阳城县上河水库工程大坝坝型设计方案比选

2015-12-16冯立平

山西水利 2015年12期

关键词：坝型重力坝坝址

冯立平

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 工程概况

上河水库位于阳城县董封水库上游获泽河的支流上，距董封水库约5.0 km的上河村西250m的河床中。工程主要为阳城县工农业及演礼乡工业园区提供工业和居民生活用水，并为董封灌区提供灌溉补充水源。总库容157.6万m3，主要建筑物级别为4级。

2 坝址气象地质条件

2.1 气象条件

上河水库工程区夏季温湿，冬季干冷，最高气温30.2℃（7月），最低气温-7.9℃（1月），多年平均降水量650 mm，最大年降水量1094.3 mm，汛期6—9月降雨占全年降雨量的70%，多年平均蒸发量1991 mm，最大年蒸发量2654.9 mm，多年平均径流量1864万m3，多年平均输沙量19.3万m3，洪水多发生在七八月，陡涨陡落，一次洪水经过一般在24 h内。

2.2 地质条件

坝址区河流流向为 N60°～65°E，河谷呈“U”字形，河床高程864.0～872.2m。河谷下部宽65～90m，上部宽95～120m，河谷岩壁陡立，高25～30m，右岸局部呈倒悬陡壁。下部近直立，上部岸坡略缓，坡度30°～40°。两岸山梁最高1176～1209m。地貌上属溶蚀侵蚀中山区。坝址区两岸陡壁为裸露基岩，山坡山顶植被较为发育，出露地层主要为古生界奥陶系下统亮甲山组。河谷中分布有新生界第四系全新统松散堆积物。岩层平缓，整体呈单斜构造，岩层产状N40°～50°W/NE∠4°～8°。坝址处无断裂构造，卸荷裂隙较为发育。坝址右岸发育卸荷裂隙，裂隙走向多为顺河方向，裂隙张开，隙宽0～0.5m，延伸30～50m，碎石充填。坝址上游左岸导流洞进口发育一条大裂隙，裂隙走向为N85°E，宽度 0.3～0.8m，延伸 30～50m，碎石充填。

现距董封水库约2 km，距上河水库约10 km处有一采石场，该料场经村水泥公路通往坝址，交通较为便利。

3 坝型方案比选

考虑到地形地质条件及当地建材分布情况，初拟混凝土面板堆石坝和堆石混凝土重力坝两种坝型进行比较。

3.1 混凝土面板堆石坝方案

新建坝址处现有一供水工程，主要建筑物包括截潜流坝和供水管道系统。截潜流坝坝基上游侧设有一道混凝土防渗墙，最大深度约22m。坝线选择时考虑对现有工程的利用及工程对下游上河村的影响。因大坝底宽较大，利用截潜流坝做施工围堰会导致大坝距上河村过近，此次设计考虑保留现有混凝土防渗墙，仅利用其提高上游坝基的防渗作用，将趾板放置于原防渗墙下游5m，故将坝轴线选定在截潜流坝轴线下游65m处。

根据地形条件，溢洪道适宜布设于大坝右岸，但开敞式溢洪道单宽流量较小，溢洪道宽度为20m时，校核泄量仅28.04m3/s；溢洪道宽度为30m时，校核泄量仅54.5m3/s。由此看出，在溢洪道不设闸门控制的前提下，要增加溢洪道泄量势必会增大溢洪道宽度或增加坝高，此两种方式均会增加工程投资，但泄量增加较小，故该工程泄洪建筑物采用导流泄洪洞泄洪。

