水利施工工程及主壩設(shè)計思路研究
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摘要：近年來，在國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的促使下，水利工程項目得到重視和發(fā)展。主壩是水利工程項目的重點，是影響水利工程項目建設(shè)效果的關(guān)鍵，在整個水利工程項目中占有重要位置。因此，主壩設(shè)計顯得尤為重要。文章將在某水利工程的基礎(chǔ)上，探究主壩設(shè)計思路，以供相關(guān)人士參考。
關(guān)鍵詞：水利工程；主壩；設(shè)計思路
0前言
水利工程在國民經(jīng)濟(jì)中占有地位，是推動國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效動力。主壩設(shè)計直接關(guān)系著水利工程質(zhì)量，是影響水利工程施工效率的關(guān)鍵所在。因此，為保證水利工程施工質(zhì)量，延長水利工程使用年限，應(yīng)采用科學(xué)有效的措施，優(yōu)化主壩設(shè)計，促進(jìn)水利工程發(fā)展。
1水利工程概述
本水利工程項目主壩選址于呈開闊V型斜向谷的河段，相較而言，左岸較完整，右岸受沖溝切割影響。輝綠巖、硅質(zhì)巖以及泥巖等是主壩水利工程建設(shè)的主要對象，具有巖性復(fù)雜等特點，呈現(xiàn)出軟硬不均衡狀態(tài)。同時，基巖裂隙水是地下水的主要形式，存在水力聯(lián)系差的問題，相較而言，具有水文地質(zhì)條件簡單的優(yōu)勢。7度是壩址區(qū)地震的基本裂度，8度為設(shè)防裂度，且抗震預(yù)防等級為甲級。
2主壩設(shè)計思路
主壩設(shè)計在整個水利工程中占有重要位置，其蘊含的內(nèi)容十分豐富，主要包含主壩布置、主壩斷面設(shè)計、主壩穩(wěn)定性與應(yīng)力分析、壩體分縫分析、壩體防滲止水和排水設(shè)計以及壩體混凝土分區(qū)設(shè)計等。
2.1主壩布置
主壩位于約厚127m的輝綠巖上，呈折線狀沿輝綠巖層布設(shè)，壩頂約長720m，包括共24個壩塊，具體壩塊分類如表1所示。將壩頂高程設(shè)置為234m，130m為最大壩高。中孔和表孔是構(gòu)成泄水建筑物的重要要素，布置于河床左側(cè)4A#至5#壩塊上。其中，中孔規(guī)格為寬4m、高7m，共3個，表孔規(guī)格為寬14m、高18m，共4個。
2.2斷面設(shè)計
第一，斷面設(shè)計原則：碾壓混凝土與常態(tài)混凝土基本性能存在諸多共同點，同時，碾壓混凝土重力壩與常規(guī)混凝土重力壩的工作狀態(tài)基本相似，可采用相同的設(shè)計方法對其進(jìn)行設(shè)計。在碾壓混凝土重力壩斷面設(shè)計過程中，應(yīng)對碾壓混凝土壩材料予以重視。因為碾壓混凝土壩材料的軟弱區(qū)存在于RCC碾壓施工層面，導(dǎo)致壩體橫縫間距偏大。第二，優(yōu)化斷面設(shè)計：動態(tài)規(guī)劃法不僅適用于溢流壩，同樣適用于非溢流壩。在壩的斷面面積（A）最小的目標(biāo)函數(shù)基礎(chǔ)上，將決策變量設(shè)置為上、下游面坡率，即m1，m2，m3。同時，將起坡高程H2與變坡高程H3設(shè)置為決策變量。因此，可將目標(biāo)函數(shù)用如下函數(shù)表示：optAmin=f(m0，m1,m2,H2,H3)，在此函數(shù)中，m0表示上游面坡率，m1，m2分別表示下游面兩個坡率，且m1<m2。以混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范為基準(zhǔn)，依據(jù)相關(guān)規(guī)程和壩址實際情況，明確應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定的約束條件，找出限制壩底寬度的條件。在碾壓混凝土機(jī)械施工條件的指導(dǎo)下，掌握約束壩坡率的關(guān)鍵因素，從而構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)的約束集，采用逆序求解方式達(dá)到求解的目的，從而獲得基本斷面，即擋水壩斷面。
2.3主壩穩(wěn)定性與應(yīng)力分析
