佛堂镇寺前西村新建坑口水库初步设计探讨

2015-11-25王亮王志法李邦全朱勇军

环球人文地理·评论版 2015年8期

关键词：水库设计

王亮+王志法+李邦全+朱勇军

摘要：水资源匮乏，人民安居乐业的一个主要矛盾。随着经济发展，外来人口越来越多，这一矛盾日益突出。这一矛盾也是一直制约着寺前西村的经济发展，本文就义乌市佛堂镇寺前西村新建坑口水库设计展开探讨。

关键词：寺前西村；水库；设计

1 基本情况

1.1 前言

工程概况

义乌市佛堂镇寺前西村位于佛堂镇东北面，距佛堂镇2.5 公里。寺前西村是由陶斯、上双园、寺前西等三个自然村组成的行政村，本村人口670人，加外来人口共计人口1300 人。饮用水现状：该村是佛害严重地区，严重影响着当地村民的生命安全。为解决用水问题，拟在寺前西村西北处新建一山塘。拟建山塘坝址就位于寺前西村西北约0.5km 处的“V”字型山凹中。本文只讨论大坝设计。

1.2 水文、气象

寺前西饮用水工程山塘坝址以上集雨面积 0.344k㎡，主流长度1.35km。

义乌市位于浙江省中部丘陵地区，属亚热带季风气候区，冬夏季风交替显著；年温适中，四季分明，雨量丰沛，多年平均降水量1338.52mm.

1.3 地质

据区域地质构造资料和历史地震资料分析资料表明，堰坝坝址区无大的断裂带通过，拟建场地稳定性良好，地震基本烈度小于Ⅵ度，经处理后适宜修建水工建筑物。

1.4 工程任务和规模

新建寺前西山塘为一座以供水为主，兼顾灌溉的山塘；

拟建山塘总库容 3.94 万方。根据《山塘工程综合治理建设标准》，工程等别为Ⅶ等，建筑物级别为7 级。

1.5 工程布置及主要建筑物

大坝坝址位于寺前西村西北约 0.5km 处的“V”字型山凹中。工程主要建筑物包括坝身、放水涵管、上坝道路等。

1.6 山塘淹没及工程占地处理

山塘淹没区：包括正常蓄水位以下的经常淹没区和正常蓄水位以上受水库洪水回水和风浪等淹没影响的临时淹没区，淹没面积 12.80 亩（8533㎡）。

工程占地：包括工程建设需要的永久占地1.935亩（1290 ㎡）及工程开工建设过程中因施工需要引起的临时占地5亩.

2 大坝设计

2.1 工程任务和规模

2.1.1 工程等别与建筑物级别

新建寺前西山塘为一座以供水为主，兼顾灌溉的山塘；

寺前西村新建山塘，工程为Ⅶ等，主要建筑物级别 7 级，次要建筑物级别7级。根据《防洪标准》GB50201—94 和《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000。该山塘防洪标准可按丘陵型设计10 年一遇，校核50～30 一遇执行。确定寺前西村新建山塘的防洪标准为：设计情况10 年一遇，校核情况50 年一遇。

2.1.2 特征水位的选择和洪水调节

2.1.2.1 死水位确定

根据涵管高程确定：死水位为97.00m，相应死库容为0.05万m3。

2.1.2.2 正常蓄水位确定

坝址地处亚热带季风气候区，四季分明，雨量充沛。多年平均降水1338.52mm，多年平均径流总量22.93万m3。

用水量与设计规模本工程拟在寺前西村西北角处新建一山塘蓄水做为饮用水水源，山塘集雨面积0.334km?.

经计算，兴利容积为3.20 万m3 能满足供水要求，本工程新建堰坝总容积3.94万m3，水源能够保证。

正常蓄水位与溢流坝顶高程对应，正常蓄水位为108.90m。

2.1.2.3 洪水调节

汇流参数M 值，根据“浙江省推理公式法”中的说明计算。寺前西村新建山塘流域范围内植被条件一般，取Ⅲ类植被。溢洪方式采用开敞式坝顶溢流，溢流坝宽5m。

采用单辅助线法计算调洪后的洪峰流量：

（ 1 ）设计洪水时，洪峰流量QP=10%=6.49m3/s ，调洪后下泄流量

Q/P=10%=5.49m3/s，相应库水位109.62m；

（ 2 ）校核洪水时，洪峰流量 Qp=2%=9.30m3/s ，调洪后下泄流量

Q/P=2%=8.16m3/s，相应库水位109.83m。

2.2 总体布置

根据坝址地形、地质、水文等自然条件，结合枢纽建筑物的综合利用要求和施工条件。坝轴线位于寺前西村西北约0.5km 处的“V”字型山凹中。

2.2.1 工程总布置

本工程主要包括大坝（非溢流坝段、溢流坝段）、放水涵管、上坝道路等部分。溢流坝段位于桩号0+044.7～0+050.7，型式为开敞式坝顶溢流，溢洪水流底流消能后汇入大坝下游原有渠道；放水涵管采用坝内埋管，位于桩号0+053。放水涵管水流直接注入消力池，通过原有渠道向下游输送；上坝道路布置在大坝左岸。

