阿当水库大坝枢纽布置及设计计算

姜应红

摘 要：根据阿当水库坝址地形地质勘探揭露成果，围绕坝型地形地质适应性、枢纽布置合理性、坝基防渗处理、枢纽工程占地及节省投资等关键技术问题进行深入研究。优选的埋石混凝土重力坝坝型，具有良好的技术可行性和经济优越性，可为工程顺利施工建设提供重要技术保障。

关键词：阿当水库;坝型比选;坝顶高程;抗滑稳定;应力计算

中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）22-0089-03

The Layout and Design Calculation for Gravity Dam of Adang Reservoir

JIANG Yinghong

Abstract： According to the results of topographic and geological exploration of Adang reservoir dam site， the key technical problems such as adaptability of dam type topography and geology， rationality of hub layout， seepage control treatment of dam foundation， occupation of land and investment saving of key projects were studied in depth. The optimized dam type of buried rock concrete gravity dam has good technical feasibility and economic superiority， which can provide important technical guarantee for the smooth construction of the project.

Keywords： Adang reservoir;dam type comparison;dam crest elevation;anti-sliding stability;stress calculation

1 工程概况

阿当水库工程枢纽区位于安龙县栖凤街道办事处平寨村，距离安龙县约14km，距离兴义市76km。水库所在河流洒米河属于珠江流域南盘江水系二级支流，坝址以上集水面积14.3km2，多年平均径流量785万m3，工程是以木咱镇集镇供水和栖凤街道办事处农村安全饮水以及灌溉供水的综合性水利工程。水库正常蓄水位为1 340.00m，设计洪水位为1 341.84m，校核洪水位为1 342.63m，水库总库容356万m3，兴利库容245万m3，死库容35万m3，为多年调节水库。工程等别为Ⅳ等，工程规模为小（1）型。

2 工程地质条件及坝型比选

2.1 工程地质条件

阿当水库坝址处河谷呈不对称宽“V”字型，左、右岸均较陡，河谷形态完整性较好。坝址区主要出露三叠系中统关岭组（T2g1）薄至中厚层灰色、深灰色白云岩及泥质白云岩。坝区为单斜构造，岩层总体倾向河流上游偏左岸，岩层产状120°～125°∠10°～12°。坝址裂隙较发育，经统计较明显、规律较强的主要裂隙有以下两组：①产状走向230°～265°，倾向SE，倾角80°，裂面浅部张开0.5～2cm，泥质岩屑充填，深部闭合，地表可见延伸长0.3～1.2m，发育频率3～4条/m;②产状走向105°～170°，倾向NW，倾角85°，裂面浅部张开0.1～1.0cm，泥质岩屑，深部闭合，地表可见延伸长0.2～0.8m，发育频率2～3條/m。坝址区弱风化岩体中：泥质白云岩强度较高，岩块饱和抗压强度一般大于30MPa，强度较高，属中硬岩类。

2.2 坝型比选

根据坝址的地形地质条件和当地建筑材料的供应条件[1]，坝址可修建柔性坝和重力坝。由于当地泥质白云岩大面积出露，开采较方便，因此，坝型选择埋石混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝两种坝型进行比较，优选与工程实际相匹配的坝型。

①地形地质条件适应性：坝址地形、地质条件具备修建埋石混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝的条件，但由于没有合适的垭口布置溢洪道，混凝土面板堆石坝的溢洪道需要在岸坡开挖形成，相对而言，埋石混凝土重力坝适应性较好。

②枢纽工程布置：对于埋石混凝土重力坝，枢纽布置较紧凑，溢洪道、取水兼放空管分别布置于坝体中部、右坝段，均集于坝体一身;对于混凝土面板堆石坝，溢洪道布置于右岸坡，取水兼放空隧洞布置于左岸山体内，各建筑物的布置相对独立、分散。两种方案布置各有所长。

③施工条件：坝址场地开阔、有简易公路通达，对于两种坝型来说，施工条件均较好。由于筑坝材料和枢纽布置的不同，其施工方式、施工技术也有所不同，但两种坝型均为成熟坝型，施工技术和施工方法均安全可靠，并无难度，两种坝型施工条件基本相当。

④工程占地：埋石混凝土重力坝的枢纽布置较紧凑，占地共7 500m2，未侵占基本农田;混凝土面板堆石坝的坝体断面较大，占地共19 500m2，其中侵占基本农田约6 586m2。从工程占地来看，埋石混凝土重力坝方案优于混凝土面板堆石坝方案。

⑤工程量及投资：混凝土面板堆石坝体断面较大，其工程量较大，埋石混凝土重力坝断面相对较小，其工程量也较小;埋石混凝土重力坝方案枢纽工程的投资为5 832.75万元，混凝土面板堆石坝枢纽工程的投资为5 952.03万元，埋石混凝土重力坝比混凝土面板堆石坝少119.28万元。

埋石混凝土重力坝枢纽布置较紧凑，施工条件较好，施工工期较短，不占用基本农田，有利于尽早发挥工程效益，且工程投资较少，技术经济性较优。因此，经综合对比分析后，优选埋石混凝土重力坝坝型。

