新疆小型水库工程大坝设计要点

张 汛

（新疆吐鲁番市水利水电勘测设计研究院，新疆 吐鲁番 838000）

新疆水利规划的定居兴牧水源工程开始后，建设成功很多小型水库，使用的材料均为就地取材，大坝一般为沥青混凝土心墙的堆石坝，或者混凝土面板砂砾石的堆石坝。新疆地区水库大坝建设是水利工程建设中的重点内容，大坝设计要点有着很高的研究价值，可以推动新疆水利工程建设，优化灌溉系统，实现定居兴牧的目的。

1 小型水库工程概况

某水利工程设计方案中水库坝顶为203 m高，正常水位下，水位线应为200 m，该大坝的最高部位为14 m，坝轴线是8 km，其中其他坝长应该东是1.50 km、西1.56 km、南1.53 km、中4.1 km。需要保证水库的总容量为587万 m3，坝高是38.5 m，长220 m，坝顶的宽度应该是7 m，该大坝上游的混凝土防浪墙应该设计成为L形状。坝体分成均质土坝和上游的排水沟，上游的坡比1∶3，坝体分区为土料、垫层、反滤料、排水体。考虑到后期检修的问题，在防浪墙的上游面中，设置了一个通道，宽度是1 m。对于该小型水库的大坝设计，参考定居兴牧水库工程设计的参数特性，详见图1，考虑到应该将水库的坝顶的构造设计、筑坝材料、坝体分区设计、混凝土面板设计、趾板设计作为整个大坝的设计要点，该大坝类型为混凝土面板堆石坝。

2 设计水库的坝顶构造

设计水库坝顶的宽度时，考虑的因素包括，水库运行的实际需求、结构设置、大坝顶端的交通要求、施工的具体情况，吸取以往工程经验，通常将坝顶宽度设计为5 m~8 m。从该水库的具体情况出发，本身的坝顶高度设计成7 m。考虑到交通问题，在大坝的坝顶上，设置35 cm厚的碎石层，并铺设30 cm厚的混凝土。在实际施工之前，使用碾压机在施工的地区碾压五遍之上，直到大坝基础设计密度达到了为止。与此同时，就坝体轴线覆盖范围内，实施坝体碾压试验，针对一些具有代表意义的部分，可以以不同重量振动平碾的方式进行，也可以使用振动凸块的碾压方式，并一边碾压，一边分层铺土，直至施工要求紧密度，才能停止。设计时应该要考虑大坝顶端排放雨水的问题，为此，设计的坝顶以中心线为准，分别向两侧有3%倾斜度。设计的防浪墙必须比最高的蓄水位要高，通道设计有1 m的宽度，可以方便后期工作人员检修。防浪墙选择运用L形状，主要目的为了保证其稳定，整体结构为钢筋混凝土结构，该大坝的防浪墙高度设计为1412.3 m。

3 设计坝体分区以及选择筑坝材料

因为考虑到该大坝面板为堆石体，其处于不同区域和不同水压的环境下，具有的力学特性存在差异，因此，会影响到坝体，坝体区分应使用不同的筑坝材料。

3.1 垫层区

坝体的垫层区是重要的组成部分，有着极其重要的作用。该水库的垫层区在水平方向上，宽度设计为4 m，选择的垫层材料为石英砂岩。选用石英砂岩的颗粒直径最大应该控制到0.8 cm之下，中粒应小于50 mm，总成分中，应该保证有40%~50%含量的石英砂岩，以此保证填充密实度和强度。趾板周围的缝隙处，应该使用直径小于0.4 cm的材料进行填充，密实度达到要求，才能够保证不出现填充缝隙过大，进而防止出现漏水问题。

