石口子水库坝型比选

朱敏荣

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

石口子水库是开发利用介休市龙凤河水资源的控制性水利枢纽工程，位于龙凤河干流上，水库控制流域面积 341.5 km2，总库容 245万 m3，属小（一）水库。水库任务是为介休提供工业供水和农业灌溉用水，兼顾下游防洪。供水对象为义安工业园和0.1万hm2农业灌溉，供水范围涉及龙凤镇、城关乡、三佳乡3乡镇及义安工业园。

2 坝址区地形地质条件

石口子水库坝址位于石口子上游河道，距龙凤峡谷出口约 2.6 km，河谷底宽 15～30 m，河谷呈“V”字形，左岸自然坡度 50°～75°，属峻坡，基岩裸露；右岸自然坡度40°～70°，地表下部多被第四系松散层覆盖。坝址区基岩地层岩性主要为长山、白云质灰岩、竹叶状灰岩及页岩等。左坝肩基岩强风化层厚度3.0～7.8 m，河床段基岩强风化层厚度2.5～3.5 m，右坝肩基岩强风化层厚度5.0～8.8 m。左右坝肩整体稳定，岩体表层强风化层，岩体内陡倾角节理裂隙发育。

3 坝型方案

工程区块石料及人工骨料母岩储量丰富，而土料缺乏。坝址位于碳酸盐岩峡谷地段，河谷窄深，河床砂卵石覆盖层平均厚10 m，河床以上两岸坝基基岩裸露，岩性完整性好，左右坝肩整体稳定。综合地形地质条件、筑坝材料比较适合的坝型为重力坝和混凝土面板堆石坝。

重力坝型中的堆石混凝土重力坝，由于筑坝用的堆石混凝土比常态混凝土更经济，同时具有低水泥用量、低水化热和高强度保证率，能显著提高工效，缩短工期、降低施工成本等特点。故在设计中选取堆石混凝土重力坝、混凝土面板堆石坝两种坝型比较。

4 坝型比选

4.1 混凝土面板堆石坝

混凝土面板堆石坝轴线在堆石混凝土重力坝轴线下游20 m，两坝轴线相互平行。正常蓄水位1014.50 m，校核洪水位1019.34 m，总库容253万m3。枢纽工程由大坝、左岸泄洪隧洞及供水管道组成。4.1.1 大坝

大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶长112 m，坝顶宽5.0 m，坝顶高程为1020.00 m，坝趾面最低高程为955.00 m，最大坝高65.0 m。

坝顶上游侧设“L”型C20钢筋混凝土防浪墙，墙顶高程1021.20 m，高出坝顶1.2 m。墙高4.0 m，顶宽0.7 m，底板为带角撑的断面，底宽4 m，防浪墙上游侧底部设宽0.8 m的小道，其高程为1017.70 m，高于正常蓄水位3.2 m，以利检查行走。坝顶下游侧设预制混凝土土块路缘石，坝顶为水库内部交通道路，采用沥青混凝土路面，厚0.5 m，其下设0.3 m厚的水泥稳定碎石垫层。

坝坡根据已建工程采用类比法确定，上下游坝坡均为1∶1.4，下游坝坡每14 m设一马道，马道宽2 m。

坝体堆石分区填筑、分区碾压，上游到下游依次分为垫层区、特殊垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区、下游护坡区。

为提高基岩的整体性和抗渗能力，对趾板的岩石地基进行固结和帷幕灌浆处理。沿趾板中部布置双排帷幕灌浆，孔距2 m，帷幕灌浆采用封闭式，平均灌浆深度25 m，左右岸坝头帷幕灌浆沿坝轴线向外延伸12 m。对趾板下坝基进行固结灌浆，灌浆深度8 m，梅花形布置，孔距3 m。

大坝面板混凝土强度等级C25，抗渗等级W8，抗冻等级F150。面板顶高程1017.70 m，面板采用等厚0.4 m，面板配筋采用单层双向配筋。趾板厚度0.5 m，长4 m。混凝土趾板材料选用C25钢筋混凝土，抗渗等级W8，抗冻等级F150。大坝周边缝宽12 mm，缝间填浸沥青木板。周边缝设三道止水，底部“F”型铜片止水，中间设直径20 mm的氯丁橡胶棒止水，顶部缝口设凸体直径50 mm的氯丁橡胶棒止水，表面设橡胶增强型SR防渗盖罩封闭，盖罩内充填性能良好的SR－2塑性止水填料，缝间填厚12 mm的沥青杉板。

4.1.2 导流泄洪洞及供水管道

由于坝址河谷宽度小，两岸山体基岩陡立、高差大，库区周边又无适宜的地形布置岸边溢洪道，因此选择泄洪隧洞作为泄水建筑物，以利于排沙。在水库左岸山体内布置2条导流泄洪洞，洞轴线相距30 m，分别由引渠段、进口有压洞段、进水塔段、无压洞段和出口消能段组成，两条洞长分别为230 m，280 m。进口有压洞段断面均为圆形，洞径5.1 m，无压隧洞断面均为城门洞形，洞长分别为210 m，245 m，洞宽5.1 m，高7.0 m，进口底高程均为973.00 m，出口底高程分别为972.00 m，971.50 m，设计纵坡1∶200。隧洞进水塔段布置平板检修闸门和平板工作闸门，隧洞出口设消能段，采用挑流消能方式。

