距水库19km，震源深度9km。两次较大地震未对水库造成表面的影响，水库运行良好。

5结语

（1）对库盘地貌相对平缓，建库库容地形条件相对较差的平原水库。为了解决坝高，库容小的问题，工程采用挖填平衡的设计思路，上坝料全部从库盘内开挖上坝，从而降低了坝高，增加了库容，同时减少了由于大的开挖料坑所造成的环境破坏及水土流失问题。（2）坐落在深厚砂砾石地基上的分离式混凝土砂砾石坝是安全稳定的。砂砾石天然地基只要密实，无软弱夹层，作为分离式混凝土面板坝的基础不会使坝体和面板产生大的沉降，实践证明是可行的。（3）分离式混凝土面板防渗中的板间缝采用弹性聚氨酯密封膏作为止水材料，简化了止水结构，取消了传统面板缝金属止水和橡胶止水带，使面板的施工方便，且易于修补，提高了防渗面板的柔性和适应坝体变形的能力。具有经济效益和节能效益。但板间缝的施工质量尤为重要，如材料搅拌不均匀，造成弹性聚氨酯密封膏失去弹性开裂漏水。材料填塞前不注意混凝土基面及结合面的清洗，造成聚氨酯密封膏形成两层皮或脱落漏水。

参考文献：（1）SL274-2001碾压式土石坝设计规范

（2）SL228-98混凝土面板堆石坝设计规范

（3）蒋国澄、傅志安、凤家骥主编，混凝土面板堆石坝工程