水利工程堆石坝的设计策略

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1设计大坝构造

1.1坝顶设计

考虑到坝顶的施工规定、交通要求、抗震预防等情况，坝顶宽度定为7m。在坝顶上游建设墙底高程为1423.2m、墙的高度为4m、比规定蓄水位高出0.6m的L形防浪墙，在上游一侧修建1m宽的检修通道。根据工程计划、坝体的建筑材料和抗震要求，在下游坝坡1411m高程处修建2.5m宽的马路，建造堆石排水体系在下游坝坡脚，顶部高程1427m，顶宽4.0m。

1.2设计坝体分区

根据大坝的地质情况、大坝的建筑材料、均衡土石方等方面的情况，决定坝体应该使用的建筑材料，分别为:垫层区、过渡区、次堆石一区、次堆石二区、混凝土面板、下游坝面干砌块石护坡、周边缝特殊垫层区、主堆石区。使用灰岩爆破料作为此次工程垫层材料，剩下的坝体都使用砂岩料进行填充，灰岩的软化指数为0.71，单轴饱和抗压度为66.8MPa，砂岩软化指数为0.61，平均单轴抗压度为56MPa，软化系数0.60。2.3大坝建筑材料的选用

(1)垫层料需要可以保持自身的平衡，有半透水的特性，有较好的支持面板的作用，而且具有非常好的耐剪度，当大坝面板出现裂缝的时候，对细粒料起到过滤的效果，维持自身的防渗均衡性和控制大坝的渗透量。垫层料一般由灰岩机压制出来的灰岩料进行筛分混合制成。一般垫层料的直径要低于79mm。

(2)过渡料是用来过滤保护垫层料的，通常在主堆石料和垫层料中间，颗粒直径要低于300mm，颗粒直径低于5mm的材料含量要保持在11%～21%左右，颗粒直径为0.073mm以下的材料含量需要低于4%。

(3)水压力的核心承担区域为主堆石料区，主堆石料区需要有比较好的透水性和压缩模量，这样才可以保证面板不会产生严重的形变。石料的颗粒直径都应该低于799mm，颗粒直径为5mm的材料含量不大于14%，颗粒直径不大于0.075的材料含量应该低于5%。

(4)次堆石区填充材料应该划分为两个区，以便完全使用建筑物的开挖石料，次堆石一区使用爆破砂岩料，在次石堆区高程1400m以下区域，颗粒直径低于800mm，孔隙率低于21%。次堆石二区通常所用坝料由开挖石料和爆破新鲜砂岩料混合而成，在次堆石区1400m高程上方区域，颗粒直径低于800mm，孔隙率低于21%。

(5)使用平趾板设计方案，以便于更好地进行施工，趾板的宽度为5m，厚度为0.6m，按照规定要求趾板的抗冻等级为F251，防渗漏等级为W11，强度设计等级为C31。设计一层双向钢筋，放置在趾板上方。趾板下方通过长度为2m、直径为25mm的锚筋来增强基础和趾板的连接强度。

(6)设计面板的时候需要考虑到崩裂、水的冲击、渗水、使用期限等方面的因素，因此面板的设计厚度应该根据水位情况进行不断调整。通常使用下面的公式来确定不同高程处面板厚度:t=0.30m+(0.002～0.0035)H;式中t为面板厚度。通过上式计算，面板底部的厚度应该为0.5m，面板上部的厚度应该为0.3m。考虑到大坝使用一段时间后会因为裂缝、地形、地质条件等原因引起大坝变形，应对大坝进行分缝处理，设计张性垂直缝在大坝两肩的面板，设计压性垂直缝隙在剩下的面板上。共设计缝距为11m的压性垂直缝13条，缝隙距离为5m的张性垂直缝隙8条，面板的抗冻等级为F251，防渗漏等级为W11，强度设计等级为C31。

