犁地坪水库工程混凝土面板坝设计
犁地坪水库工程位于Ⅶ度地震区，混凝土面板坝，最大坝高59m，坝料为强、弱风化石灰岩，文章主要论述根据地形地质条件，对混凝土面板坝进行坝体分区、坝体设计和防渗处理设计等方面的成果。
标签：犁地坪水库工程；混凝土面板坝；Ⅶ度地震区；帷幕灌浆
1 工程概述
犁地坪水库工程地处云南省西北部迪庆州维西县境内，位于澜沧江流域一级支流永春河上游左支庆福河上，距维西县城15km，是一座以灌溉为主，兼顾维西县乡镇供水的水利工程。水库总库容735.6万m3，灌溉农田2.97万亩，承担维西县乡镇供水174.71万m3/年。
犁地坪水库枢纽工程建筑物由大坝、溢洪道和导流、输水隧洞组成。犁地坪水库大坝位于永春河左支庆福河中上游峡谷段犁地坪水文站处，为混凝土面板堆石坝，最大坝高59m，坝顶长108m。
2 地形、地质条件
坝址区所处河流地形呈“S”型，地形较为对称，为“V”型河谷，两岸山体较为雄厚，地形坡度下陡上缓，山坡下部45～55°，上部25～35°，山体高程2600～2800m；河床及漫滩宽一般12～32m，最宽约85m，河面高程2426～2441m，平均坡降约16%。
坝址区出露地层岩性为三叠系上统攀天阁组（T3p）深灰、灰白色流纹岩、英安质流纹岩，基岩大片出露，表层呈强风化状，坝基、坝肩岩体风化破碎，风化差异较大，但强度与变形能满足土石坝设计要求。两侧山坡上分布有第四系残坡积（Qedl）褐红、灰白色砂土、壤土夹全强风化流纹岩碎块石，一般厚0.5～2m。河床及滩地则为第四系冲洪积（Qpal）卵砾石夹漂石，结构松散至稍密，厚度2.5～7m。工程区抗震设防烈度为Ⅶ度。
3 坝体结构设计
3.1 坝顶及坝坡
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）、《混凝土面板堆石坝设计规范》（SL208-98）相关规定，参照国内外已建工程的坝顶宽度确定原则，结合坝顶交通、施工要求、抗震措施，选取坝顶宽度6.0m，相应坝顶高程为2487.00m，坝顶上游设1.2m，坝顶长108m，最大坝高59m。
大坝上、下游坝坡1：1.4，下游坝坡在高程2459.0m处一级设2.0m宽的马道。坝坡分析方法采用总应力法，对圆弧滑动面采用毕肖普法计算，各工况下游坝坡稳定安全系数在1.252～1.351范围，坝坡满足稳定性要求。
3.2 坝体分区设计
结合坝址区的地形地质条件、筑坝材料的物理力学性质等因素，坝体从上游至下游分为面板上游面下部粘土斜铺盖（1A）及其盖重区（1B）、混凝土面板、垫层区（2A，水平宽度3m）、特殊垫层区（2B）、过渡层区（3A，水平宽度3m）、主堆石区（3B）、次堆石区（3C）、超径堆石区（3D）（水平宽度3m）及下游块石护坡（厚度0.4m），大坝典型剖
面如图1所示。
3.3 坝体填筑材料设计
①垫层料（2A）
垫层料采用弱风化以下石灰岩岩体轧制而成。垫层料最大粒径80mm；由于坝址区冬季气候寒冷，最低气温达-8.9℃，易出现冰冻，为防止混凝土面板冻胀破坏，垫层细料（参考国内寒冷地区类似工程）小于5mm的含量25～40%，小于0.075mm含量≤5%，级配连续，压实设计干密度22.49kN/m3，孔隙率≤18%，渗透系数为1×10-3cm/s。
②过渡料（3A）
在垫层料与堆石料之间设过渡料层，料源为料场开挖的弱风化以下石灰岩，具有低压缩性，高抗剪强度，对垫层料能起到反渗和保护作用。最大粒径为300mm，小于100mm含量大于15%，小于1mm含量≤3%。压实后设计干密度为22.05kN/m3，孔隙率≤20%，渗透系数1×10-2cm/s。
③主堆石区（3B）
上游主堆石区（3B）为水压力的主要承载区，要求有较高的压缩模量、较高的干、湿抗压强度和良好的透水性，可用于主堆石料的料源有弱风化石灰岩，主堆石料最大粒径800mm，小于5mm颗粒含量不超过20%，小于0.075mm的颗粒含量不超过5%，压实后的干密度不低于21.8kN/m3。
④次堆石区（3C）
次堆石区（3C）上部采用石料场开挖的强风化石灰岩料（湿抗压强度大于40MPa）；下游区采用弱风化以下石灰岩填筑。次堆石料最大粒径800mm，小于5mm的颗粒含量不超过20%，小于0.075mm的颗粒含量不超过8%，压实后的干密度不低于21.54kN/m3。
4 趾板设计
趾板基础置于强风化岩基上，根据工程地形、地质情况，选定一种趾板形式，其宽度为6m，厚度为0.6m。趾板底高程为2428.0m，趾板混凝土抗压、抗渗、抗冻等级为C25W12F200。
趾板根据地形地质情况分块浇筑，接缝为伸缩缝，分缝长度7.0～14.0m，止水型式与面板垂直缝相同，趾板配筋采用顶部单层双向配筋。
5 面板设计
