镇远县金盆水库大坝坝型比选

周义波，刘 茂

（贵阳市水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002）

1 工程概况

金盆水库位于贵州省镇远县西北部的羊场镇，距镇远县主城区35 km，距羊场镇2.6 km，场区交通方便。水库所在流域大江河为沅江水系龙江河右岸一支流，主要任务是羊场镇城镇生活供水和灌溉用水，是《贵州省乡乡有稳定供水水源工程规划》（2016～2020），中明确的重点水源工程之一。水库坝线以上流域集水面积1.58 km2，主河道长1.90 km，河道平均坡降60.8‰。多年平均径流量94.8万m3，多年平均流量0.03 m3/s。水库校核洪水位924.22 m，总库容51.2万m3，正常蓄水位922.00 m，相应库容39.3万m3，最大坝高28 m，坝轴线长101 m。工程建成后，规划年总供水量为62.3万m3，其中：羊场镇1万居民生活用水量47.2万m3（P=95%），下游713亩耕地灌溉用水量15.1万m3（P=80%）。该水库工程等别为Ⅴ等，工程规模系小（2）型。

2 地形地貌及水文地质条件

坝址段河流流向为N69°E，为近对称的宽缓浅切“V”型河谷，较平直。坝线河床最低处高程为902.25 m，天然河道过流宽度2 m～5 m，河水深0.2 m～0.5 m，河谷比降约2%。坝址河谷高程902.25 m～907.74 m，河谷底宽约33 m。河谷高程922 m时，河谷宽度86 m，宽高比为4.3∶1.0。坝址处地层岩性主要为寒武系中统高台组（∈2g）的白云岩夹鲕粒白云岩及泥质白云岩。岸坡较陡处出露基岩，岸坡平缓处及左岸垭口地带覆盖粘土层；河床未见出露基岩，覆盖第四系（Q）砂卵砾石夹块石层及粘土层。

坝址区岩体中主要的结构面为裂隙面和岩层面，无断裂性构造分布。坝址地层单一，为高台组（∈2g），岩层倾向左岸略偏上游，产状N46°～60°E /SE∠10°～28°，河谷为纵向谷，走向N69°E，河床段河流与岩层的走向交角为9°。坝址裂隙面多平直光滑，未见错动痕迹，部分裂隙面粗糙较起伏。裂隙面表层至强风化带裂隙面多受风化影响夹泥或无充填，张开1 mm～6 mm不等。经钻孔揭露，向深度发展，弱风化层裂隙多数张开较小至闭合，普遍0～2 mm，且均为方解石充填，深部裂隙未发现泥质充填现象。

3 坝型选择及枢纽布置

3.1 适宜坝型分析

根据选定的下坝线选择适宜的代表坝型进行比选。根据坝区地形地貌及地层岩性，左坝肩峰顶高程932.81 m，高于河谷30.6m，河谷至峰顶坡度16°～32°。左岸坡存在负地形垭口，垭口高程925.03 m，左岸地形平缓，坡度2°～ 12°，左岸坡峰顶高程937.49 m。右坝肩峰顶高程955.00 m，高于河谷52.75 m，右坝肩地形坡度45°，岸坡地形坡度4°～19°。右坝肩山体较雄厚，不存在垭口地形。两岸地形坡度总体为32°～45°，左岸相对高差22.3 m～30.6 m，右岸相对高差52.75 m，坝址高程902.25 m～955.00 m。

左岸地形较单薄存在地形垭口，总体地形不完整。岩体质量分类上为较硬岩，并夹软质岩，岩层较不均一。据现场裂隙调查及钻孔声波、孔壁摄影揭示，坝址岩体较破碎。

综上，该坝线不具有建设拱坝的地质地形条件，因此只能建刚性坝及当地材料坝，综合以上条件本阶段拟选择C15砼埋石重力坝和面板堆石坝进行比较。

3.2 C15砼埋石重力坝方案

工程主要建筑物有：C15砼埋石重力坝+右岸取水兼放空底孔+坝顶溢洪道+左岸垭口截流墙。大坝正常蓄水位922.00 m；设计洪水位923.75 m，设计洪水标准为30年一遇（P=3.33%）；校核洪水位924.22m，校核洪水标准为200年一遇（P=0.5%）。工程平面布置见图1。

图1 重力坝方案枢纽平面布置图

3.2.1 大坝C15砼埋石重力坝

大坝河床段建基面高程897.00 n，坝轴线方位角NE159°，坝顶宽为4.0 m，坝顶高程925.00 m，最大坝高28 m，坝顶长度101.0 m。

上游防渗面板为C25的二级配常态混凝土，908.00 m高程以下厚0.8 m，908.00 m高程以上厚为0.5 m，抗冻等级F50，抗渗等级W6；基础设置1 m厚的三级配C15常态混凝土垫层（90天龄期）。坝体设置7条横缝，间距15 m～20 m宽。均在横缝上游侧防渗面板处设置一道铜片止水，止水铜片厚1.2 mm，铜片两侧埋入混凝土内的长度均为25 cm。

坝基基础处理采用固结灌浆，固结灌浆孔按梅花型布置，孔排距为3 m，固结深度暂按6 m计算，初拟固结灌浆范围2442 m2，固结灌浆孔268孔，进尺约1608 m。

