面板坝坝顶结构设计新思路研究

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1工程概况

　　卫星水库位于义乌市境内后溪上游，距廿三里镇9km.工程于2000年8月进场开工，于2003年6月完工。拦河坝为钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶宽6.2m，坝顶长301m，最大坝高为52.5m，上、下游坝坡均为1：1.3.水库控制集雨面积为5.37k㎡，总库容为546.37万m3，正常库容500万m3，相应水位185.66m.它是一座以供水为主，兼顾防洪、灌溉的水利工程。

　　2坝顶结构设计

　　卫星水库坝顶结构采用上、下游双挡墙的型式，坝体下游悬臂挡墙底部高程为180.8m，顶部高程为187.0m，高6.2m，上游防浪墙的建基面高程（坝顶临时滑模高程）为185.8m，高出正常蓄水位以上0.14m。大坝坝体在高程180.6m-186.8m之间为静碾区填筑，上游1米宽垫层区铺筑厚度为40厘米，采用16t振动碾静碾8遍；下游挡墙立板边1米宽采用Ⅰ区料铺筑，厚度为20厘米，采用小型手扶式振动碾碾压8遍；上游垫层区和下游挡墙I区料之间为I、Ⅱ区混合料区，铺筑厚度为40厘米，采用16t振动碾静碾8遍。上游垫层区设计孔隙率n≤21.5％，混合料区设计孔隙率年n≤22.5％，下游挡墙立板边Ⅰ区料设计孔隙率n≤21.5％。

　　本工程坝顶结构设计不同之处在于以下两方面：

　　1、国内面板坝坝顶滑模临时高程以下坝体填筑均采用动碾，本工程滑模高程以下5.2m则采用I、Ⅱ区混合料静碾；

　　2、本工程滑模施工的坝面作业平台宽度为6.6m，比混凝土面板堆石坝一般作业平台宽度少2.4m。

　　3合理性分析

　　3.1工程措施的合理性分析

　　面板混凝土浇筑平台的一般宽度大于9m，而本工程的混凝土浇筑平台宽度为6.6m，作业平台宽度的缩窄，无疑是给施工增加了难度。通过设计、业主、监理和施工单位共同努力，改变牵引设备锚固方式，使卷扬机机座与下游挡墙连为一体，简化滑模设施，并采用两台5t的卷扬机并排牵引，面板浇筑采用跳仓浇筑顺序，工程翻斗车运输入仓浇筑。通过精心施工和合理安排，最终使面板浇筑保质按时完成，并获得业主和监理的一致好评。

　　国内面板坝的静碾区均设置在上游防浪墙建基面（坝顶临时滑模高程）以上，并不提具体的设计指标，而本工程却设在上游防浪墙建基面以下5.2m，所以对静碾区的指标设计显得非常重要。随着碾压设备的改进，面板堆石坝的填筑质量越来越好，沉降量越来越小，由于下游挡墙浇筑需一个半月时间，相当于给静碾区填筑前预留了一个半月沉降时间，使坝体沉降趋于稳定，为坝体静碾区和动碾区沉降趋于一致创造了有利的条件，从而使面板在坝体自身沉降的作用下能均匀受力。为慎重起见，要求施工单位对坝顶静碾区做碾压试验。通过对碾压试验结果的分析，参照类似工程的坝体填筑指标，并结合工程实际，提出了如上所述的设计指标。

　　表1碾压试验成果汇总表

填筑料源 　 填筑料视比重 　 碾压部位 　 铺料厚度cm 　 碾压遍数 　 沉降量mm 　 含 水 率 % 　 干容重kn/m³ 　 孔 隙 率 % 　 d60/d10 　 d30²/（d60.d10） 　 石粉碎石级配料 　 2.63 　 上游垫层区 　 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#料场爆破轧制料 　 2.62 　 混合料区 　 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 　 石粉碎石级配料 　 2.63 　 下游挡墙垫层区 　 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经济分析

　　该坝顶结构设计中下游挡墙的混凝土方量为2235m³，合计费用89.4万元；但由于下游挡墙的增设，使坝体填筑方量减少，减少方量占总填筑量的14.5％，减少宽度3m，工程量减少7.25万m³，节省费用217.5万元；总投资节省128.1万元。

　　4结语

　　混凝土面板堆石坝是土石坝的主要坝型之一，由于堆石为自由排水材料，在堆石体内不可能形成浸润线和孔隙水压力，安全稳定性能好，在混凝土面板堆石坝下游增设挡墙对工程的质量、投资、工期、效益均有好处。对于中、小型面板堆石坝，有以下几点可供设计参考：

　　1、坝顶临时滑模高程处的作业平台宽度可适当缩窄，可由9m缩至6m；

　　2、根据工程实际，静碾区可置于坝顶临时滑模高程以下一定的部位，只要设计合理，措施得当，可取得和振动碾压一样的效果，碾压参数参考值：上游垫层区设计孔隙率n≤21.5％，混合料区设计孔隙率年n≤22.5％，下游挡墙立板边Ⅰ区料设计孔隙率n≤21.5％；

　　3、坝顶下游采用高挡墙（5～6m）型式，可节约填筑

　　工程量约13％～17％，又可满足坝体稳定要求。

　　卫星水库自从2003年4月28日下闸蓄水至今，水库已达到正常蓄水位，根据业主的跟踪观测，水平位移累计沉降量为20.95mm，垂直位移累计沉降量为46mm，沉降量小，渗漏量为0.1L/S。这说明大坝总沉降绝大部分在施工期完成，并运行良好。卫星水库的坝顶结构设计给中、小型面板坝的传统设计方法提供了一种新思路。