枢纽主要建筑物包括大坝、导流泄洪洞。大坝长104m，坝顶宽8m，坝顶高程899.2m，最大坝高35.0m，上下游坝坡均为1∶1.4，面板采用等厚度布置，厚度0.4m，趾板采用等高线垂直于趾板基准线的布置形式，厚0.5m，宽3m。河床段趾板基础直接置于挖除表层松散层后的河床覆盖层上，采取趾板上游设置垂直防渗墙的处理措施，防渗墙深入基岩2.0m，趾板通过连接板与防渗墙连接。岸坡段趾板放置于弱风化基岩面上，并采用直径25 mm的HRB335砂浆锚杆与基岩连接。面板坝河床段设混凝土防渗墙防渗，防渗墙及岸坡趾板下设灌浆帷幕，灌浆线沿面板坝趾板中心线至左右岸坝肩，沿坝轴线左岸延伸50m，右岸延伸35m。

导流泄洪洞布置在坝体左岸，施工时用于导流，运行期用以泄洪。进水塔为双孔布置，全长235.0m，进口布设平板检修闸门，孔口尺寸3.0m×6m（宽×高），出口布设弧形工作闸门，孔口尺寸3.0m×5.1m（宽×高）；隧洞洞身段为圆型，内径6.0m，进口洞底高程873.0m，出口底高程871.0m，采用挑流消能。进水塔检修闸门检修平台通过交通桥与左岸道路相接，交通桥全长13m，桥面宽3.0m。

3.2 堆石混凝土重力坝方案

根据地形条件，上坝址河道由上至下渐宽，导流洞布置条件好，工程投资小，故坝线宜靠上游布置。但为节省投资，利用原截潜流坝作为上游围堰，故将坝轴线布置在原截潜流坝线下游约65m处，与混凝土面板堆石坝一致。

枢纽主要建筑物包括大坝、导流泄洪洞。大坝长118m，坝顶宽6m，最大坝高54.8m，坝顶高程899.8m。大坝由挡水坝段、表孔溢流坝段、泄洪底孔坝段组成。溢流坝段位于河床段，共设5孔，每孔净宽11m，堰面为开敞式WES实用堰，堰顶高程897.0m，校核泄量158.6m3/s。坝体上下游面设1.5m厚的钢筋混凝土防渗面板，面板与堆石混凝土之间用锚筋连接。坝基覆盖层和强风化基岩全部清除，大坝坐落在弱风化基岩的中上部，坝下基岩进行固结灌浆。坝体底部布置基础灌浆廊道，由廊道内进行帷幕灌浆，其下游设排水孔幕。岸坡段坝体与基岩之间进行接触灌浆。

坝体左岸布设一孔泄洪底孔，供泄洪排沙之用。泄洪底孔进口底板高程870.0m，孔口尺寸4.5m×4.0m（宽×高），进口设平板检修闸门，出口设弧形工作闸门。设计泄量284.8m3/s，校核泄量330.9m3/s。

导流洞布置在大坝左岸，总长190m，进口高程871.5m，出口高程865.0m，坡降0.03，施工完成后，用混凝土对导流洞进行封堵。导流洞宽4.5m，高6.25m，采用城门洞型，顶拱角度180°，顶拱半径2.25m，直墙高4.0m。导流洞进出口及洞身段均采用挂网喷锚支护，喷10 cm厚的C20混凝土，顶拱设直径25 mm的系统锚杆，间排距1m，梅花形布置。

两种坝型方案的主要工程量及投资见表1。

表1 两种坝型主要工程量及投资对照表

针对两种坝型，从水库规模、枢纽工程布置、工程投资等进行比较可知，两种坝型均可行。重力坝对地基要求高，需挖除坝基全部覆盖层，基础开挖深度最高达30.0m，坝下基岩全部进行固结灌浆处理。面板坝对地基要求不高，只需把趾板基础开挖至弱风化基岩，对趾板基础进行固结灌浆，故重力坝基础处理工作量大。但重力坝将泄洪、排沙等建筑物布置在坝体上，枢纽布置简单，运行管理方便；排沙闸孔布置在坝体下部主河槽部位，洞线短，冲沙水流条件好，排沙量较大。面板坝的泄洪、排沙建筑物布置在水库左岸，枢纽布置分散，导流泄洪洞进口远离主河槽，曲线形洞线，排沙效果较差；从工程总投资来看，两者相差567.4万元。