1.4设计大坝止水接缝

(1)面板压性垂直缝。一般使用平接硬缝的方法来进行接缝，在下面放置一个用来止水的铜片，并且在有缝面涂上厚度为4mm沥青乳胶。

(2)防浪墙伸缩缝。一般使用被沥青浸泡过的青杉板放置在伸缩缝缝隙中，设计一个T形的止水铜片在上游侧。

(3)趾板伸缩缝。保留7cm的V形槽在缝隙接口处，同时使用橡胶板放置在顶部缝口，起到保护作用。

(4)四周的止水缝。在周边缝缝隙中放置经过沥青浸泡的青杉板，使用橡胶板来保护顶缝口，在下部放置止水铜片，用沥青砂浆层来填充挖槽，放置塑料VC棒在顶部凹槽中。

2坝基的建设处理

2.1坝基的建造

(1)设计需要开挖的坝基。把坝轴线上游两岸的趾板线下方修整成比较平缓的坡度。在低于趾板下50m的范围中挖掘坡度低于1∶0.4的坡度。两边岸坡都按照1∶0.25的坡度进行开挖。使用锚索对趾板以上的岸坡进行牢固。共使用200根长度为25m、承重量为190t的锚索，并采用梅花形设计。

(2)坝基修建。趾板是修建在弱风化的基岩上的，要使用加固底座布局、用混凝土填充开挖区的办法来解决软弱夹层、局部悬空、断层破碎带等问题。比较密实的河床下层冲洪岩石层，可以直接作为坝基使用。对挖开的建筑基面，要对地面进行密实处理，为了确保河床岩石有稳定的渗透性，应该填充并密实3m厚的垫层料在河床建基层中，然后再填充并密实3m厚的过渡料。

(3)在大坝轴线的下游岸坡部位，构造30m长的主堆石，再构建3m长的过渡料与主堆石连接起来，过渡料的覆盖范围应该在大坝轴线90m的下游范围内。为使岸坡9m内的主堆石料更加密实，应该把直径比较大的石块分拣出来。

2.2对坝基进行覆盖

针对河床段对平趾板的特性，研究出了以下几种解决措施:①防漏墙刚性连接措施;②岩石趾板措施;③单防渗墙和双防渗墙措施;④防渗墙柔性连接措施。通过认真对比上面的几种可行措施，考虑到各方面的情况，使用混凝土防渗墙柔性连接方法，具有施工安全稳定、投入资金比较少、施工时间比较短的优点，因此在河床覆盖层比较深的地方安置了床段平趾板基础。趾板宽为7m、厚为1m，建基高程为2080m;使用混凝土防渗墙对趾板上游坝基进行防渗保护，墙体厚度定为1.3m。

3监控大坝的稳定性

(1)大坝坝基渗压值在水位不断改变的情况下，渗压值也越来越高，当水库水位为2200m时，大坝坝基的渗压值为0.243MPa，大坝内水位为1300m。

(2)在填充构造好坝体后，坝基土受到的压力逐渐变得非常平稳，不过随着水位的不断提高，还是对其有一定的影响，经监测得到，坝基土可以承受的最大压力值为1.859MPa。

(3)不同部分的坝体最高土压力分别为1.859MPa、0.804MPa、0.456MPa和0.321MPa，随着时间的不断增加，压力值也越来越高，但是增高的趋势越来越平缓。大坝坝体高值最大为1260mm，位于桩号坝横0+068.4、坝纵0+001.0，高程2170.4m处。坝后坡移动最高值是往下游偏移36.1mm，下降为9.3mm。由以上监测结果可以看出，大坝后坡发生时效形变是在蓄水时，蓄水位逐步平稳后，坝后坡就逐步趋于平稳了。在使用监测仪器对大坝面板进行检查时，仪器的监测数据都在正常的变化范围内;根据测缝计显示的测量结果，有一些地方在受到水压的作用后，产生了很小的变形。固定式测斜仪监测数据显示大坝面板发生了少量的位移，且顶部移动范围略大一些，但是数据在正常的变化范围内。由以上监测数据可以看出，大坝在高水位的情况，各个监测仪器所监测到的数据都是正常的，说明大坝质量符合规定。

4结语

随着社会的发展，我国在水利水电工程方面也取得了非常大的成果，混凝土面板堆石坝也经常被使用到大坝建设中，但是还存在一定的缺陷。本文通过实际工程情况，介绍了混凝土堆石坝在建筑过程中应该注意的问题以及正确的处理方法，并通过仪器监测证明这一系列方法是可行的，从而使混凝土面板堆石坝在以后的坝工建设中更好地发挥作用。

作者：张建平单位：五华县水利水电建设管理中心