实例探析水库大坝设计

2015-10-25侯骥

黑龙江水利科技 2015年1期

侯骥

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550000)

1 工程概况

盘县西得泥水库工程位于贵州省六盘水市盘县西部洒基镇木仓河下游河段上，属于珠江流域北盘江水系。本工程正常蓄水位1 748 m，正常蓄水位以下库容为503 万m3，设计洪水位为1 750.62 m，相应库容为570 万m3，校核洪水位为1 751.85 m，总库容为610 万m3。兴利库容322 万m3，工业P =97%年供水量440 万m3，乡镇P =95%年供水量98 万m3。上下坝址大坝面板堆石坝方案永久性水工建筑物级别为4 级，其大坝设计洪水标准为50 a一遇，校核洪水标准为1 000 a一遇。

2 工程选址

本工程规划河段在磨嘎桥附近，即在汇口以上2.2 ～3.5 km范围，该河段河道坡降较陡，河谷较深，地形相对较窄，工程地质条件相对较好，施工条件较好，坝高合适，淹没相对较小，成库后古滑坡体位于库内，经计算古滑坡体稳定，不会形成较大的滑坡带，满足成库条件，因此本次设计在磨嘎桥河段拟定上、下两个坝址进行比较［1］。

3 大坝设计要点

3.1 坝顶高程的确定

3.1.1 坝顶高程的计算参数

校核洪水位(P = 0.33% )为1 336.53 m，设计洪水位(P =0.33% )为1 335.68 m，洪水期多年的平均最大风速为V =10 m/s，水库吹程为D =0.40 km。

3.1.2 坝顶高程的计算

坝顶高程的计算公式为:

式中:y 为坝顶位于静水位上的超高，m;R 为风浪沿着坝坡的爬高，m;e 为最大风壅水面的高度，m;A 为安全加高，m，在正常情况下是0.50 m，非常情况下是0.30 m。风浪爬高的计算公式为:

风壅水面高度的计算公式为:

式中:R 为平均波浪爬高，m;K△为护坡粗糙系数K△=0.90;KW为水深校正系数KW=1.05;hm为平均波高，m，由式ghm/W2= 0.0076W－1/12(gD/W2)1/3计算;Lm为平均波长，m，由式 ghm/W2=0.311W－1/2.15(gD/W2)1/3.75计算;m 为单坡的坡度系数;W 为计算风速，m/s;正常情况时，W =10 m/s ×150，非常情况时，W =10 m/s;D 为有效吹程，m，D=1000;g 为重力加速度，m/s2，g =9.18;K 为综合摩阻系数，K =3.60 ×10－6;β 为计算风向与坝轴线法线的夹角，°;Hm为水域平均水深，m。

3.1.3 坝顶高程的计算

本工程中:设计洪水hm=0.42 m，Lm=4.87 m;校核洪水hm=0.25 m，Lm=3.25 m;设计洪水R =0.70 m，e =0.000796 m;校核洪水R =0.44 m，e =0.000354 m。通过上述公式的计算最终得出以下结果:

设计洪水y1=1.20 m;校核洪水y2=0.74 m。

由前调洪计算:设计洪水位高程是1 335.68 m;校核洪水位高程为1 336.53 m。则:设计洪水位+0.5 =1 336.18 m;设计洪水位+ y1=1 336.8 m，校核洪水位+ y2=1 337.27 m。

根据上述计算，最终确定坝顶的高程为1 337.90 m，而防浪墙顶的高程为1 338.30 m。

3.2 大坝坝坡的稳定分析

3.2.1 渗流计算

在该工程中，其水库大坝属于是风化料土石坝，最高的坝高为28.00 m，坝体防渗使用的土工膜技术，该大坝的坝基基岩是二迭系上统龙潭组(P21)所以其进行渗流计算时主要使用的是水力学方法。

需要注意的是，在对渗流进行计算时，应考虑以下几个参数:正常蓄水位、设计洪水位以及校核洪水位等。最后，按照相应的试验数据，可以得出该水库大坝坝体的渗透系数为2.80 × 10－4cm/sec，而坝坡的渗流及其稳定性都按照均质坝进行具体的计算，具体如下:

当水位处于水位为正常高:L =58.55 m、△L=9.81 m，浸润线的计算公式原点=116.61 m，浸润线的起点X 坐标=58.06 m，浸润线的终点X 坐标=119.49 m，单位宽度的渗流量q =2.69 m3/d·m;当水位处于校核洪水位:L = 51.096 m、△L =11．066 m，则浸润线的计算公式原点=116.61 m，浸润线的起点X 坐标=65.51 m，浸润线的终点X 坐标=119.84 m，h0=6.71 m，单位宽度的渗流量q =3.74 m3/d·m，浸润线的坐标(将上游的坝脚作为坐标的原点)如下表1 所示。

表1 坝体浸润线的坐标表

经过分析计算可得出，浸润线处于坝体之中，并未超过坝面，满足了相应的规范设计要求。

3.2.2 坝坡的稳定分析

1)坝坡的稳定计算内容在对坝坡的稳定性进行计算时，必须要严格遵守相应的设计要求，精确地计算出以下两个数据:①稳定渗流期时，上、下游坝坡的稳定性;②水库大坝水位降低时，上游坝坡最小安全系数。

2)坝坡的稳定计算

在进行坝坡的稳定计算时，主要采取了以下参数:最大坝高(28.00 m)、正常蓄水位(1 333.50 m)、设计洪水位 (1 335.68 m )、校核洪水位(1 336.53 m)、坝顶的高程(1 336.90 m)。选取土地的参数时，主要是把试验材料与以往工程材料进行综合考虑，从而实现较为精确的取值:天然容重(1.90 g/cm)、饱和容重(2.10 g/cm3)、内摩擦角(15.004)、黏聚力(400 kPa)。

坝坡的稳定计算公式为:

式中:W 为土条的重量;u 为作用在土条底面的孔隙压力;V 为垂直的地震惯性力;Q 为水平的地震惯性力;a 为条块重力线和通过此条块底面中点的半径间夹角;b 为土条的宽度;c'φ' 为土条底面的有效应力抗剪强度指标;Mc 为水平地震的惯性力对圆心所产生的力矩;R 为圆弧的半径。经过上文中的计算，得到了水库上游坝坡分别在正常运行和非常运行的条件下的最小安全系数，具体如表2 所示: