水庫混凝土面板建築結構優化設計？
1工程概況
某水庫是以發電、農業灌溉和城鎮供水為主，兼有農村人畜飲水等功能的壹項綜合性水利工程，壩址以上集雨面積101.65km2，水庫正常蓄水位1416.00m，死水位1376.50，設計洪水位1416.36，校核洪水位1418.32m，總庫容1995×104m3，興利庫容1345×104m3，死庫容425×104m3，最大壩高95m，壩頂高程1419.80m。工程等別Ⅲ等，工程規模為中等，其永久性建築物大壩按2級設計，壩型為砼面板堆石壩，建設工期29個月。
2壩址地形地質條件
河流總體為向左岸（NW）凸出，流向為N60°E轉E，下遊側轉至N45°E；壩址段河谷為不對稱或基本對稱“V”字型谷，河床高程1322―1330m，壩址壩段長約480m。設計正常蓄水位1416.0m時，谷口寬約210m，寬高比約3；左、右岸山脊高程大於1515.00m。左岸坡地形零亂，為壹約凸出的山脊地形，沖溝較發育；右岸地形相對單壹，總體為壹凸出的山脊地形。壩址區主要出露（P3l+d）砂巖、粉砂質頁巖、砂質粘土巖及煤層；（T1f1）粉砂質、鈣質泥巖、泥質粉砂巖及粘土巖；（T1f2-1）粉砂質泥巖、紫紅色泥質粉砂巖、粉砂巖及砂巖、紫紅色泥巖等；第四系殘坡積層（Qel+dl）；沖洪積層（Qal+pl）；崩塌堆積（Qcol）。
壩址區巖體較完整，巖層產狀為N75°―85°W/SW∠60°―70°，壩址區未見較大的褶皺及斷層等通過，區內主要發育4組裂隙。壩址區物理地質現象主要為崩塌堆積、采空塌陷及巖體風化：①崩塌體：主要分布於壩軸線上遊側兩岸坡，左岸（3#崩塌體）估計方量約3萬m3；右岸（4#崩塌體）估計方量約4.5萬m3，成份主要為粘土夾塊石，未見架空現象，堆積較密實；②采空塌陷：主要分布於下壩址下遊左岸，地表已形成多個塌坑，房屋大部分已經開裂，局部已塌陷。
③巖體風化：左岸強風化深9.00―20.00m；河床強風化深3.00―9.00m；右岸強風化深13.00―18.00m。壩址區為碎屑巖地層，地下水主要為基巖溶隙水，巖體透水性弱，屬相對隔水層。兩岸地下水補給河水。壩址區為三疊系下統飛仙關組第二段第壹亞段（T1f2-1）粉砂質泥巖、泥巖、泥質粉砂巖、砂巖等，巖體呈互層狀結構，巖層傾右岸略偏上遊。根據試驗物理力學指標：砂巖強度較高，巖塊飽和抗壓強度大於40MPa；泥質粉砂巖強度壹般，巖塊飽和抗壓強度小於20―30MPa；粉砂質泥巖、泥巖強度較低，巖塊飽和抗壓強度小於20MPa，經過綜合分析及工程類比法，壩基巖體承載力建議值：砂巖為2500―3500kPa；
泥質粉砂巖為2000―2500kPa；粉砂質泥巖、泥巖為1000―1500kPa。由於壩基以軟質巖及較軟巖為主，剛性壩建基面應置於弱風化中下部巖體，但巖體物理力學指標較低，需重視壩基巖體壓縮變形問題；柔性壩建基面可置於強風化巖體上，但上遊側趾板處在崩塌體上，開挖難度及開挖量較大[1，2]。根據地形地質條件分析，由於壩基以軟質巖及較軟巖為主，不宜於修建剛性壩，所以以面板堆石壩為代表壩型進行樞紐布置。
3混凝土面板堆石壩方案優化設計
面板堆石壩方案樞紐布置為：面板堆石壩+右岸溢洪道+右岸取水兼放空隧洞等。首部樞紐布置如圖1所示。3.1面板堆石壩（1）壩體結構參數壩軸線方位NW51.290，壩頂長272.7m，寬6.5m，壩頂高程1419.8m，防浪墻高程1421.0m，建基面高程1321.00m，最大壩高98.6m。上遊壩坡1：1.4，下遊壩坡1：1.3，下遊壩坡分別在1357m、1387m高程設置2m寬的馬道。大壩壩體結構為：上遊防滲面板+墊層區+過度區+主堆石區+下遊堆石區+下遊塊石護坡+大塊石護腳。砼面板堆石壩標準斷面剖面，如圖2所示。（2）壩頂設計根據《混凝土面板堆石壩設計規範》（SL228-2013），綜合考慮壩高、交通及壩頂布置等要求[3]，並參照壹般工程經驗取壩頂寬度9.00m。壩頂上遊設防浪墻，下遊設欄桿，壩頂面做成單側排水坡，坡度為1%。防浪墻采用L型鋼筋混凝土結構，墻底高程1417.0m，高出正常蓄水位1.0m，墻高4.0m，與面板相接處設伸縮縫及相應止水。
