坪底水库大坝工程布置设计简述

2017-05-18李重民

山西水利 2017年4期

关键词：溢流坝段底孔水坝

李重民

（山西省张峰水库建设管理局，山西太原 030002）

坪底水库大坝工程布置设计简述

李重民

（山西省张峰水库建设管理局，山西太原 030002）

根据坪底水库大坝工程的地形地质及水文泥沙条件，对大坝挡水坝段、溢流坝段、底孔坝段、消力池、取水泵站等建筑物进行了布置，并对各建筑物基础处理和混凝土分区进行了详细设计。对类似多泥沙河流水库泄洪及冲砂建筑物布置和设计有一定的借鉴作用。

大坝；设计；工程布置；坪底水库

1 工程概况

坪底供水工程取水枢纽位于裴沟乡坪底村附近屈产河干流上，距石楼县城约22 km。水库控制流域面积978 km2，总库容744万m3，工程主要任务以城镇生活及工业供水为主，兼顾防洪。该工程主要由大坝、消力池和取水泵站等建筑物组成。

2 工程区条件

2.1 气象与水文

流域属于半干旱地区，十年九旱。流域降水量时空分布不均，年际及年内变化大，多年平均降水量约474 mm，汛期降水量占年降水量的73%左右；无霜期多年平均约203天，平均气温9.6℃；封冻期约70天，最大冻土深96 cm。屈产河径流主要以大气降水补给为主，河川水资源量相对丰富，径流年内分配不均，汛期水量占全年来水量的75%。

通过频率分析，坪底水库供水工程30年和200年一遇的入库洪峰流量分别为2 715 m3/s和5 235 m3/s；一日洪量分别为3 169万m3和5 848万m3。屈产河流域植被较差，水土流失十分严重，输沙量年内、年际分配不均，多年平均实测悬移质输沙量达661万t。

2.2 工程地质

坪底水库坝址位于石楼县裴沟乡坪底村西约300 m的屈产河上，河流流向为N29°W，河谷宽20～40 m，河谷断面呈“U”字型。在坝址上游约400 m右岸有支流暖泉河汇入。

屈产河在坝址区发育四级阶地。坝址区主河床、河漫滩和基座阶地之上堆积有全新统卵石混合土层，厚3～5 m，结构松散，偶含漂石，分选差。下伏基岩上部为二马营组第三岩组，岩组在河谷部位厚10～20 m，岩性主要为泥岩和暗灰绿色中厚、中薄层长石石英砂岩夹暗紫红色粉砂质泥岩，偶夹薄层砾岩；中部为二马营组第二岩组，厚10～15 m、较软，岩性为暗紫红色薄～中厚层泥岩；底部为第一岩组，岩性为泥岩与暗紫红色砂岩互层。

3 枢纽工程总布置

3.1 工程等别与标准

根据相关规范，取水枢纽水库确定为小（一）型水库，工程等别为Ⅳ等，水库枢纽建筑物大坝为4级建筑物，防洪标准为30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。建筑物抗震设防烈度为Ⅵ度。

3.2 大坝总体布置

取水枢纽由挡水坝段、溢流坝段、底孔坝段、消力池和取水泵站等建筑物组成。大坝由左、右岸挡水坝段、溢流坝段和底孔坝段4部分组成，坝顶长134.1 m，坝顶高程为839.5 m，最大坝高37.5 m。右岸挡水坝段长35.65 m，左岸挡水坝段长19.45 m，溢流坝段靠近右岸挡水坝段中间，长51 m，底孔坝段位于左岸挡水坝段和溢流坝段之间，长28 m。进口段设进水塔，进水口底板与底孔齐平，进口设置检修闸门1道，出口设弧形工作闸门，采用液压启闭机。在溢流坝段和底孔坝段的分界处设一中挡墙，将消力池分为两部分。

4 建筑物设计

4.1 挡水坝段

右岸0+000—0+019.45段和左岸0+098.45—0+ 134.1段为挡水坝段，坝顶高程839.5 m，考虑交通要求，坝顶宽度取为5.0 m，上游坝面铅直。下游面835 m高程以上为竖直面、以下坡比为1∶0.75。坝顶上游侧设钢筋砼防浪墙、高1.2 m；下游侧设防护栏杆。

4.2 溢流坝段

溢流表孔紧靠右岸挡水坝段，桩号0+019.45—0+ 070.45，采用开敞式实用堰，堰顶高程825.0 m，总宽度51.0 m，堰顶净宽36 m，上游坝面高程820.0 m以上为直立面，以下坡比1∶0.2。堰面曲线上游采用1/4椭圆弧，下游采用幂曲线，堰面曲线下游设反弧圆曲线。幂曲线与反弧圆曲线之间以1∶1的坡面衔接。反弧圆曲线出口为底流式消能工，消力池长63.6 m，深4.5 m。

