浅析独山县尧弄水库枢纽坝型比选

2017-08-01程建

陕西水利 2017年3期

关键词：坝型重力坝坝顶

程建

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳550002）

浅析独山县尧弄水库枢纽坝型比选

程建

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳550002）

结合独山县尧弄水库枢纽概况，根据选定的上坝址水文、地形及地质条件，坝型选择了钢筋砼面板堆石坝和重力坝坝型进行比选，从大坝型式、新增灌溉总面积、年供水总量、溢流及消能型式、建筑和施工量进行对比，最终选择面板坝方案，其施工技术更加简便，布设紧凑，经济性较高。

水库；枢纽；坝型选择

尧弄工程规划河流为马降河，位于上司镇的打羊乡，水库总库容1150万m3，灌区总设计灌溉面积23190亩，年总供水量为717万m3。水库枢纽工程包括：尧弄水库拦河大坝、溢洪道、导流、放空兼环境水隧洞，库内取水口等建筑物。

1 荛弄水库枢纽坝型比选

根据选定的上坝址水文、地形及地质条件，坝型选择了钢筋砼面板堆石坝和重力坝坝型。其中针对重力坝坝型对碾压混凝土坝和浆砌石坝两种不同材料的选择进行了定性的比较。对于坝址处为宽河谷地形，重力坝采用碾压混凝土与砌毛石材料，两种材料坝体体型相差不大，故工程量没有较大差别。混凝土坝在施工中为适应混凝土的温度应力必须要分层浇筑，对入仓混凝土有严格的温控要求和冷却措施，且碾压砼可以采用大型机械化通仓浇筑，施工速度快，工期短[1]。浆砌石坝的填筑更多的需要人工砌筑，且对石料要求较高，施工工期较长。从工程投资上看，碾压砼和浆砌石的单价分别为260.17元/m3及241.46元/m3，工程投资相差不大。经综合分析本阶段选择了碾压混凝土重力坝参与比较。

1.1 面板坝方案

1.1.1 钢筋混凝土面板堆石坝

混凝土面板堆石坝坝轴线方位角为172.631°，坝顶轴线长286.40 m，坝顶高程964.80 m，防浪墙顶高程966.00 m，河床趾板高程915.00 m，最大坝高49.8 m。考虑到坝顶交通及坝体施工碾压宽度的要求，坝顶路面宽度定为6.0 m。混凝土面板采用等厚面板，厚度为0.5 m。砼趾板布置于弱风化岩体上部及强风化下部，厚度为0.6 m、宽度为4.5 m。次堆石区下游校核洪水位以上部分可利用坝基及溢洪道开挖的弱风化石料填筑外，其余均采用采自上游料场的新鲜坚硬灰岩石料，下游坝坡采用大块石护坡[2]。

1.1.2 溢洪道

根据地形地质条件，将溢洪道布置在右岸，紧靠坝肩，型式为正向进水自由溢流式，水平总长251.34 m，由进水渠段、控制段、泄槽段及消能工组成。进水渠段中心线总长30 m，底板高程957.50 m。控制段长14.46 m，溢流堰净宽20 m，采用实用低堰型式，堰顶高程961.50 m，堰面曲线采用WES幂曲线[3]。堰面上游曲线采用圆弧曲线，圆弧曲线上游直立。边墙高1.5 m~2.0 m，采用C25钢筋混凝土，底板和泄槽迎水面采用300 mm厚C30钢筋混凝土。出口消能段长11.407 m，采用挑流消能，鼻坎高程926.00 m，反弧半径20 m，挑射角为00。挑流出口冲坑影响段用钢筋石笼网进行保护[1]。

1.1.3 放空兼下放环境水隧洞

导流、放空兼环境水隧洞布置于左岸，结合施工导流洞进行改造而成，隧洞总长283.638 m，在桩号0+066.85 m处设一龙抬头竖井，设置平板检修闸门一扇，检修闸门孔口断面为2 m×3.5 m的矩形，后接下弯段，与导流洞相结合，闸门底坎高程为940.00 m。隧洞采用C25钢筋混凝土进行衬砌，导流封堵段前卫临时工程，衬砌厚度取300 mm，后段为有压隧洞，全断面按500 mm进行衬砌，回填灌浆范围为顶拱120°，隧洞临时支护，Ⅴ类围岩洞段采用C24轻轨钢支撑，间距1 m布置。