要把名师放在高层次人才队伍建设的突出位置，落实特殊支持政策，给他们营造良好的教学和科研环境，在事业平台、经费使用、人事制度、考核评价、激励保障等方面进行重点培养支持。

供水管道布设于最左侧的泄洪洞内，长210 m，从泄洪洞闸门后靠近洞顶位置设取水口，之后将0.6 m压力钢管沿泄洪洞埋设于底板岩体内，管道从泄洪洞出口引出并防护。

4.2 堆石混凝土重力坝

堆石混凝土重力坝轴线在混凝土面板堆石坝轴线上游20 m，两坝轴线相互平行。正常蓄水位1014.50 m，校核洪水位1018.78 m，总库容245万m3。枢纽工程由大坝、泄洪冲沙底孔、溢流表孔及坝内预埋供水管道组成。

4.2.1 大坝

大坝为堆石混凝土重力坝，总长97.0 m，坝顶宽6 m，坝顶高程1020.00 m，最大坝高66.0 m。坝体由4个坝段组成，从左到右分别为左岸挡水坝段、坝内预埋供水管及泄洪冲沙底孔坝段、溢流表孔坝段、右岸挡水坝段，长度分别为16 m，29.5 m，29.5m，22 m。

大坝上游983.00 m高程以上为铅直面，以下坝坡坡率为1∶0.3，下游1011.76 m高程以上为铅直面，以下坝坡坡率为 1∶0.8。

溢流表孔坝段位于大坝右侧，采用开敞式溢流堰，堰顶高程1014.50 m，设3孔，孔口净宽8.5 m。溢流面由堰顶曲线段、斜坡直线段及衔接反弧段组成。

为减少坝基渗漏，降低渗透压力，提高坝基抗滑稳定性，在坝轴线上游3 m处坝基设置防渗帷幕。该重力坝坝高66 m，属中坝，根据地质资料，帷幕灌浆设计高程为929.00 m，灌浆最大深度为25.0 m。

4.2.2 泄洪冲沙底孔

泄洪冲沙底孔位于左岸坝段，由进水塔、孔身段、出口闸室及出口挑流消能段组成，全长57.055 m。

泄洪冲沙底孔进口紧贴大坝上游坝坡设置进水塔，进水塔为C25钢筋混凝土结构，塔身顺水流方向长6.13 m，垂直水流方向宽9.9 m，塔筒高43.0 m。塔筒上部设检修平台及启闭机室，检修平台高程为1020.00 m，启闭平台高程为1031.20 m。

孔身段长26 m，由进口渐变段、圆形有压孔段、出口渐变段等组成。进口渐变段长8 m，由6 m×6 m的方形断面渐变为直径6 m的圆形。圆形有压孔段长10 m，直径6 m，出口渐变段长8 m，由直径6 m的圆形渐变成为4.8 m×4.8 m的方形断面。孔身表层内衬0.5 m厚C40抗磨蚀钢筋混凝土。

出口挑流消能段长21.35 m，自上游至下游依次布置直线段和反弧段，反弧半径16 m，挑角25°，挑流鼻坎顶高程978.50 m。

4.2.3 坝内预埋供水管道

坝内预埋供水管道取水口设2个，分别为高低两个不同高程的取水口，可实现不同库水位取水。高位进水口布置在坝体上游表面，进水口中心高程999.00 m；低位进水口布置在泄洪底孔圆形有压孔段内，进水口中心高程982.00 m。

高位取水口坝内预埋供水管道布置在左岸挡水坝段，由进口检修阀室段、坝内预埋供水管及出口控制阀室组成，全长52.5 m。

进口检修阀室底高程997.80 m，阀室为城门洞形，净宽4.5 m，净高4.5 m，长5 m。压力钢管预埋高于大矾混凝土中而成，出口设2.5 m长渐变管，管径由1.0 m渐变为0.5 m。管道出口中心高程为978.00 m，出口接入控制阀室。

4.3 坝型比选

4.3.1 地形地质条件

坝址区位于龙凤河谷的平顺段，混凝土面板堆石坝方案不利于泄洪隧洞进口布置，上游右岸覆盖层较厚，布设面板和趾板时开挖量较大。

4.3.2 工程投资

混凝土面板堆石坝方案的投资为6321万元，堆石混凝土重力坝方案的投资为5550万元，混凝土面板堆石坝方案投资较大。

4.3.3 施工运行管理

混凝土面板堆石坝运用管理比较复杂，运行中需注意对混凝土面板的维修。堆石混凝土重力坝采用目前比较先进的自密性混凝土筑坝技术，不需要振捣，避免了人工干预，施工质量容易保证，大体积块石的使用，减少了水泥用量，节约了成本，施工速度快，投资较小。

从地形地质条件、施工条件、投资等方面综合分析，堆石混凝土重力坝具有较大优势，因此确定大坝坝型为堆石混凝土重力坝。