册田水库拦沙坝设计简述

2014-04-07武启斌

山西水利 2014年7期

武启斌

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 概况

册田水库位于大同县境内，属海河流域，永定河水系，是桑干河干流上山西省出境处控制性工程。水库设计总库容5.8亿m3。拦沙坝位于册田水库库区周边部分支沟内，属册田水库库区环境治理工程的骨干工程。该工程为“21世纪初期首都水资源可持续利用项目”。本次库区环境治理工程设计的主要内容是在库周部分支沟修建26座拦沙坝，控制流域面积最大为45.44 km2，最小的仅0.42 km2，拦沙总库容100万m3。通过治理，达到治污、拦沙、增容的目的。

库区流域内平均气温6.1℃，温差较大。封冻期可达4个月或更长，最大冻土深度1.3 m。本区气候干燥，多年平均年降雨量为400 mm，其中70%～80%的集中在6—9月，年水面蒸发量可达1500 mm。

2 工程设计

2.1 工程等别

参照《山西省淤地坝技术规范》，拦沙坝分为两种，拦沙库容小于10万m3的为普通（一）型，设计洪水标准为10年一遇，拦沙库容大于10万m3的为普通（二）型，设计洪水标准为20年一遇。

2.2 工程布置

为保护水库水质，减少水库泥沙淤积，在库区南北两岸部分支沟内布置26座拦沙坝，南岸19座（1～19号），北岸 7座（20～26号），坝顶长 25～230 m，坝高3.0～5.5 m。

2.3 建筑物设计

拦沙坝坝址选择在库区流域面积较大、水土流失较严重的支沟内。本次拦沙坝工程泄洪方式采用溢洪道泄流方式泄流。结合当地建筑材料等情况，确定当拦沙库容小于10万m3时，工程由均质土坝、溢洪道组成；当拦沙库容大于或接近10万m3时，工程由均质土坝、溢洪道及放水建筑物组成。

2.3.1 拦沙坝设计

拦沙坝共26座，共需土料13.0万m3，每座坝最大需土料为0.78万m3，最小为0.67万m3。26座坝均处于库区两岸黄土冲沟内，坝址附近均有黄土分布，坝址附近有充足的土料，筑坝土料可在每座坝附近就地取材，且冲沟内无常流水，故坝型选为均质土坝。

依据《山西省淤地坝工程技术规范》，由于拦沙坝坝顶无交通要求，坝顶宽度确定为3 m，坝高3.0～5.5 m，坝顶长 18.3～213.2 m，上游坝坡 1∶2.0，下游坝坡1∶2.5，当坝基处不存在淤泥层时清基厚度为0.5 m，且基建面不能残存植物根系、腐质土及尖锐物质；当坝基处存在淤泥层清基厚度为1 m时，将清基后2 m深范围内的淤泥挖除，与白灰按照7∶3的比例搅拌均匀后回填，并进行夯实，压实度不小于0.95。筑坝土料可就近取用，坝体填筑压实度要求不低于0.95。坝体填筑前，必须对坝基和岸坡进行处理，凡在清基范围内的洞穴、暗沟等均要挖除，在分层夯实回填。与坝体连接的岸坡应挖成平顺的正坡，土质岸坡不陡于1∶0.5。

为防雨水冲蚀坝坡，在土坝上下游坝坡种植灌木护坡，沿坝轴方向每隔0.5 m设置一行。

2.3.2 溢洪道设计

由于坝肩比较平缓，不具备坝顶溢流的条件，拦沙坝基本采用溢洪道泄洪，溢洪道布置在挡水土坝一侧，采用宽顶堰，堰顶高程为拦沙高程，泄槽坡度1∶3.0，溢洪道宽度分别为 6 m，8 m，10 m，15 m，20 m，25 m，50 m。溢洪道底板和侧墙采用浆砌石衬砌，厚度50 cm。下游设消力池，消力池长分为5 m和10 m两种，池深0.5 m，1.0 m，出消力池后，设干砌石护坦，长10 m，厚50 cm。

2.3.3 放水建筑物设计

考虑到各坝库容相对较小，仅对大于10万m3以上或接近10万m3的3座坝（即12号，20号和26号坝）布设放水建筑物。放水建筑物由放水卧管、输水管、出口八字墙三部分组成，主要用于排放溢洪道堰顶高程以下水量。卧管根据实际地形布置在拦沙坝上游的左岸土基上，涵管及出口布设在坝基底部。

卧管采用箱式方形结构，底坡根据地形设计为1∶2.5，用M10水泥沙浆浆砌块石砌筑成台阶式，用M10水泥沙浆抹面。卧管台阶高0.25 m，盖板采用C20钢筋混凝土。放水孔直径0.2 m。为保证放水孔水流跌落卧管时水柱的跃高不至淹没进水孔底缘，使卧管内不形成压力流，卧管结构尺寸取宽0.3 m，基础外伸0.2 m，基础厚0.3 m，盖板搭接长度0.15 m。为使水流平顺进入输水洞，在卧管与输水涵洞连接处设消力池，经计算消力池尺寸为4.0 m×0.85 m×0.6 m（长×宽×深）。消力池采用浆砌石结构，侧墙顶宽0.6 m，底宽1.3 m，基础外伸0.25 m，基础厚0.50 m。盖板采用C20钢筋混凝土，盖板厚0.20 m。

根据地形条件，涵洞布置在两岸的原状土地基上，根据水力学计算结果，采用直径80 cm的混凝土管，底坡1/100，进口与卧管末端消力池连接，出口与喇叭口明渠段连接。涵洞与卧管消力池夹角为90°，与坝轴线夹角为90°。为适应地基不均匀沉陷，防止温度伸缩引起涵管裂缝，沿涵管每两节接头处设一道四周均凸0.5 m、厚0.5 m的齿墙，未设齿墙的接头处设2 cm的沉陷缝，填缝材料用BW聚乙烯闭孔泡沫防水板，混凝土管外用黏土作1 m厚涵衣，人工夯实，压实度不低于0.93。在涵管出口处采用浆砌石喇叭口，以把水流送出坝脚外，喇叭口底坡1/100，长4.0 m，其始端侧墙高1.18 m，末端侧墙高0.8 m。