1.1.4 取水建筑物

因工程灌区位于右岸，且坝址右岸有一个邻谷冲沟，渠系建筑物必须跨过冲沟，为了减少渠道及跨沟建筑物的长度，根据地形地质条件，取水建筑物设置在库首右岸，距右坝肩700 m，采用无压隧洞引水，进口设塔岸式取水口，采用分层取水。

1.1.5 防渗帷幕

帷幕线总长507 m，帷幕面积12822 m2，局部如F1断层破碎带可适当加密。总进尺4490 m，有效灌浆进尺4274 m。库首左右岸均存在单薄垭口，两垭口工程地质条件相近，出露地层均为C1d1-1石英砂岩、砂岩与粉砂质泥岩、泥岩呈不等厚互层。经计算，高水位条件下产生渗漏的最大水力坡度为5°~8°。

1.2 重力坝方案

1.2.1 碾压混凝土重力坝

大坝坝顶高程964.80 m，建基面高程915.00 m，最大坝高49.5 m，坝顶总长350.28 m，坝顶宽度5 m。非溢流坝段在溢流坝两侧及两岸，上游坝坡1：0.2，折坡点高程944.50 m，下游平均坝坡1：0.8。坝内922.00 m高程设有灌浆兼排水廊道，两岸通过斜廊道升至933.00 m高程，与坝后交通连接。各种工况的稳定应力计算成果见表1。

表1 抗滑稳定安全系数及应力成果表

根据以上计算成果表明：大坝沿坝基面的抗滑稳定安全系数在基本组合时均>3.0，在特殊组合时均>2.5，稳定控制性工况为坝基深层抗滑稳定的荷载基本组合2工况，安全系数为3.03。坝基垂直正应力均为压应力，应力稳定均满足规范要求。

1.2.2 溢洪道

结合挡水坝型为重力坝，优先考虑坝顶溢洪道。溢流净宽为20 m，堰顶高程961.50 m，因校核洪水标准（P＝0.2%）时最大下泄流量为129 m3/s，单宽流量仅为6.45 m3/(s.m)，校核洪水位为963.61 m，仅高出正常蓄水位2.11 m，故本阶段溢洪道采用无闸自由溢流。

溢洪道布置在坝身河床段，考虑坝顶交通，共设2跨，中间设2 m厚的桥墩，边墩厚1.5 m。溢流堰采用WES幂曲线，曲线方程为Y＝0.314×1.836，堰顶设平板交通桥，堰面曲线后用1∶0.75的斜坡段与高程957.00 m台阶相连，采用1.5 m×1.2 m（H×B）的小台阶过渡到954.0 m高程。随后与非溢流坝段的台阶一致，至高程930.0 m台阶后用1∶0.8的斜坡段与半径R＝5 m的反弧相连。

1.2.3 放空底孔

底孔布置于坝身，紧靠溢洪道右侧，出口水流能顺利归入主河道，总长48.10 m，进口底板高程928.00 m。因下游水位较高，进口设置平板检修和出口设计弧形工作闸门各一扇。孔身断面为2 m×2.0 m矩形。出口底板高程928.00 m，采用压坡，孔口尺寸2 m×1.8 m，采用挑流消能。

1.2.4 取水建筑物

取水建筑物建于右岸，平面布置及建筑物设计跟方案一面板堆石坝的相同。

1.2.5 防渗帷幕

防渗帷幕布置及防渗标准与面板坝方案一致，因重力坝帷幕线沿坝轴线直线布置，防渗帷幕线要比面板坝方案要短[2]。防渗帷幕有效进尺为5840 m，比面板坝方案少282 m。

2 坝型方案比较

面板坝方案与重力坝方案的工程量及投资比较表见表2。

表2 坝型枢纽布置方案比较表

由表2中可知，面板坝方案和重力坝方案水库淹没投资及灌区渠系投资均一样，灌溉效益指标也一样，但面板坝方案水库枢纽直接投资比碾压砼重力坝方案省1971万元，经技术经济比较，上坝址的面板坝方案优于重力坝方案。面板坝方案能适应坝址地形地质条件，施工技术简单、投资省，枢纽布置较紧凑，推荐面板坝方案作为上坝址的代表坝型。