面板壩壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計新思路研究

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1工程概況

　　衛(wèi)星水庫位于義烏市境內(nèi)后溪上游，距廿三里鎮(zhèn)9km.工程于2000年8月進場開工，于2003年6月完工。攔河壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂寬6.2m，壩頂長301m，最大壩高為52.5m，上、下游壩坡均為1：1.3.水庫控制集雨面積為5.37k㎡，總庫容為546.37萬m3，正常庫容500萬m3，相應(yīng)水位185.66m.它是一座以供水為主，兼顧防洪、灌溉的水利工程。

　　2壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　衛(wèi)星水庫壩頂結(jié)構(gòu)采用上、下游雙擋墻的型式，壩體下游懸臂擋墻底部高程為180.8m，頂部高程為187.0m，高6.2m，上游防浪墻的建基面高程（壩頂臨時滑模高程）為185.8m，高出正常蓄水位以上0.14m。大壩壩體在高程180.6m-186.8m之間為靜碾?yún)^(qū)填筑，上游1米寬墊層區(qū)鋪筑厚度為40厘米，采用16t振動碾靜碾8遍；下游擋墻立板邊1米寬采用Ⅰ區(qū)料鋪筑，厚度為20厘米，采用小型手扶式振動碾碾壓8遍；上游墊層區(qū)和下游擋墻I區(qū)料之間為I、Ⅱ區(qū)混合料區(qū)，鋪筑厚度為40厘米，采用16t振動碾靜碾8遍。上游墊層區(qū)設(shè)計孔隙率n≤21.5％，混合料區(qū)設(shè)計孔隙率年n≤22.5％，下游擋墻立板邊Ⅰ區(qū)料設(shè)計孔隙率n≤21.5％。

　　本工程壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計不同之處在于以下兩方面：

　　1、國內(nèi)面板壩壩頂滑模臨時高程以下壩體填筑均采用動碾，本工程滑模高程以下5.2m則采用I、Ⅱ區(qū)混合料靜碾；

　　2、本工程滑模施工的壩面作業(yè)平臺寬度為6.6m，比混凝土面板堆石壩一般作業(yè)平臺寬度少2.4m。

　　3合理性分析

　　3.1工程措施的合理性分析

　　面板混凝土澆筑平臺的一般寬度大于9m，而本工程的混凝土澆筑平臺寬度為6.6m，作業(yè)平臺寬度的縮窄，無疑是給施工增加了難度。通過設(shè)計、業(yè)主、監(jiān)理和施工單位共同努力，改變牽引設(shè)備錨固方式，使卷揚機機座與下游擋墻連為一體，簡化滑模設(shè)施，并采用兩臺5t的卷揚機并排牽引，面板澆筑采用跳倉澆筑順序，工程翻斗車運輸入倉澆筑。通過精心施工和合理安排，最終使面板澆筑保質(zhì)按時完成，并獲得業(yè)主和監(jiān)理的一致好評。

　　國內(nèi)面板壩的靜碾?yún)^(qū)均設(shè)置在上游防浪墻建基面（壩頂臨時滑模高程）以上，并不提具體的設(shè)計指標(biāo)，而本工程卻設(shè)在上游防浪墻建基面以下5.2m，所以對靜碾?yún)^(qū)的指標(biāo)設(shè)計顯得非常重要。隨著碾壓設(shè)備的改進，面板堆石壩的填筑質(zhì)量越來越好，沉降量越來越小，由于下游擋墻澆筑需一個半月時間，相當(dāng)于給靜碾?yún)^(qū)填筑前預(yù)留了一個半月沉降時間，使壩體沉降趨于穩(wěn)定，為壩體靜碾?yún)^(qū)和動碾?yún)^(qū)沉降趨于一致創(chuàng)造了有利的條件，從而使面板在壩體自身沉降的作用下能均勻受力。為慎重起見，要求施工單位對壩頂靜碾?yún)^(qū)做碾壓試驗。通過對碾壓試驗結(jié)果的分析，參照類似工程的壩體填筑指標(biāo)，并結(jié)合工程實際，提出了如上所述的設(shè)計指標(biāo)。

　　表1碾壓試驗成果匯總表

填筑料源 　 填筑料視比重 　 碾壓部位 　 鋪料厚度cm 　 碾壓遍數(shù) 　 沉降量mm 　 含 水 率 % 　 干容重kn/m³ 　 孔 隙 率 % 　 d60/d10 　 d30²/（d60.d10） 　 石粉碎石級配料 　 2.63 　 上游墊層區(qū) 　 1#坑 　 38.8 　 8 　 52 　 3.50 　 20.79 　 20.95 　 38.7 　 2.58 　 2#坑 　 3.18 　 20.76 　 21.06 　 48.39 　 1.45 　 2#料場爆破軋制料 　 2.62 　 混合料區(qū) 　 1#坑 　 43.8 　 8 　 47 　 2.83 　 20.27 　 22.63 　 17.33 　 1.64 　 2#坑 　 4.71 　 20.47 　 21.87 　 15.63 　 1.23 　 石粉碎石級配料 　 2.63 　 下游擋墻墊層區(qū) 　 1#坑 　 21.8 　 8 　 45 　 9.0 　 20.83 　 20.78 　 40.0 　 2.95 　 2#坑 　 7.0 　 20.64 　 21.52 　 32.1 　 1.59 　

　　3.2經(jīng)濟分析

　　該壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計中下游擋墻的混凝土方量為2235m³，合計費用89.4萬元；但由于下游擋墻的增設(shè)，使壩體填筑方量減少，減少方量占總填筑量的14.5％，減少寬度3m，工程量減少7.25萬m³，節(jié)省費用217.5萬元；總投資節(jié)省128.1萬元。

　　4結(jié)語

　　混凝土面板堆石壩是土石壩的主要壩型之一，由于堆石為自由排水材料，在堆石體內(nèi)不可能形成浸潤線和孔隙水壓力，安全穩(wěn)定性能好，在混凝土面板堆石壩下游增設(shè)擋墻對工程的質(zhì)量、投資、工期、效益均有好處。對于中、小型面板堆石壩，有以下幾點可供設(shè)計參考：

　　1、壩頂臨時滑模高程處的作業(yè)平臺寬度可適當(dāng)縮窄，可由9m縮至6m；

　　2、根據(jù)工程實際，靜碾?yún)^(qū)可置于壩頂臨時滑模高程以下一定的部位，只要設(shè)計合理，措施得當(dāng)，可取得和振動碾壓一樣的效果，碾壓參數(shù)參考值：上游墊層區(qū)設(shè)計孔隙率n≤21.5％，混合料區(qū)設(shè)計孔隙率年n≤22.5％，下游擋墻立板邊Ⅰ區(qū)料設(shè)計孔隙率n≤21.5％；

　　3、壩頂下游采用高擋墻（5～6m）型式，可節(jié)約填筑

　　工程量約13％～17％，又可滿足壩體穩(wěn)定要求。

　　衛(wèi)星水庫自從2003年4月28日下閘蓄水至今，水庫已達到正常蓄水位，根據(jù)業(yè)主的跟蹤觀測，水平位移累計沉降量為20.95mm，垂直位移累計沉降量為46mm，沉降量小，滲漏量為0.1L/S。這說明大壩總沉降絕大部分在施工期完成，并運行良好。衛(wèi)星水庫的壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計給中、小型面板壩的傳統(tǒng)設(shè)計方法提供了一種新思路。