松峪水库工程大坝设计分析

王玉杰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

松峪水库位于临县县城北8 km的松峪沟中上游，距沟口4 km，距松峪村500 m。松峪沟是湫水河的一条支沟，流域面积30.7 km2，河道长14.4 km，平均纵坡17.23‰，湫水河上建有阳坡水库。阳坡水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾养殖等综合利用的中型水利枢纽工程，多年平均入库径流量为1 790万m3，50%年份入库径流量为1 575万m3，90%年份入库径流量为879万m3，多年平均弃水量1 016万m3。通过建设松峪水库，对阳坡水库弃水进行有效利用。

松峪水库设置引水管线自阳坡水库引水，在调蓄后向临县北侧的城庄镇、临泉镇、安业乡和木瓜坪乡等25个自然村提供农村生活用水和农业灌溉用水。

2 坝址坝型选择

松峪沟内沿沟道自东向西分布有常胜条村、松峪村和靳家沟村，其中常胜条村距沟口1.8 km，距上游松峪村1.2 km，松峪村距上游靳家沟村2.0 km。为减少移民，松峪水库坝址选在松峪沟内4.0 km，松峪村上游500 m处。

松峪沟为多泥沙河流，工程设计考虑布置排沙底孔或泄洪排沙洞。坝址处沟谷断面整体呈“U”型，左岸整体坡度约 35°～45°，下部较陡，右岸坡度 25°～35°，沟底宽度100～150 m，主河道切割呈箱型深槽，河流蜿蜒曲折，两岸山顶高程为1 200～1 250 m，相对高差120～170 m左右，属低中山区。坝址1 km范围内有土料场，土料以淡黄色低液限粉土和浅红色低液限黏土为主，除天然含水率低于最优含水率外，其余各项指标均满足均质土坝用料的设计要求，且储量丰富。

综合考虑上述地形、地质、筑坝材料及工程运行管理等因素，确定松峪水库大坝为碾压均质土坝。

3 大坝设计

水库大坝长207 m，最大坝高37.66 m。正常蓄水位1 114.50 m，设计洪水位1 115.48 m，校核洪水位1 117.03 m。

3.1 坝顶高程

依据《碾压式土石坝设计规范》，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，其数值按设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高和校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高两种工况计算，取最大值。

据计算结果知，坝顶高程1 118.0 m，考虑1.2 m高的浆砌石防浪墙，相应防浪墙顶高程1 119.20 m。

3.2 坝顶构造

松峪水库大坝坝顶长207 m，宽7 m。坝顶公路为30 cm厚的泥结石路面，路面横向坡度2%，坡向下游，以便于坝顶排水。坝顶上游侧设宽0.5 m、高1.2 m的浆砌石防浪墙，墙顶高程1 119.2 m，防浪墙伸入坝体1.25 m，坝顶下游侧设浆砌石排水沟，与下游坝坡纵向排水沟相通。

3.3 坝坡及防渗排水设计

大坝上游坝坡 1∶3，下游坝坡 1∶2.5，每隔 10 m 设一马道，马道宽2.0 m。下游坝脚处设堆石排水棱体，排水棱体高 5.5～7.5 m，顶宽 2.0 m，上游边坡 1∶1，下游边坡1∶2。排水棱体与坝体填土及坝基覆盖层间均设反滤层和过渡层，以防坝体土逸出，发生渗透破坏。

3.4 坝体分区设计

3.4.1 坝体填土设计

水库大坝为碾压式均质土坝，设计用土料50.71万m3。根据地质勘察成果，上坝土料选定坝址左岸和右岸土料场低液限黏土。根据土料土工实验成果，确定坝体填土设计干密度为1.61 g/cm3，最优含水率15.53%，水平渗透系数与竖向渗透系数取较大值，为4.99×10-6cm/s。各项指标均符合《碾压式土石坝设计规范》要求。