2.3 工程设计

2.3.1 挡水建筑物

寺前西新建山塘坝顶宽3.3m，坝顶高程109.90m，防浪墙顶高程111.10m。

上游面坡度为1：0.10，钢筋混凝土防渗面板顶部厚度0.3m，下游坝坡1：1.0。坝体采用C15 细骨料混凝土灌砌块石（C15 细骨料混凝土用量为51%，块石用量为49%）。溢流坝布置在桩号0+044.7～0+050.7，型式为开敞式坝顶溢流。放水涵管采用Dn300mm 镀锌钢管，外包 C20 砼，采用Dn300 闸阀控制。

2.3.2 坝顶设计

（1）坝顶高程确定

（a）坝顶在山塘静水位以上的超高采用官厅水库公式计算波高，计算公式：

ΔH=2Hl+Ho+Hcendprint

2H1=0.0166Vf5/4Df

2Ll=10.4（2H1）0.8

Ho=（4πH12/2Ll）cth（πh1/ Ll）

式中： 2Hl—波浪高，m；

Ho—波浪中心线超出山塘静水位的风壅高度，m；

Hc—安全超高，m；

Vf—计算风速，m/s，义乌市多年最大平均风速16m/s。

V设=24 m/s， V校=16m/s；

Df—计算吹程，0.15km；

2Ll—波长，m；

h1—坝前水深，m。

2H1 设计5%=0.469m， 2H1 校核0.5%=0.282m

Ho 设计5%= 0.122m， Ho 校核0.5%=0.066m

（b）安全超高值Hc：

安全加高值根据坝的等级和运用条件，根据《浆砌石坝设计规范》（SL25-91）中的有关规定。

安全超高值 Hc 为：设计情况Hc=0.3m，校核情况Hc=0.2m。

ΔH 设计=2H1 设计10%+Ho 设计10%+Hc 设计10%=0.469m+0.122m+0.3m=0.891m

ΔH 校核=2H1 校核2%+Ho 校核2%+Hc 校核2% =0.282m+0.066m+0.2m=0.548m

坝顶高程等于水库静水位、超高之和，按以下运用条件计算，取其最大值：

设计洪水位+ΔH 设计，则相应坝顶高程：109.62m+0.891m=110.511m

校核洪水位+ΔH 校核，则相应坝顶高程：109.83m+0.548m=110.378m

根据计算结果，且综合考虑坝体沉降等影响。最终确定坝顶高程为109.90m，防浪墙顶高程111.10m。

（2）防浪墙布置

防浪墙顶高程111.10m，采用钢筋混凝土结构，与坝体连成整体，两端与坝肩基岩相接。

（3）非溢流坝坝顶布置

非溢流坝顶结构应满足设备布置、检修、交通和观测等方面的要求，兼顾安全、适用、经济、美观等。选择坝顶宽度为3.3m。

2.3.1.3 大坝断面设计

非溢流坝断面基本剖面为三角形，其顶点在最高水位附近。按此初始断面进行优化，在满足稳定、应力等条件下，选择最佳断面。

坝顶高程为 109.90m。上游面坝坡1：0.10，下游坝坡1：1.0；坝身采用C15

细骨料混凝土灌砌块石砌筑（C15 细骨料混凝土用量为51%，块石用量为49%），

基础采用厚度为1m 的C20 混凝土。

2.3.1.4 坝体防渗设计

坝体防渗采用C25 钢筋混凝土防渗面板。上游面坝坡1：0.10，钢筋混凝土防渗面板顶部厚度0.3m，抗渗等级W4，抗冻等级不小于F50。面板表层布置温度钢筋网，纵向筋φ12@200，横向筋φ12@200。布置间隔为1mφ12 钢筋，伸入坝身砌体0.8m，使防渗面板与坝身连接紧密。面板每隔15m 设伸缩缝，缝间埋设紫铜片止水。

2.3.1.5 坝体分缝与排水

（1）坝体分缝

总共设置五条伸缩缝。每隔15m 设伸缩缝设置一条伸缩缝，分别位于桩号0+010，0+025，0+040，0+055，0+070 位置。与钢筋混凝土防渗面板分缝协调一致。

（2）坝体内排水管

坝体排水采用DN150 改性塑料盲管，管距为3.0 m。

2.3.2 基础处理

根据工程地质勘察报告，堰坝坝址区无大的断裂带通过，场地稳定性良好，作一定的处理后可作为堰坝基础建设，堰坝基础应建在弱风化基岩上，帷幕灌浆单排布置，帷幕间距为3m，按Ⅲ序孔施工，灌浆采用自下而上法进行。帷幕深度深入到相对不透水层以下5m。

2.3.3 泄水建筑物

2.3.3.1 溢流坝

溢流坝段长5m。溢流坝型式为开敞式坝顶溢流，顶高程108.90m。溢流面

采用C25 砼钢筋混凝土浇筑，厚度为0.3m。溢流面表层布置抗裂防冲钢筋网，

纵向筋φ12@200，横向筋φ12@200。布置间隔为1mφ12 钢筋，伸入坝身砌体0.8m，使溢流面与坝身连接紧密。