在應(yīng)用抗剪斷公式計算相關(guān)數(shù)據(jù)前，選定相關(guān)參數(shù)，主要包括RCC結(jié)合面和壩基接觸面。針對RCC結(jié)合面而言，f=1.1，c'=0.90MPa，針對壩基接觸面而言，4B#：f=1.1，c'=1.00MPa，6A#：f=1.00，c'=0.80MPa。另一方面，材料力學(xué)法應(yīng)力計算，一般而言，以偏心受壓公式為基準(zhǔn)，實現(xiàn)壩的應(yīng)力計算。其中，在無地震力的作用下，壩塊間運用期所產(chǎn)生的應(yīng)力均屬于壓應(yīng)力范疇。另外，不管施工是否涉及揚壓力，其應(yīng)壓力應(yīng)小于壩體混凝土以及地基的應(yīng)壓力。在涉及地震力作用的基礎(chǔ)上，0.80MPa是壩體的最大主拉應(yīng)力，且明顯小于抗拉強度。在此情況下，則標(biāo)志壩體抗拉效果良好，具有較高安全性。
2.4壩體分縫設(shè)計
一般而言，壩體布置、結(jié)構(gòu)以及混凝土溫度等因素是判定主壩分縫的關(guān)鍵因素，共包括6塊左岸擋水壩段，其長度依次為：36、36、30、30、30、30m，3塊溢流壩段，長度依次為33、22、33m，4塊均長為27m的右岸河床壩段，10塊右岸非溢流壩段，36m為右壩頭兩塊長度，且包含1塊長為20m的外，均屬于長30m的斷壩，同時不設(shè)縱縫于壩體中。若以RCC主壩溫度為參考，分析相關(guān)應(yīng)力，為迫使上游壩面抗裂性能得到改善，在設(shè)置上述橫縫的前提下，將約長3m左右的一短縫設(shè)置其中，且經(jīng)應(yīng)力釋放限裂結(jié)構(gòu)設(shè)置于縫端。
2.5壩體防滲止水和排水設(shè)計
首先，針對壩體上游面防滲：針對上游面而言，以二級配RCC作為主要防滲材料。同時，將聚合物高分子防滲材料涂置于蓄水位228m以下的上游壩面，以達(dá)到防滲的效果。其次，針對壩體止水：止水不僅要設(shè)置于主壩橫縫中，而且應(yīng)設(shè)置于短縫中。一般而言，若壩高>70m時，則需設(shè)置二銅一塑，若壩高<70m時，則需設(shè)置一銅一塑。需注意的是，50cm是第一道銅片與壩面的距離，且保持止水片間距為50cm，塑料止水主要用于最后一道。最后，針對壩體排水：將排水孔設(shè)置于基礎(chǔ)排水廊道中和由155m、200m高程排水觀測廊道構(gòu)成的立面，迫使排水幕形成于壩體內(nèi)。針對155m高程排水觀測廊道，主要采用埋管法方式設(shè)置排水孔，且排水孔規(guī)格為孔徑為15cm，而間距為3m。針對200m高程排水觀測廊道，主要采用鉆孔法方式設(shè)置排水孔，且排水孔規(guī)格與155m高程排水觀測廊道設(shè)置的排水孔規(guī)格一致。
2.6壩體混凝土分區(qū)設(shè)計
壩體混凝土分區(qū)設(shè)計由溢流壩斷斷面與擋水壩段斷面構(gòu)成，在設(shè)計該部分內(nèi)容時，應(yīng)以壩段工作條件為基礎(chǔ)，合理、科學(xué)選擇混凝土。針對本工程，有四個部分組成：第一，壩體內(nèi)部三級配RCC；第二，厚1.50m左右的壩基墊層抗?jié)B常態(tài)混凝土；第三，將空孔放置于壩面和泄洪處，采用閘墩以抗沖混凝土;第四，針對壩體上游面而言，采用二級配抗?jié)BRCC，水頭的1/15是RCC的厚度規(guī)范，以2、3.50、4.80、8m為基本標(biāo)準(zhǔn)，由上至下采用分階梯方式進(jìn)行布置。若斷面的擋水壩壩高處于70m之上，則需適當(dāng)考慮壩體抗震，將二級配置RCC設(shè)置于壩體下游165m至220m高程處。除上述要素外，在水利工程主壩設(shè)計思路中，應(yīng)適當(dāng)添加抗震動力設(shè)計以及地基處理問題，以確保主壩設(shè)計的完整性，為水利工程施工提供便利。
3總結(jié)
總而言之，主壩設(shè)計是水利工程中的重要環(huán)節(jié)，是水利工程施工效率的保障，關(guān)系著整個水利工程施工質(zhì)量。因此，相關(guān)單位、企業(yè)應(yīng)充分認(rèn)識到主壩設(shè)計在整個水利工程中的重要性，優(yōu)化主壩設(shè)計思路，提高主壩設(shè)計效率，促進(jìn)水利工程發(fā)展。
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作者：孫展杰 孫倩 單位：塔里木河流域管理局