3.4.2 护坡设计

上游坝面在马道（高程1 108.00 m）以上采用混凝土块护坡，马道以下采用干砌石护坡。根据《碾压式土石坝设计规范》进行护坡计算，并考虑抗冻要求，参考国内类似工程，确定混凝土块护坡厚18 cm。护坡与坝体土间自上而下设一层40 cm厚过渡层及两层反滤，反滤每层厚30 cm；大坝下游坝坡采用30 cm厚干砌石护坡，护坡下设20 cm厚碎石垫层，防止雨水漫流冲刷下游坡面。

3.4.3 反滤层及过渡层设计

水库大坝坝体共有2处设有反滤层，一是上游面护坡与坝体填土之间，二是下游排水棱体与坝体填土及坝基之间。各处反滤层均设2层，除排水棱体处每层厚50 cm外，其余两处均为30 cm厚。通过计算得出第一层反滤粒径为0.02～1.5 mm；第二层反滤粒径为0.7～15 mm。

水库大坝坝体共有2处设有过渡层，一是上游坝坡反滤层与护坡之间，二是下游坝趾排水棱体与反滤层之间，两处过渡层均为40 cm厚，粒径5～100 mm。

3.5 坝面及岸坡排水

水库大坝设有坝面排水，在坝顶公路下游侧、下游坝坡马道及排水棱体顶面、坡脚均设有浆砌石截水沟，同时在左坝端与左岸黄土台地连接处下游侧及上游侧正常蓄水位以上设有浆砌石截水沟，用来防止黄土岸坡坡积水冲刷。坝坡上每隔100 m设一道纵向排水沟，连通上下两侧截水沟，在大坝下游汇流后排入下游河道。

3.6 坝基及坝肩防渗设计

根据坝基地质条件，主要渗透通道是河槽段砂砾石覆盖层和下伏全强风化基岩层，设计中采用塑性混凝土防渗墙与帷幕灌浆结合防渗方案，防渗轴线位于坝轴线上游18 m，两坝肩范围内拐回坝轴线处。

主河槽坝基砂砾石覆盖层及两坝肩砂砾石覆盖层及其上的黄土地层范围内采用塑性混凝土防渗墙处理，为槽孔式塑性混凝土防渗墙，墙厚0.8 m，全长287.0 m。为保证墙体结构稳定及接触渗透稳定，在坝体段顶部伸入坝体5 m，主河槽坝基及两坝肩的砂砾石覆盖层及黄土层采用塑性混凝土防渗墙处理，防渗墙底部伸入基岩1 m，顶部伸入坝体5 m，两坝肩最高至正常蓄水位1 114.5 m。最大墙高30 m。

大坝塑性混凝土防渗墙设计弹性模量及配合比采用工程类比法确定，施工前应对塑性混凝土防渗墙材料配比进行试验，从而确定满足工程需要的材料配比。根据《中国堤坝防渗加固新技术》，综合工程情况，该工程塑性混凝土防渗墙弹性模量初定为400 MPa，水泥 80 kg/m3，黏土 140 kg/m3，膨润土 50 kg/m3，水370 kg/m3，砂 696 kg/m3。

由于防渗墙伸入坝体，在坝体内将出现不均匀沉陷可导致坝体出现裂缝。因此在防渗墙顶设有压缩性较大的高塑性土，并在防渗墙墙头包一层黏性土，以防止坝体土与防渗墙的接触面发生接触冲刷。

主河槽大坝坝基范围内的砂砾石覆盖层及两坝肩以下的基岩全强风化层7～11 m，该范围内采用单排帷幕灌浆对风化基岩范围进行防渗，防渗下限为5 Lu线，灌浆帷幕顶部与防渗墙搭接1 m，最大灌浆深度15.3 m，全长287 m，防渗轴线同防渗墙一致。

4 结语

综合分析地形、地质、占地、移民、工程材料及工程运行管理等各方面的情况，松峪水库工程大坝的选址、坝型的确定及坝体的设计符合规范要求，该设计方案可为类似工程大坝设计提供借鉴。