防渗帷幕线沿坝中心线布置，两岸向山内延伸与地下水位连接，防渗帷幕线长682 m。预计防渗面积约18416 m2，总进尺14483 m，有效进尺10858 m。

3.2.2 C15砼截流墙

截流墙位于左岸垭口处，该垭口地面高程约925.00 m。该处覆盖层厚约5.0m，截流墙中心线同大坝帷幕灌浆线布置一致，截流墙顶高程925.00 m，基础勘岩1.0 m，基础高程为919.00 m；截流墙最大高度为6.0 m，截面设计为矩形，墙厚2.0m，采用C15三级配常态混凝土浇筑，抗冻等级F50，抗渗等级W4。截流墙中心线长度为56.0 m，设三条伸缩缝，伸缩缝上游侧各设一道铜片止水。

3.2.3 坝顶溢洪道

大坝溢洪道布置在河床靠左岸坝段，溢流坝段长6 m，桩号坝横B0+054.0至横B0+060.0，采用单孔布置，净宽为4.0 m。设计为开敞式无闸门表孔自由溢流，堰顶高程922.00 m，堰型设计为实用堰（WES型），消能方式采用底流消能，反弧段半径为8.0 m，圆心角53.13°，消力池底板高程为899.50 m，消力池宽4.0 m，长14.0 m。溢洪道及消力池底板及侧墙均采用C30的钢筋混凝土浇筑。

3.2.4 取水兼放空底孔

根据坝址处地形地质条件，结合供水情况，且受水区在大坝下游，因此将取水及放空建筑区布置在大坝右岸。该水库库容量不大，为节约投资和方便管理，将取水及放空底孔合二为一，布置如下：

取水兼放空底孔中心线桩号为B0+028，参照类似工程经验，取水建筑物设计为两层取水，上层取水口进口底板高程为916.00 m，底层取水口进口底板高程为906.00 m。进口均为喇叭形布置，进口尺寸为2.8 m×1.4 m（宽×高），进口段边墙圆弧半径为0.5m，进口段后设有拦污栅，闸槽尺寸为1.8 m×1.4 m（宽×高）。拦污栅后接事故检修闸门，该段取水孔顶曲线和边曲线采用椭圆曲线，经顶曲线和边曲线渐变后取水孔尺寸渐变为1.0 m宽×1.4 m高，取水孔在与大坝连接处开始由矩形断面渐变为圆形断面，渐变段长3.0 m，渐变段后接DN600 mm钢管。坝体部分取水管采用C20二级配混凝土包管，厚50 cm。在大坝下游设一根DN50的生态水下放管，接入消力池，在取水管Q0+035.00处设叉管，分叉一根DN600的放空管，接入消力池，分叉一根DN300的供水管用作人畜饮水和一根DN200的灌溉供水管。

3.3 面板堆石坝方案

面板堆石坝方案拟定为：主坝面板堆石坝+左岸垭口溢洪道+右岸导流兼放空取水隧洞。

3.3.1 大坝

在面板坝方案中大坝按30年一遇洪水设计（P=3.33%），300年一遇洪水校核（P=0.33%）。设计面板堆石坝坝轴线方位角为NW21°，坝顶高程924.00 m，防浪墙顶高程为925.20 m，河床趾板建基面高程为896.00 m，最大坝高28.0 m，坝顶轴线长为98.0 m。根据规范并结合大坝施工、运行及构造要求，坝顶路面宽度设计为5.0 m，加上上、下游防浪墙厚度，即坝顶总宽度为5.7 m。上、下游坝坡设计均为1∶1.4，上游钢筋混凝土面板设计为0.4 m等厚；下游坝坡908.30 m高程设一级马道，马道宽2.0 m。混凝土趾板置于弱风化岩体上部，厚度为0.5 m，宽度为6.0 m，趾板及907.00 m以下面板设有上游铺盖及盖重堆石区。面板下游依次为垫层区（水平宽3.0 m）、过渡区（水平宽4.0 m）、主堆石区、下游次堆石区、下游堆石排水区及下游护坡，下游干砌石护坡为0.5 m厚。堆石材料均应采用料场开挖的新鲜的厚层石料填筑。

3.3.2 溢洪道

溢洪道布置于左岸垭口处，由控制段（宽顶堰）、泄槽段、反弧段及消力池段组成。溢流堰堰顶高程922.00 m，为宽顶堰，溢流堰净宽为4 m，等宽度布置，过流断面为矩形。堰顶上设置5 m宽单跨交通桥。溢洪道总长度160.0 m。溢洪道底板及侧墙均采用C30钢筋混凝土浇筑。

3.3.3 导流兼取水隧洞

导流兼取水隧洞总长120.0 m，洞线平面布置设有一个转弯段，半径为10 m。前期导流洞为无压的城门洞型，断面尺寸为2.0 m（宽）×2.0 m（高），进口底板高程905.5 m，进口段待下闸蓄水前进行封堵兼作无压取水隧洞。取水隧洞的设计同C15砼埋石重力坝方案的取水兼放空底孔设计。

4 坝型比选结论

金盆水库是羊场镇重要的人畜饮水及灌溉水源之一。根据选定坝线的地形、地质条件，经过对代表坝型重力坝和面板堆石坝的整体布置设计和详细的论证比较，及投资情况分析，重力坝坝区枢纽土建部分主要工程量投资为2438.24万元，面板堆石坝坝区枢纽土建部分主要工程量投资为2523.31万元，重力坝坝区投资概算优于面板堆石坝坝区枢纽枢纽投资85.07万元。综上，优选技术合理、经济优越的C15埋石重力坝作为代表坝型。