后箐水库挡水建筑物大坝结构设计分析

黄悠悠

（贵州新中水工程有限公司，贵州 贵阳 550001）

随着社会经济的高速发展，我国水利工程的建设数量逐年增加。水库工程建设中，做好挡水建筑物大坝结构设计工作，不仅能够提升水库大坝结构的可靠性，而且可以有效地提高水库挡水建筑物的稳固性[1]。后箐水库作为贵州省六盘水市盘县羊水乡的主要水利设施，确保挡水建筑物大坝结构合理对当地的农业及社会经济发展具有重要作用。基于此，本文针对水库挡水建筑物大坝结构设计进行分析。

1 工程概况

后箐水库由枢纽工程与输水工程构成。施工中，水库下坝址基础采用上、下坝线进行施工，两个坝线之间保持约140 m的距离。上坝线集水面积12.2 km2，正常蓄水位1392.00m，死水位1373.00 m，校核洪水位为1394.50 m，总库容304万m3；下坝线集水面积12.4 km2，正常蓄水位1390.00 m，死水位1371.00 m，校核洪水位1392.65 m，总库容323万m3。水库总供水量350.8万m3，下放生态用水60.3万m3。工程任务是乡镇供水、农田灌溉和工业用水。

2 建筑物级别

本工程主要建筑物有大坝、溢洪道、取水兼放空管、输水管道及水池；临时建筑物主要有导流建筑物和围堰等。工程为IV等，小（1）型工程，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000）及《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）确定，水库永久性建筑物按照4级建筑物进行设计；次要建筑物，包括水库工程中的临时性建筑物，均按5级建筑物进行设计。主要建筑物级别见表1。

表1 主要建筑物级别

3 大坝结构设计

根据工程实际情况，后箐水库大坝结构设计主要依据《贵州省水利建设生态建设石漠化治理综合规划》、《贵州省水利建设三大会战实施方案》（2013～2020年）、《贵州缺水地区节水灌溉技术应用研究成果报告》、《盘县农田水利建设综合规划报告》、《工程建设标准强制性条文（水利工程部分）》（2010版）、《防洪标准》（GB50201-2014）等[2]，保证大坝结构设计的合理性。

3.1 坝顶及坝体布置

3.1.1 坝顶

工程建设完毕后，大坝坝顶不属于重要交通通道，但坝顶宽度需满足施工期混凝土碾压填筑施工要求，同时还要满足闸门安装、大坝运行观测等要求，经过综合考虑，确定坝顶宽度为6.0 m。大坝属于碾压混凝土重力坝，坝轴线方位角为N81.81°W，坝顶高程1395.00 m，坝底高程1341.00 m，最大坝高54.00 m（含1 m垫座），坝轴线长162.076 m。

大坝坝顶上游侧均设混凝土防浪墙、下游侧设栏杆，高度1.2 m，右岸与永久上坝公路连接，左岸与料场上坝公路连接[3]。结合基础灌浆、大坝监测具体要求，并充分考虑坝体碾压层厚、施工间歇期的安排和防渗帷幕灌浆孔的分段等外界因素，在1347.00 m高程设置廊道作为基础灌浆廊道，右岸沿坝基面上升至1377.0 m高程，左岸沿坝基面上升至1378.0 m高程。廊道为城门洞形，尺寸为3 m×3.5 m（宽高），帷幕灌浆采用垂直灌浆孔。

大坝为4级建筑物，重力坝按30年一遇洪水设计和200年一遇洪水校核的控制工况确定坝顶高程。根据调洪计算结果，大坝设计洪水位为1393.86 m，校核洪水位为1394.50 m，正常蓄水位为1392.00 m。

