浅谈水城县花地河水库拱坝设计

何米杏

（贵州新中水工程有限公司，贵州 贵阳 550001）

花地河水库工程位于六盘水市水城县陡箐镇花地河村，坝址所在河流为月亮河，其中上游称木果河，中游称花地河，下游称补那河。水库所在河段为花地河，属于珠江流域西江水系，拟选坝址位于花地河村下游峡谷河段，主河道长31.1 km，坡降为24.4‰，坝址控制流域面积155 km2。以上述条件为基础，本文对花地河水库拱坝设计进行探讨。

1 坝址地形地质条件

花地河水库坝址处河流流向S65°～70°W，坝址河谷为深切峡谷地貌，呈基本对称“V”型横向河谷[1]。坝址下伏基岩为T1yn1-2、T1yn1-3灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩等中硬岩地层，岩层陡倾上游，两岸为切向坡，岩溶弱发育。坝址区地层倒转，两岸及河床岩层产状为N3°～10°W/NE∠63°～75°，总体为陡倾上游。坝址区节理裂隙发育。坝址为补给型河谷，地表及地下岩溶弱发育。

2 拱坝设计

2.1 拱坝基础

花地河水库大坝拱端坐落于T1yn1-2地层内，岩石的强度比较高，属于中硬岩石类型，岩石呈现层状结构特点，弱风化特点，岩体结构较为完整，具有良好强度，抗滑性能也比较强。强风化岩体卸荷发育较好，降低了岩体的完整性，故需要对岩体的抗滑与抗变形能力进行有效控制。河床段大坝建基面位于弱风化的底部位置，为了更好地满足岩体强度要求，在右岸靠近坝体高程部位，需要进行综合处理。

大坝基础开挖环节，如果发生爆破震动现象，岩体特别容易发生松动现象，使得大坝承载力逐渐下降。为了进一步增强大坝岩体的可靠性，增强其承载能力，应加强大坝基础加固力度。水库岸坡可能出现库首绕坝裂隙性渗漏，采用帷幕灌浆进行处理[2]，保证渗漏问题可以得到更好地处理，使得坝基的渗透压力不断下降，增强坝肩稳定性。

坝肩稳定计算时，以向山内下凹的负地形为临空面，同时考虑软弱夹层总厚度及顺河向裂隙L1分布进行坝肩抗体稳定计算。在坝肩抗体不能满足要求的情况下，参照以往工程经验，对两坝肩下游向山内下凹的负地形可采取混凝土回填或加钢筋混凝土传力墩进行处理。

2.2 拱坝

正常蓄水位时，最大建坝高度106.0 m，河谷宽84.8 m，河谷宽高比1.31。为了节约工程投资，加快施工进度，花地河水库大坝采用碾压混凝土筑坝。大坝为抛物线变厚双曲拱坝，拱坝中心线方位角N68.00°E，坝顶高程1013.00 m，建基面高程907.00 m，设计坝高105.00 m，最大坝高106.00 m（含1 m垫层），拱冠梁处顶厚6.00 m，底厚26.00 m，拱坝厚高比0.248。坝顶中心弧长209.33 m，顶拱中心角77.00°。

分别在933.00 m～951.00 m高程和977.00 m高程设置灌浆廊道，其中977.00 m高程廊道只布置在两坝端一定长度，分别与两岸的灌浆平洞连接，该高程坝体中部不设廊道，以简化坝体细部结构的布置，方便碾压混凝土连续施工；933.00 m～951.00 m高程廊道作为基础灌浆廊道，同时也兼作基础排水、大坝监测以及坝后交通使用。

图1 花地河水库大坝枢纽平面布置图

基础设置1.0 m厚的90 d龄期二级配C20常态混凝土垫层[3]。坝顶路面为0.3 m厚的90 d龄期二级配C20常态混凝土。具体强度等级及要求见表1。

表1 大坝混凝土强度等级及要求表

工程共设4条诱导缝，将坝体分为5个坝段，坝段长度32 m～59 m不等。坝体在接缝（诱导缝）上游坝顶1013.0 m高程以下、顺水流方向依次设置止水、止浆片。止水片采用铜止水，在安装止水片时，需要在坝顶预留出10 cm厚度的混凝土保护层，止浆片使用橡胶止水条[4]。

2.3 泄洪建筑物

工程泄洪建筑物为3级建筑物，500年一遇洪峰流量1060 m3/s，50年一遇洪峰流量659 m3/s，30年一遇洪峰流量575 m3/s，坝址处河床宽度8.0 m～12.0 m，单宽流量不大，洪峰时段不长。针对此特点，水库泄洪采用开敞式溢流表孔单独泄洪。坝顶表孔前缘净宽度是15 m，堰顶高程1002.0 m，主要分为3孔，分别设置5.0 m×6.5 m弧形钢闸门。溢流堰采用WES型实用堰。上游面椭圆曲线、下游面曲线幂和下游反弧挑流消能段构成，总体长度为23.55 m。其中，上游的堰面曲线使用的椭圆曲线方程是x2/2.502+（y-1.50）2/1.502=1；下游面曲线幂方程为y=0.085378x1.85；下游采用挑流消能，反弧半径为10.0 m，挑射角为15.0°，挑流鼻坎顶高程995.65 m。

2.4 放空建筑物

工程通过坝身溢流表孔可以满足泄洪要求，工程为Ⅲ等中型工程，应具备在特殊情况下（如地震、战备）具有快速降低水位的能力，因此需设置放空底孔。从运行灵活程度上分析，底孔运行灵活程度不及表孔。工程泄洪规模不大，因此底孔不参与泄洪。

2.5 取水建筑物

工程坝前淤沙高程为981.20 m，取水口进口底板高程应高于淤沙高程，初步拟定取水口底板高程为982.00 m。正常蓄水位1008.00 m与取水口底板高程982.00 m之间高差为26 m，按照平均分配的方式，取水口进口分2层，每层取水口高程差13 m，水深13 m处水温大于15℃，满足规范要求，取水口进口底板高程分别为995.00 m，982.00 m。取水口进口依次设置拦污栅、分层取水隔水闸门、工作闸门、通气孔等建筑物；取水口进口底板高程为982.00 m，高于淤沙高程981.20 m。

3 结语

拱坝是一种重要而复杂的水工结构，其设计是一个复杂的过程，通过对水城县花地河水库工程拱坝设计进行有效分析，如确定拱坝建基面高程、大坝布置及相关建筑物布置，能够保证水城县花地河水库工程拱坝结构更为稳定，枢纽布置更为合理，有效降低了水库工程拱坝结构失稳现象的发生，同时保证了工程建成后的正常运行，以便发挥其最大的社会经济效益。