3 埋石混凝土重力壩枢纽布置设计

埋石混凝土重力坝枢纽布置方案为C15埋石砼重力坝+坝顶溢洪道+坝内取水兼放空管。

3.1 挡水建筑物

埋石混凝土重力坝轴线成直线布置，方位角为N17.40°W，坝顶长174m，顶宽5m。大坝由溢流坝段和非溢流坝段组成，非溢流坝段总长156.00m;溢流坝段布置在大坝中部，总长18m。坝顶高程1 344.00m，建基面高程1 307.00m，最大坝高37m，上游面1 320.0m高程以上铅直，上游面1 320.0m高程以下坝坡m=0.20，下游坝坡m=0.70，起坡点高程1 337.00m。坝体材料采用C15埋石混凝土填筑，根据防渗需要，上游迎水面采用C20二级配防渗混凝土，厚度为1.0m;坝基设1.0m厚C15常态混凝土垫层，下游采用C15防渗混凝土，厚0.5m。

3.2 泄水建筑物

溢洪道布置于坝顶中部，桩号为坝0+099.00m～坝0+117.00m，为无闸溢洪道。溢洪道堰顶高程为1 340.00m，每孔净宽7.5m，共设2孔，溢流前沿总净宽15.0m。溢流面采用C30钢筋混凝土结构，两侧设C30钢筋混凝土导墙。溢流堰面上游采用椭圆曲线，长轴半径为0.5m，短轴半径为0.3m，下游采用WES曲线，方程为[Y=0.28X1.85]。溢洪道采用底流消能，消力池长18m，宽16m，池深2.1m，底高程1 314.20m，出口设大块石海墁。

3.3 取水兼泄洪放空隧洞

取水兼放空管布置在右坝段坝0+097.25m处，进口为塔式取水口，底板高程为1 323.00m，喇叭型进口，进口布置有检修闸门竖井，设置1.5m×1.5m（宽×高）事故检修闸门及相应的启闭设备;考虑到水库放空的需要，在闸门前设置活动式拦污栅，拦污栅设置在取水口进口洞喇叭口处，拦污栅尺寸为2.5m×2.0m（宽×高），底槛高程为1 323.00m;取水口后接压力管道，管道中心高程为1 323.75m，直径为1 000mm，管道外用C20钢筋混凝土包裹;管道出口设直径1.0m放空闸阀、0.8m的供水闸阀、0.1m的环境水闸阀各一个，水流直接泄入溢洪道消力池。

4 设计计算

4.1 坝顶高程计算

大坝为4级建筑物，埋石混凝土重力坝按30年一遇洪水设计和300年一遇洪水校核的控制工况来确定坝顶高程。根据调洪计算成果，阿当水库设计洪水位为1 341.84m。校核洪水位为1 342.63m，吹程D=0.6km，多年平均最大风速为15.7m/s。根据《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018）要求[2]，防浪墙顶高程=水库静水位+[Δh]，其中[Δh]为坝顶距水库静水位的高度，[Δh]由式（1）确定，并选高者作为选定高程：

[Δh=h1%+hz+hc]                        （1）

代入各参数，坝顶高程计算结果如表1所示。

由表1可知，坝顶高程由校核洪水位情况控制，最终取坝顶高程为1 344.00m。

4.2 大坝稳定及应力计算

4.2.1 荷载组合。抗滑稳定和应力计算的荷载组合分基本组合和特殊组合两种，结合本工程实际，本工程考虑三种荷载组合，即基本组合1：自重+正常蓄水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力;基本组合2：自重+设计洪水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力;特殊组合1：自重+校核洪水位及相应下游水位+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力。

4.2.2 坝体抗滑稳定计算。坝体抗滑稳定按抗剪断强度公式计算，坝体抗滑稳定计算结果如表2所示。

由表2可知，溢流坝段及非溢流坝段抗剪断安全系数[K′]均满足规范要求。

4.2.3 坝体应力计算。坝体应力计算采用材料力学法计算，根据《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018）的规定，坝体应力计算结果如表3所示。

埋石混凝土容许压应力基本组合为4.3MPa，地基容许承载力2.8～3.5MPa。由表3计算结果可知，应力计算结果和地基承载力满足要求。

5 结论

①阿当水库封闭条件总体较好，但左右岸局部山体单薄，左右岸均存在低邻谷渗漏问题，坝基（肩）存在风化带裂隙性绕坝渗漏，需作帷幕灌浆处理。库岸稳定性总体较好，不存在危害性淹（浸）没问题，具备成库条件。

②坝址地形、地质条件具备修建埋石混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝的条件。经地形地质适应性、枢纽平面布置、施工条件、工程占地和工程投资等因素综合对比分析，优选埋石混凝土重力坝坝型方案。

③根据《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018）规范要求，结合气象条件和调洪成果进行设计计算，确定坝顶高程为1 344.00m，坝段抗剪断安全系数、坝体应力及地基承载力满足规范要求。

参考文献：

[1]唐瑜，刘侠，曾勇.高山峡谷区水电枢纽布置比选研究[J].水电站设计，2014（3）：12-15.

[2]中华人民共和国水利部.混凝土重力坝设计规范：SL 319—2018[S].北京：中国水利水电出版社，2018.