根据规范，坝顶防浪墙顶高程=水库静水位＋Δh，其中Δh为防浪墙顶距水库静水位（正常蓄水位或校核洪水位）的高度，Δh主要按照下述公式确定：

Δh=h1%+hz+hc

式中：h1%：波浪高（m），按规定公式计算；hZ：波浪中心线至水库静水位高差（m）；Hc：安全超高（m）。

本工程大坝安全级别为4级，正常蓄水位和校核洪水位下分别取0.3 m、0.2 m，防浪墙高度通常选择1.2 m。坝顶高程计算成果见表2。取大坝坝顶高程为1394.24 m。

表2 坝顶高程计算结果表

3.1.2 坝体

大坝排水系统包括坝身排水孔及坝基排水孔。坝基排水孔设于1347.00 m高程大坝帷幕下游侧、廊道下游侧，沿排水沟布置，钻孔深度为帷幕深度的0.5倍，钻孔倾向下游，倾角10°，排水孔间距均为3 m，孔径100 mm；坝身排水引入1347.00 m高程廊道内，汇入集水井，通过水泵抽水排至下游河道。排水孔需在固结灌浆、帷幕灌浆实施完成后进行钻孔，施工过程中严禁水泥浆及杂物串入排水孔内，堵塞排水通道。施工完成后，需对排水钻孔出口处进行清理，以保证排水通道畅通。

3.2 大坝标准剖面拟定

碾压混凝土重力坝断面设计重点根据《混凝土重力坝设计规范》（SL 319－2016），以材料力学法和刚体极限平衡法[4]计算成果来准确确定坝体断面。设计断面需要满足坝体及坝基的稳定和应力控制条件要求。

结合《混凝土重力坝设计规范》（SL 319－2016）规定，坝体基本断面呈三角形。坝体上游坝坡优化范围定为0～0.20，下游坝坡的优化区间为0.6~0.8之间。结合坝坡结构特点选择断面优化参数，准确计算出坝坡的具体高程数值，并结合相关单位宽度，准确计算出坝体断面的设计参数。

最后拟定坝体基本断面参数：上游面1370.00 m高程以下坡度1∶0.2，1370.00 m高程以上为铅直面；下游坝坡1∶0.8，起坡点高程为1388.57 m；溢流坝段剖面参照挡水坝段剖面拟定。大坝标准剖面图见图1。

图1 大坝标准剖面图

3.3 坝体分缝、止水设计

3.3.1 坝体分缝

大坝混凝土分缝应根据坝基条件、结构布置、施工浇筑条件以及混凝土温度控制等因素要求确定。

该工程坝体为碾压混凝土坝，不设纵缝。诱导缝及横缝根据碾压混凝土的特点设置，参照工程经验，具体分缝为：坝0+033.414、坝 0+063.414、坝 0+073.414、坝 0+088.914、坝0+107.914、坝0+127.914处，坝体共分7个坝段，长度为20 m～35 m。诱导缝采用切缝机切缝，切缝面积为缝面面积的2/3。大坝在横缝处分左右两个仓面通仓碾压施工。因为坝体上游面的面积比较大，寒潮袭击等一系列因素，使得表面混凝土降温收缩，产生一定的拉应力，极易出现混凝土裂缝，应对混凝土表面采取良好的保温保湿措施。

3.3.2 坝体止水

上游坝面横缝内全部设置2道“U”型紫铜片止水[5]，其中，第一道止水与上游坝面相距1 m，止水片之间距离全部为0.75 m；溢流坝下游溢流面横缝内部设置铜片止水一道，止水片与坝面之间的距离为1 m；穿过溢流坝中部施工横缝的廊道周边应全部设置塑料止水。

4 结语

水库通常由挡水坝、溢流坝、升压站等组成，设计中应根据工程规模确定工程等级、防洪设计标准，分析计算挡水建筑物的坝顶高程，确定挡水坝结构尺寸。通过对后箐水库挡水建筑物大坝结构设计进行分析，如坝顶及坝体布置要点、大坝标准剖面拟定、坝体分缝、坝体混凝土分区等，提升了大坝结构设计的合理性与稳定性，为水库后期的安全管理与运行提供了安全保障。