四道沟水库分离式面板砂砾石坝的设计要点

【摘要】新疆哈密市四道沟水库位于哈密市德外里克乡，水库距哈密市约80km。是一座以工业供水、牧业灌溉兼顾防洪及生态用水等综合功能小型骨干水利枢纽工程，水库每年为下游工业供水730万m3（保证率为95%），牧业灌溉供水376.5万m3（保证率为85%）。四道沟水库总库容为570.47万m 3。

水库枢纽工程由拦河坝、导流、放水隧洞、溢洪道等建筑物组成，坝体采用分离式面板砂砾石坝，最大坝高71.6m。水库于2011年11月完工验收，2010年11月下闸蓄水至今，经过五年多的运行检验，证明坝体防渗效果良好。

【关键词】设计；灌溉；分离式面板

1、气象及地质条件

1.1 气象。四道沟为典型的大陆性干旱气候，降雨稀少，气候干燥，蒸发能力强，夏季炎热，冬季寒冷，气候垂直地带性明显。实测最高气温36.6℃（2000年7月12日）。年日照时数达5000小时以上，最多风向是东风，多年平均最大风速14m/s，最大冻土深度1.5m。根据参证站五道沟实测资料统计多年平均蒸发量为2879.5mm（φ20cm观测值），多年平均降水量为165mm。

1.2 地质条件。四道沟位于天山东段的巴里坤塔格南坡中、低山地带。山顶及山坡基岩裸露，河床为全新统冲、洪沉积层。区内地层主要由泥盆系地层，石炭系地层，侏罗系下—中统煤窑沟群地层和第四系地层组成，工程区位于哈尔里克复背斜南翼。根据国家《中国地震动参数区划图》GB18306—2001（1：400万）确定，库坝区地震动峰值加速度为0.2g，对应地震烈度Ⅷ。

坝址位于四道沟沟口以上1.8km处，河谷类型为“U”型谷。受构造作用影响，坝址区裂隙较为发育，左坝肩发育2条裂隙，右坝肩发育3条裂隙，受节理、裂隙作用影响，基岩被切割成不规则块体。坝基河床地层分两层，上层卵、砾石夹漂石，最大厚度25.60m，下伏基岩和左、右坝肩基岩均为凝灰质粉砂岩。根据上层漂、卵石物理力学试验成果，土体均一性较差，属中密状态土，建议以漂、卵石地层为大坝地基。

在施工过程中，根据趾板大开挖情况，河床趾板桩号0+146—0+168段和0+194—0+217段，覆盖层开挖最大深度8.5m基岩出露。0+168—0+194段根据在桩号0+181.1处的钻探资料，最大覆盖层深度22.5m见基岩（该段8.5m厚的覆盖层已开挖），判断此处为古河槽。古河槽埋藏深度22.5m，上口宽约26m，下口宽约5m。

2、分离式面板坝的设计

2.1 坝体轮廓设计。大坝为混凝土面板砂砾石坝，坝顶宽6m，最大坝高71.6m，坝长250.5m。上游坝坡1：1.5，下游坝坡1：1.4，结合布置纵坡为10%的之字形上坝道路，设计路面宽4.5m，最大坝高断面下游平均坝坡1：2.0。

2.2 混凝土面板设计。本工程采用分离式面板，采用C25级高性能混凝土，抗冻标号F200，抗渗标号W10。混凝土面板长6m，宽4m，长边平行于坝轴线布置。混凝土面板厚0.3-0.4m（高程2003.48以上厚0.3米，以下为厚0.4米），平行于坝轴线方向面板缝（水平缝）设置φ16拉筋，各深入面板0.8m，间距1m。

分离式面板板间缝分缝止水设计：表面凹槽（尺寸6×8cm）采用弹性聚胺脂嵌缝填料，中间采用沥青砂板，底部采用宽60cm（厚6mm，300g/m2）无纺布。

2.3 趾板设计。趾板布置在防渗面板的周边，与面板形成坝基以上的防渗体。趾板宽度根据地基基岩情况和允许水力坡降，按不同高程选择5m、6m，趾板厚度为0.5m、0.6m，采用C25级高性能混凝土，抗冻标号F200，抗渗标号W10。河床段采用水平趾板，坝址两岸由于坡度较陡，为了减小开挖量，保证基础稳定，减少基础岩石卸荷裂隙的产生，岸坡段趾板采用L形趾板结构，基础趾板在满足帷幕灌浆的要求后，采用1：0.3-1：0.5贴坡防渗体系板组合结构联合形成趾板的水平防渗，再结合垂直帷幕灌浆共同形成坝体的基础防渗体系。

2.4 基础防渗处理。除古河槽处趾板段外，其他趾板基础采用大开挖方式，基岩表层强风化全部挖除，保证趾板坐落在弱风化基岩上。河床趾板0+168—0+194段为古河槽，最大砂砾石覆盖层深度22.5m见基岩，上口宽约26m，下口宽约5m。此段采用挖除砂砾石覆盖层，浇筑钢筋砼防渗墙的方式与趾板连接。钢筋砼防渗墙高度为25m，墙厚1.5m。砼防渗墙两侧砂砾石料回填要求同步碾压进行，碾压指标同坝体，即相对密度≥0.85。防渗墙与趾板连接在水平趾板中间设置接缝，将趾板分成两块，以增加柔性和通过三条接缝来吸收防渗墙与趾板、趾板与面板之间的相对位移，接缝均按周边缝处理，设置三道止水，对基岩进行固结灌浆和帷幕灌浆。固结灌浆为两排，孔排距均为3m，灌浆深度10m；帷幕灌浆为一排，孔距为2m，深入岩体透水率为5Lu区内。坝体面板和趾板与灌浆帷幕共同形成一完整的防渗体系。

2.5 坝体分区设计。坝体填筑料分区从上游到下游主要分为盖重区、铺盖区、垫层区、过渡区、主堆石区、基坑开挖料填筑区、利用料区等7个分区。

3、有关经验总结

3.1 建造在深厚覆盖层以及古河槽上的混凝土面板砂砾石坝，采用分离式面板防渗设计是安全可靠的。当然前提条件要排除坝基覆盖层有无影响坝基稳定的软弱夹层、易于液化的砂层或透镜体的现象。其次覆盖层天然状态要密实，强度要高，允许承载力要大。以保证坝基稳定性和坝体不会产生较大沉降。

3.2 采用分离式高性能混凝土面板，使面板能更好的适应坝体沉降变形，减少了面板裂缝的出现。简化板间缝止水结构，同时采用分离式无筋防渗面板，显著减低了工程投资。

3.3 坝址两岸坡度陡峭，岸坡段趾板采用了L形趾板结构，减少了岸坡石方开挖量，降低了工程造价。

参考文献：

[1]碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）.

[2]混凝土面板堆石坝设计规范（SL228-98）.