3.2 过渡区

图1 定居兴牧水库工程设计参数特性

为了能从垫层区到主堆石区有一个平稳的过度，设计出过渡区。因为主堆石区和垫层区中使用的材料，有一定的变形特质，这两个区域内材料的强度也不同，为此应该在过渡区进行填充，以便更好地过渡。该区域使用的材料，选用的碎石材料应该硬度较高，并且级配良好，材料的粒径应该大于垫层区和主堆石区的使用材料的粒径。该水库的水平宽度是4m，这样就要求该区域的碎石粒径在15~30 cm之间，人工开采破碎的石料最为合适。

3.3 主堆石坝区

面板坝核心就是主堆石坝区，其需要承受面板坝大部分的水流冲击力。为了让该部分设计可以达到这样的要求，筑坝材料必须具有大刚度、高抵抗剪切能力、更高耐磨性。依据同类型坝体材料设计配比，设计出该大坝主堆石坝体材料配比为：在6 mm之下的颗粒，整体含量要小于整体材料的25%，小于1 mm的颗粒，含量应该控制到10%之下，才能更好地保证整体材料有更高的综合性能。

3.4 下游堆石区

为了保证大坝可以顺利地排水，同时提高大坝稳定性，设计了大坝下游的堆石区。在该水库坝体距离下游高程大约为500多m处，设置出了下游堆石区，用于水体排泄，其顶部的宽度应为6.5 m，从上游到下游之间的坡度实际为1∶0.5。

4 设计混凝土面板

设计混凝土面板时需要考虑保证大坝的防渗性，为此，混凝土面板必须拥有高抗剪切力和高耐久性。

4.1 面板的厚度

设计面板厚度时，应该考虑到，降低施工难度，还要保证施工的质量，为此，混凝土面板厚度需要在一个合理范围内。首先要保证面板有够用的空间实施钢筋以及止水安置，并保证有良好的耐久性和抗渗透性。在这样的基础上，尽最大的可能让混凝土面板变薄，减少面板工程用料，减少成本。通常情况选择面板的厚度为0.3~0.4 m之间。参照图1中的参数特性，该小型水库的面板厚度设计为0.3 m。

4.2 面板混凝土设计和配筋

从面板基本要求出发，通常面板的混凝土强度应该保证＜C25，抗渗透能力≥W8。从实际情况出发，该水库大坝的面板混凝土在局部的使用了双层配筋法，混凝土强度需要达到C30，以确保强度较好，抗渗透的等级满足要求，达到了W10。面板层使用单层配筋，配筋率以科学计算结果为准。

5 设计趾板

5.1 安置趾板

整理以往大坝趾板安置的经验，可以分成平趾板安置方式和斜趾板安置方式。一般情况下，水库工程使用平趾板安置方式比较多，具体施工过程为，让趾板的等高线，同基准线之间呈现为90°角。此种安置方案优点众多，能够让施工效率提高，使得钻孔和灌浆等工序变得简单，有一定的排水空间，基础岩体风化的可能性降低。该工程就是使用了这一安置方式。

5.2 设计趾板结构

一般在岩石为基础的趾板设计，应该考虑容许水利的梯度是多少，将其确定出来，提升施工质量，一般情况下，岩石地基容许的水力梯度，如图2所示。

图2 岩石地基容许水力梯度

依据实际情况，该水库的趾板宽度是5 m，趾板的厚度应该确定为0.4 m，具体设计如图3所示，岩石基体的趾板厚度，应大于连接后面板厚度，最小厚度不小于0.3 m。

图3 趾板示意图

5.3 趾板分缝及配筋

水利工程中，趾板结构一般使用连续模式，具有着较好抵抗性，能够保证着趾板结构稳定，这种形式施工缝的处理使用冷缝处理，可以不设止水。水库运用单层钢筋的配筋，趾板保护层设计为150 mm。

6 结束语

新疆地区设计小型水库大坝时，应该考虑从新疆特殊地形和地质条件，以及建筑时可以使用的材料，考虑小型水库大坝的设计，整理出小型水库大坝的设计要点，以期建设出更多高质量的小型水库，为新疆居民获取更多的水资源，实现定居兴牧的最终目的。

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