中小型水库改扩建工程大坝方案研究

伏世红，栾俊亮，李楚君（.大连市水利建筑设计院，辽宁 大连 60；.沈阳农业大学 水利学院，辽宁沈阳06）



中小型水库改扩建工程大坝方案研究

伏世红1，栾俊亮1，李楚君2
（1.大连市水利建筑设计院，辽宁 大连 116021；2.沈阳农业大学 水利学院，辽宁沈阳110161）

［摘 要］中小型水库改扩建工程大坝坝址及坝型的选择、溢洪道布置方案及堰型的选取等，对于整个工程规模、效益和运行等有着很大的影响。文章以鞍子河水库工程为例，对水库改扩建工程中大坝方案的选取进行了分析研究，得出了相应的结论，可供同类工程设计研究参考借鉴。

［关键词］中小水库；改扩建；坝轴线；迷宫堰;鞍子河水库

1 概 况

鞍子河水库位于辽宁省普兰店市丰荣办事处西泡村车屯，鞍子河中下游。水库于1967年6月竣工，2014年完成扩建。新选址扩建的鞍子河水库总库容692.42万m3，工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等。永久性水工建筑物级别为3级，次要建筑物仍为5级。水库防洪标准为50年一遇洪水设计，1 000年一遇洪水校核。

工程大坝坝址及坝型的选择、溢洪道布置方案及堰型的选取等，对于整个工程规模、效益和运行等有着很大的影响。扩建后鞍子河水库是一座以城市供水、农业灌溉为主，结合防洪、生态保护等综合利用的水库。同时可兼做刘大水库城市供水的事故调节库，还具有淡水养殖和美化环境的功能。

2 坝址及坝型研究

2.1 坝轴线选择

选定新坝址位于现有鞍子河水库大坝下游1.5 km处的泡子村砖厂处，该段河道较窄，主河道宽仅20 m左右，坝轴线较短，且河流两岸均为丘陵地形，比较适合修建大坝。右岸便于布置泄水建筑物，泄水直接流入河道，距离坝址较远，不会危及大坝安全。左岸为低山丘陵地带，可以布置输水洞。

根据该段的地形地貌条件初步选定A-A，BB，C-C3条坝轴线，各相距40 m，根据地形条件，溢洪道布置在右岸，输水洞布置在坝下。3条坝轴线的具体位置，见图1。

图1 坝轴线位置比较图

通过地质勘察，3条坝轴线的地质条件基本相同。上层均为淤泥质粘土，向下依次为粉质粘土层、碎石层、粉质粘土混碎石层。其中，上层的淤泥质粘土层需要清除，3条轴线的表层清除量基本相同。坝轴线坝址下弱风化岩上部均有钻孔揭露存在断层破碎带，均需考虑坝基防渗问题。因此，从地质条件来看3条轴线不分优劣。

坝轴线中，A-A轴线最长，约250 m，B-B与C-C轴线基本相同，约180 m，因此选择较短的B-B，C-C轴线较为适宜。

B-B与C-C轴线相比较：B-B轴线可以将溢洪道控制段直接布置在低山丘陵段，可以减少土方量，且可以利用原状土地基，稳定性较好；CC轴线的溢洪道控制段布置在现有砖厂的开挖区，需要大量的填方，将使工程投资增大，且不利于稳定。因此选择B-B轴线较为适宜。

2.2 坝型选择

通过地质勘察，坝址区为粉质粘土、粉质粘土混碎石等基础，基岩埋藏深度较深（11.5～37.3 m），且两侧岸坡均为土质边坡，该种地质条件不适宜采用重力坝、拱坝等坝型。同时考虑到拟建坝址区域基岩、砂砾石埋藏较深，不易开采，从筑坝材料来说不适宜采用堆石坝、心墙坝。而坝址附近粉质粘土、粘土等粘性土料广泛分布，为修建均质土坝提供非常好的条件。因此，选择均质土坝方案为推荐方案。

3 溢洪道方案研究

溢洪道位于右坝肩，净宽50 m，全长410.75 m，由进水口、控制段、泄槽段和尾水渠四部分组成。1 000年一遇校核防洪标准条件下溢洪道泄流量为1 018.81 m3/s，50年一遇设计防洪标准条件下溢洪道泄流量为624.02 m3/s。

3.1 溢洪道平面布置方案比选

鞍子河水库溢洪道平面布置方案初步拟定2种：圆弧弯道方案，溢洪道沿程水流流态较为平顺，但该方案需穿过下游一处工厂，其拆迁难度较大，费用较高；折流墩方案，溢洪道通过修建折流墩，迫使水流急剧转向60°，溢洪道轴线在工厂上游已转向，可避免对工厂进行拆迁，该方案溢洪道沿程水流流态较为复杂。

经综合比较分析，鞍子河水库溢洪道平面布置采用折流墩方案可降低工程占地补偿费用，虽然溢洪道沿程水流流态较为复杂，但在采取了必要的工程措施后，可使水流在折流墩处形成冲击波，有助于增加消能率。

3.2 溢洪道纵剖面方案比选

水库溢洪道各部分结构尺寸根据水工模型试验结果确定。试验拟定3种溢洪道纵剖面方案，通过比较各方案消能率以确定溢洪道最终纵剖面方案，3种方案示意图见图2。3种方案均将溢洪道布置为阶梯消能结构，均设置8级台阶，方案1中1～8级台阶均未设置中墩及尾坎；方案2中6，7，8级台阶出口设置尾坎；方案3中6，7，8级台阶不仅在出口设置尾坎，并且在台阶中间设置了中墩。

图2 溢洪道纵剖面方案简图

第8级台阶出口与原有河道相连接，其水力要素值直接与原有河道的冲淤情况相关，因此，对拟定的3个方案第8级台阶出口处的水深、流速及消能率进行比较，选取流速较低，消能率较高的方案作为溢洪道最终纵剖面方案。见表1。

表1 第8台阶出口水深 流速及消能率的比较

根据以上水工模型试验成果分析，方案3的第8级台阶出口处的流速最低，消能率最高，且增加的钢筋混凝土量很少，因此，溢洪道最终纵剖面采用方案3。

3.3 溢流堰堰型比选

对迷宫堰与宽顶堰两种堰型进行比选：结构安全可靠性方面，迷宫堰较宽顶堰在结构上较为复杂，但根据历年来各地的工程实例来看，两种堰型结构均较为安全可靠；泄流能力方面，宽顶堰流量系数为0.35左右，迷宫堰流量系数由水工模型试验测出，流量系数在1.27～0.53之间（随堰前水位升高而减小），迷宫堰较宽顶堰泄流能力强的优势明显；工程造价方面，经核算工程迷宫堰工程造价较宽顶堰高20万元左右。综合比较，迷宫堰较宽顶堰结构复杂，工程造价高，但泄流能力强。结合工程实际情况，溢洪道采用迷宫堰结构型式，各频率库水位均较低，因此，工程溢洪道采用迷宫堰结构型式。

［参考文献］

［1］SL252-2000，水利水电工程等级划分及洪水标准［S］.

［2］伊佳倩，刘光庆，赵岩松.鞍子河水库大坝基础防渗措施浅议［J］.科技信息，2011（8）.

［3］叶青，宋宪武，胡娜．迷宫堰在鞍子河水库工程中的应用［J］．东北水利水电，2009（7）．

［中图分类号］TV742

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2016）06－0012－02

[收稿日期]2015-12-12