混凝土面板堆石坝的面板混凝土应具有优良的和易性、抗渗性、抗裂性和耐久性。相应面板厚度t按《混凝土面板堆石坝设计规范》（DL/T5016-1999）公式确定：
t=0.30+（0.002～0.0035）H
式中：t——面板厚度，m；
H——计算断面至面板顶部的垂直距离，m。
计算值t=0.3～0.47m，厚度取0.45m。
由于壩址区冬季气候寒冷，最低气温达-8.9℃，混凝土面板易出现冻胀破坏，因此混凝土的强度、抗渗、抗冻等级为C25W12F200，骨料采用二级配，极限拉伸应变大于或等于1.0×10-4。
根据地形、施工条件等进行分缝分块。垂直缝间距12m。垂直缝至周边缝1.0m处转弯与周边缝法向方向相接，面板共10块。综合考虑温度、混凝土干缩、自重、水荷载等对面板的影响，采用单层双向配筋。6 面板接缝止水设计
面板堆石坝的地上防渗系统由三部分组成：混凝土面板及其垂直缝止水系统、面板与趾板周边缝止水系统、混凝土面板与防浪墙间（防浪墙伸缩缝间止水）的止水系统。
（1）垂直缝：面板每隔12m设一道垂直缝。垂直缝均按张性缝设计，底部设铜止水一道，中部夹12mm厚复合橡胶板，顶部设半圆形柔性GB填料，并用6mm厚三元乙丙GB橡胶复合板覆盖，膨胀螺栓固定。
（2）周边缝：底部设铜止水，中部夹12mm厚复合橡胶板，顶部设半圆形柔性GB填料并用6mm厚三元乙丙GB橡胶复合板覆盖，膨胀螺栓固定，其上用PVC盖板保护。
（3）面板与防浪墙止水系统
面板与防浪墙间设伸缩缝，底部设“F”型铜止水，中部夹12mm厚复合橡胶板，顶部设置柔性GB填料，并用6mm厚三元乙丙GB橡胶复合板覆盖，膨胀螺栓固定，其上设PVC保护盖。防浪墙自身伸缩缝设一道铜止水。
（4）面板与溢洪道导墙间的止水结构与周边缝相同。
7 坝基处理
7.1 坝基开挖
（1）趾板基础开挖
趾板呈折线布置于坝前，用爆破法一次开挖成形，趾板基础预留保护层，全部开挖到位后，再二次对保护层进行控制性开挖。
左、右岸坝基主要清除残坡积覆盖层碎石土和强风化松动岩体，河床部位清除砂卵砾石层和人工弃碴，趾板基础在河床部位深入强风化上部岩体2.5～3.0m，左、右岸基础部位深入强风化上部岩体2.0m，趾板底高程为2428.0m。
（2）坝体基础开挖
河床部位堆石坝基础开挖分两部分。其中：坝轴线上游侧至趾板间需清除河床冲积层，基础置于强风化基岩上；坝轴线下游侧保留河床冲积层，坝基置于冲积层上，砂卵砾石层须经振动碾碾压，干密度达设计要求，满足堆石坝坝基条件。两岸岸坡的堆石体基础将覆盖层全部挖除，基础置于强风化岩体中。
7.2 趾板基础及左右坝肩帷幕灌浆
趾板是一种承上启下的防渗结构，在趾板上进行的基础帷幕灌浆及左右岸帷幕灌浆（含溢洪道）构成面板堆石坝的地下防渗系统。
对趾板基础、坝肩进行帷幕灌浆处理，帷幕灌浆轴线沿大坝趾板向两岸延伸，为单排
孔，孔距1.5m，灌浆底界伸入到坝基相对隔水层内5m，最低高程为2380.0m，灌浆顶界为水库正常蓄水位高程2481.21m。灌浆处理轴线水平长度为322.5m。
7.3 趾板基础固结灌浆
趾板基礎下设固结灌浆，排距1.5m，孔距1.5m，呈梅花型布置。高程2456.0m以下固结灌浆孔深为8.0m，高程2456.0m以上固结灌浆孔深为6.0m。
7.4 坝基地质缺陷处理
（1）趾板基础地质缺陷处理
在趾板基础范围内存在的软弱结构面、断层破碎带，强度低、岩体质量差，须设置混凝土塞进行处理，一般按其宽度的2倍挖除后，冲洗干净，用C15混凝土进行回填。
（2）堆石坝体基础缺陷处理
对倒悬体、陡坎进行削坡、撬挖，对地质缺陷部位用C15混凝土进行回填处理。
7.5 坝基地质钻孔、探洞处理
（1）趾板地质钻孔、探洞处理
趾板区范围内的探洞用C15混凝土回填，并进行回填灌浆。勘探孔用M10水泥砂浆封堵全孔。
（2）大坝堆石体基础的地质钻孔、探洞处理
坝轴线上游坝基础部位的探洞用M7.5浆砌石回填满；坝轴线下游基础部位的探洞，洞口10m范围内用M7.5浆砌石回填，洞内其余部分用石渣回填；坝体基础内的勘探坑、槽按堆石填筑要求回填。
8 结 语
犁地坪水库枢纽工程位于高海拔地区，且坝址区冬季气候寒冷，最低气温达-8.9℃，工程区地震基本烈度Ⅶ度，地质情况复杂，在设计过程中对设计方案的合理性提出较高要求，借鉴和参考国内外面板堆石坝工程经验，在设计、施工过程进行设计优化。针对施工过程中开挖揭露出地质情况相应对坝基处理做出调整，在满足面板堆石坝功能性和安全性的同时节约了工程投资。
参考文献
[1]云南省水利水电勘测设计研究院.《云南省维西县犁地坪水库工程初步设计报告》.
[2]《混凝土面板堆石坝筑坝技术与研究》.中国水利电力出版社.
作者简介：李雄，男，云南富源人，工程师，主要从事水工设计工作。
