阳城县上河水库工程大坝设计

2016-04-14山西省水利水电勘测设计研究院山西太原030024

地球 2016年10期

(山西省水利水电勘测设计研究院山西太原 030024)

上河水库位于阳城县董封水库上游获泽河的一条支流上，采用堆石混凝土重力坝，最大坝高54.8.0m，总库容157.6万m3，规模为小（1）型。简要论述了坝址选择、坝型确定、建筑材料、坝体分区及地基处理等设计内容。

大坝设计堆石混凝土重力坝上河水库。

1 工程概况

上河水库工程位于阳城县董封水库上游获泽河的一条支流上，距离董封水库约5.0公里的上河村西250m的河床中。新建上河水库工程主要为阳城县工、农业供水，为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。上河水库工程拦河大坝采用堆石混凝土重力坝，最大坝高54.8.0m，坝长118.0m,总库容157.6万m3，为小（1）型水利枢纽工程。主要建筑物级别为4级。

2 大坝设计

2.1 坝体断面设计

2.1.1 挡水坝段

桩号0+000～0+011.8、桩号0+088.6～0+118分别为左、右岸挡水坝段，坝段总长41.2m，坝顶高程899.8m，考虑交通要求，坝顶宽度取为6.0m，上游坝面在870.0m高程以上为竖直坝面，以下为1: 0.2坡度。下游侧891.8m高程在以上为竖直坝面，以下为1:0.75坡度。坝顶上游一侧设有高1.2m的钢筋混凝土防浪墙，下游侧设有防护栏杆，上、下游面设1.5m厚C25钢筋混凝土面板做为防渗层、保护层，面板表面布置有温度筋，面板与堆石混凝土坝体之间用锚固钢筋连接。

2.1.2 泄洪底孔坝段

泄洪底孔坝段在坝体左侧，桩号0+011.8～0+026.8，1个坝段，坝段总长15m，设泄洪底孔1孔。泄洪底孔进口设平板事故检修闸门，孔口尺寸为4.5m×4.5m（宽×高）；出口设弧形工作闸门，孔口尺寸为4.5m×4m（宽×高），工作闸门启闭机平台高程为884.0m。泄洪底孔设计泄量284.8m3/s，校核泄量330.9m3/s。

2.1.3 溢流坝段

溢流表孔布置在河床中部，桩号0+026.8～0+088.6，坝段总长61.8m，堰顶高程897.0m，共设5孔，单孔净宽11m，总净宽55m。溢流表孔堰型为开敞式实用堰型，堰面曲线在原点上游侧采用圆弧曲线与斜面结合，圆弧的半径为0.495m，原点下游侧为幂曲线y=0. 496x1.78，曲线末尾与1:0.75的斜直溢流面相切连接，然后下接挑流消能反弧段，反弧段的圆心角78.13°，反弧段最低点高程为870m，反弧半径为13.0m，挑射角设计为25°，挑坎顶高程为871.2m。

2.2 坝体混凝土分区

大坝为堆石混凝土重力坝。坝体混凝土需满足强度、抗渗、抗冻、抗冲刷和抗裂等要求。

2.2.1 坝体混凝土

坝体内设置堆石混凝土，强度要求不低于R90150，大坝上游面设置钢筋混凝土防渗面板，面板最小厚度按水头的（1/15～1/25）确定为1.5m，采用C25混凝土，下游坝面为C25钢筋混凝土保护层，厚1.5m，坝基设1m厚的C25混凝土垫层。泄洪底孔墩采用C25钢筋混凝土，溢流坝桥墩、导墙为C25钢筋混凝土。

2.2.2 大坝混凝土特性指标要求

坝体堆石混凝土强度采用90天龄期强度。根据《水工钢筋混凝土结构设计规范》，大体积混凝土结构的挡水面防渗层抗渗标号与水头有关，大坝上游面最大水头为54.8m，坝体上游面及坝基混凝土垫层采用W6，大坝下游保护层及坝体内部采用W2。坝址最冷月平均气温为-6.0℃，属寒冷气候，对大坝上下游水位变动区及以上表层混凝土采用F150，坝体内部和垫层混凝土采用F50，导墙、桥墩、闸墩混凝土采用F150。为减轻高含沙量高速水流对大坝的冲刷，溢流表孔溢流面表层采用C40，厚度50cm，泄洪底孔底板表层采用C40抗磨蚀混凝土，厚度50cm。坝体内部混凝土体积大，采用水泥用量少的堆石混凝土，采用较低的力学指标。

2.3 坝体细部构造

2.3.1 坝顶结构

坝顶高程为899.80m，坝顶宽6m，坝顶上游侧有1.2m高混凝土防浪墙，墙厚0.5m，与坝体连成整体浇筑，坝顶路面为现浇混凝土，路面坡度1%，倾向下游侧，排除顶面积水。

2.3.2 坝体排水

为排出坝体渗水，在挡水坝段和溢流坝段上游防渗面板下游设竖向排水孔幕1排，坝体排水管采用钻孔形式，排水孔孔距2.0m，孔径15cm，距离上游3.0m。排水管与基础廊道相互连通，将坝体渗水排入廊道，汇进集水井，通过排水泵抽水排到下游。

2.3.3 坝体分缝止水

大坝坝顶长 118m，分为 7个坝段，桩号 0+000～0+011.8，0+088.6～0+118分别为左右岸挡水坝段（共3个坝段），桩号0+011.8～0+026.8为泄洪底孔坝段（共 1个坝段），桩号0+026.8～0+088.6为溢流坝段（共3个坝段），混凝土防渗面板分缝与坝体分缝协调一致布置，横缝内设两道止水，分别为铜片止水和橡胶止水，止水伸入至基岩0.5m；防渗面板与基岩之间也需设置止水铜片。

3 基础处理

上河水库坝基覆盖层最厚达20.0m，左坝基覆盖层厚5～20m，基岩面较陡；右坝基覆盖层厚10～17m，基岩面相对较缓。其下主要为奥陶系下统亮甲山组O1l-4岩组，上部为深灰色白云质灰岩。中部为灰黄色、浅灰色泥质白云岩。下部为：深灰色白云质灰岩，细晶结构，块状构造，较硬，致密，岩芯较完整，多为柱状、长柱状。层厚25.8～26.1m。强风化带厚0.5～2m，弱风化带厚5～10m。

根据地质条件，河床段建基面以1%的坡度向上游倾斜。为增强坝基的粘结力，提高坝体的抗滑稳定性，堆石混凝土坝体与基岩之间采用混凝土垫层连接，混凝土强度等级C25。为提高坝基岩体的整体性，防止坝体失稳，减小坝基渗漏量，降低坝基扬压力，需对坝基进行固结灌浆和帷幕灌浆。帷幕灌浆布置在坝基上游侧，单排帷幕孔间距2m，帷幕最大深度约35.0m。坝基全部进行固结灌浆，深度6m，孔排距3m，梅花形布置。在坝基基础廊道下游侧设置1排排水孔幕，以减小坝基扬压力，排水孔间距2.0m，深入基岩约15m。

为了防止在坝体与基岩面形成渗水通道，加强坝体与基岩的结合度，在坝体温度及变形基本稳定、裂缝张开后，对大坝左、右岸坡坝基面全部进行接触灌浆。