溢流堰等分为3孔，每孔净宽12 m，各孔闸墩厚度为2.0 m，弧形钢闸门控制，液压启闭机启吊，闸门挡水深度7.5 m。弧门上游侧设检修叠梁门，闸墩顶设交通桥，桥面宽4.8 m。

4.3 底孔坝段

为便于泄洪排砂，在主河槽（右岸桩号0+070.45m～0+098.45 m坝段）布置2个有压泄流冲砂底孔，断面尺寸为6 m×6 m，底板高程813 m，进口设平板检修闸门，进口闸室在上游坝面突出，进口四周为1/4椭圆曲线，曲线末端设平板事故检修门，孔口尺寸6 m×6 m（宽×高），出口接4.2 m压坡段，坡度1∶6，压坡段末端设弧形工作门，该洞全长16.5 m，洞后接消力池。

进口检修门位于进水塔内，检修平台与坝顶齐平，启闭平台高程848.5 m，启闭室为框架结构，启闭室顶高程852.1 m。工作闸门启闭室布置于坝后，其启闭平台高程为826.1 m。

4.4 消力池

溢流、底孔坝段下游设消力池，为矩形；溢流坝段后池长63.67 m，宽46 m；底孔坝段后池长49.7 m，宽26 m，二者以中挡墙为界。消力池底板厚1.5 m，顶高程为808.5 m；消力坎顶高程813.0 m，顶部厚0.8 m，以1∶0.5的坡度消力池底板相接，下游侧铅直，高7.5m，齿墙底宽1 m，以1∶0.3坡度与底板相接；两侧岸墙顶高程819.5 m，厚1 m。中挡墙顶高程与消力坎齐平，厚1 m。4.5 取水泵站

泵站由主厂房、副厂房、压力管线和出水池等组成，位于两个底孔坝段之间，桩号0+081.55～0+087.35。工程取水方式采用库区取水，取水泵站设计引水量为0.3 m3/s，设计扬程109 m，装机3台，装机容量3× 250 kW，泵站最低取水位825 m。

泵房基础由底孔坝段进水塔侧墙和伸出进水塔的边墙组成。边墙顶高程839.50 m，厚1 m，向上游超出进水塔塔身5.5 m，下部基础为进水塔喇叭口侧墙。

5 坝体细部构造

5.1 坝体混凝土分区

坝体内部为C15混凝土，坝基设1.5 m厚混凝土垫层，上游坝面设2.0 m厚混凝土防渗层。为防止高速水流冲刷坝体，溢流面表面及泄流冲砂底孔底板采用耐磨蚀混凝土，溢流面表面厚度不小于1.0 m，冲砂底孔表面厚度为0.5 m。坝顶及下游面厚度1.5 m范围内混凝土强度等级C20，抗渗等级W4，抗冻等级F150。

5.2 廊道

大坝内布置一条平行于坝轴线的纵向廊道。廊道底高程807.0 m，主要用于帷幕灌浆和坝体排水，其轴线位于坝轴线下游1.75 m。断面形状为城门洞形，净宽2.5 m，直墙高1.75 m，顶拱夹角为180°，半径为1.25 m。廊道壁厚50 cm，为钢筋混凝土结构，廊道到左岸通过交通廊道通向下游坝面。

5.3 坝体排水及分缝止水

大坝分8个坝段，设7道横缝。横缝上游侧设两道止水，一道橡胶止水、一道铜片止水；下游侧仅设一道铜片止水。防渗面板与基岩之间也设一道铜片止水，铜片伸入基岩50 cm。岸坡止水和横缝止水相同。

5.4 基础处理

为使坝体座落在弱风化基岩上，对大坝基础范围内的河床卵石混合土、强风化和部分弱风化基岩进行挖除处理。

为提高坝基岩体的整体性，降低扬压力和减小坝基渗漏，坝基采取固结灌浆和帷幕灌浆处理。帷幕灌浆设在坝基上游侧，采用单排帷幕，轴线距上游竖直坝面3.5 m，孔距2 m，灌浆帷幕深入第二岩组泥岩岩体3 m，并向左、右两岸各延伸30 m。坝下基础全部进行固结灌浆，按梅花形布设，孔、排距3.0 m，灌浆深度5 m。大坝左、右岸坡坝基进行接触灌浆。