（3）混凝土面板面板厚度：按控制水力梯度小於200，便於鋼筋及止水布置時的較小厚度設計，采用由頂部向底部逐漸增厚的形式，頂部厚度0.30m。垂直縫間距為12m面板混凝土強度等級采用C25、二級配；抗滲等級W12；抗凍等級F100；水泥為525#普通矽酸鹽水泥；摻用符合標準的粉煤灰[4]。根據規範要求，面板為單層雙向配筋，縱向配筋率0.4%，橫向配筋率0.4%，周邊縫及受壓伸縮縫附近面板內，布置加強筋。（4）趾板趾板建基面宜置於堅硬的基巖上，厚度0.8m。趾板建基面為弱風化上部或強風化下部，弱風化巖體允許水力梯度為10―20，強風化巖體允許水力梯度為5―10。（5）壩體分區壩體自上遊至下遊依次分為石碴蓋重區（1B）、粘土鋪蓋區（1A），混凝土面板（F）、墊層區（2A）、周邊縫下特殊墊層區（2B）、過渡層區（3A）、主堆石區（3B）、次堆石區（3C）、大塊石護腳（3F）及下遊塊石護坡區（3D）。
墊層區采用上、下等寬布置，其水平寬度取3.00m。過渡區上、下等寬布置，其水平寬度采用3.00m。主、次堆石區在上、下遊方向以壩軸線下遊3.00m處高程1407.00m的點為起點、1:0.4傾向下遊坡線為分界線，上遊為主堆石區3B，下遊為次堆石區3C；下遊最高水位為1331.17m，留有余地，以1332.00m高程作為濕潤和幹燥區的分界線。在豎直方向1332.00m高程以上為次堆石區3C，以下為堆石排水區3F。下遊坡面設水平寬度為0.6m的大塊石護坡。在1355.00m高程以下的面板上遊，設頂部寬度為2.00m，坡度為1:1.6的鋪蓋區；鋪蓋區上遊設頂寬4.00m、坡度為1:2的土石蓋重區。
（5）分縫及止水周邊縫為面板與趾板間的分縫，采用三道止水。頂部止水由縫口Φ70mm橡膠棒、柔性填料和橡膠波形止水帶覆蓋組成；中部止水為“Ω”型紫銅片，布置在周邊縫中央偏表部；底部止水采用“F”型紫銅片。由於面板垂直縫的張、壓特性事先不能準確預計，從保證止水系統完整性出發，止水結構設計均按張性縫處理[5]。面板垂直縫采用兩道止水，底部設“W”型紫銅片止水；頂部止水由Φ40mm橡膠棒、柔性填料和橡膠波形止水帶覆蓋組成。防浪墻與面板間水平縫，設頂、底兩道止水，底部采用“W”型紫銅片止水，頂部與面板頂部止水相同。每12.0m設壹條沈降縫。縫內設壹道紫銅片止水，止水帶與防浪墻底部的止水銅片相接。
3.2溢洪道溢洪道采用岸坡式開敞式溢洪道，緊鄰右壩肩布置，由引渠段、控制段、泄槽段和消力池段組成。引渠段主要是將庫水平順地引入控制閘，引渠底板高程1407.00m，軸線長98.848m，引渠底板厚200mm。閘室控制段基礎置於新鮮的砂質泥巖上，閘室采用3孔布置，溢流凈寬16.00m，中墩厚2m，邊墩厚度2.0m，總寬24.00m。
4基礎處理優化設計
4.1壩基開挖壩址河段河谷狹窄，河谷兩岸及河床出露地層為T1yn1-3，上部巖性以灰色薄至厚層灰巖為主，夾灰至灰綠色薄至中厚層泥質灰巖、薄層泥灰巖，下部為極薄層泥灰巖夾薄至中厚層灰巖條帶，巖石強度較高，屬中硬巖-硬質巖類。巖體呈層狀結構，弱風化至新鮮巖體結構面中等發育（多閉合），無貫穿性結構面，巖體較完整，強度較高，抗滑、抗變形性能力較強；強風化巖體卸荷帶較發育，巖體完整性相對較差，抗滑、抗變形性能力受結構面和巖塊間嵌合能力控制。壩址巖層產狀為N70°―85°W/SW∠55°―∠60°，總體傾向上遊偏右岸，壩址區未見大的地質構造形跡，主要以小規模層間錯動帶、擠壓破碎帶為主，局部有小規模繞曲現象。根據壩址地質情況，河床段大壩建基面置於弱風化下部，接近壩頂高程的拱圈建基面置於弱風化中、上部，接近河床的拱圈建基面至於弱風化底部或微風化上部。
5結論
1）根據擬定壩址區地形地貌及地質結構條件，結合建基面選擇和首部樞紐築物布置，推薦采用砼面板堆石壩，並對堆石壩壩體分區和體形結構特性參數進行了優化調整。2）按照《混凝土面板堆石壩設計規範》（SL228-2013）指標要求，經多次體形優化調整，大壩壩頂高程確定為1419.80m，壩頂寬9m，采用C25W12F100混凝土面板。3）采用局部加深嵌深並回填混凝土、7排梅花孔固結灌漿、分層帷幕灌漿等防滲加固技術進行綜合處理，有效增強了巖體整體性和牢固性，確保壩基、壩肩、壩體等結構穩定。
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