蔡俄堡水源地擋水建筑物設計探討

劉麗君

(遼寧省水文局，沈陽 110043)

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蔡俄堡水源地擋水建筑物設計探討

劉麗君

(遼寧省水文局，沈陽 110043)

蔡俄堡水源地擋水建筑物建成后，改變了天然河道的水文情勢，變成了人工控制的河道徑流，對上、下游水文特性必然產生影響。上游河流水位在壩前壅高后，產生一定范圍的回水，形成水源地水文特性。水源地的調蓄作用可削減洪峰，減輕下游防洪負擔，同時，水源地主要任務是擔負下游用水，故改變了徑流的年內分配特性，可增加枯水流量、枯水期水位，對枯水期河道水質具有改善作用。

水源地;壩址及壩線;擋水建筑物；必要性

1 自然條件及社會經濟狀況

蔡俄堡水源地工程位于桓仁滿族自治縣鏵來鎮，工程區位于渾江流域大二河支溝油瓶溝內。鏵來鎮地處桓仁縣西部，距縣城40 km，距本溪市區140 km，瀕臨本桓公路。該地區東鄰二戶來鎮，南隔佛頂山與八里甸子鎮相接，西以丫頭嶺為界與撫順新賓滿族自治縣大四平鎮接壤，北與鏵尖子鎮相鄰。工程區有村級路相通，交通十分便利。地勢西南高，東北低，平均海拔高程530m。境內山體縱橫。該地區屬溫帶季風型大陸性氣候，冬季寒冷干燥，夏季濕熱多雨，年降水量860mm，年均氣溫5.8℃，無霜期120d。風向冬季西北風，夏季東南風。

渾江流域屬溫帶季風型大陸性氣候。冬季寒冷干燥，夏季濕熱多雨。流域內多年平均氣溫6.3℃左右。一月最冷，實測最低氣溫達-37℃；7-8月氣溫最高，最高氣溫達42℃。流域內多年平均降雨800-1000mm，降雨年內分配極不均勻，7-8月份降雨量占全年50%以上。流域內多年平均蒸發量800-1100mm。實測最大風速16m/s，相應風向為NW，最大凍土深度達1.40cm。

鏵來鎮下轄5個村委會：木盂子、暖河子、蔡俄堡、高儉地、仙人洞，人口1.30萬人，多為農業人口。轄區面積146km2，其中耕地面積933hm2。當地農村人均占有耕地0.08hm2，種植水稻是該地區農村經濟的主要支柱產業，年人均收入2300元左右。

2 水源地建設的必要性

蔡俄堡村農村飲水困難，工農業經濟發展滯后，為了解決當地人民生活及生產用水問題，提高當地人民群眾的生活水平，促進工農業發展，增加群眾的收入，桓仁縣滿族自治縣移民局擬在蔡俄堡村境內建設供水水源工程。蔡俄堡水源地工程主要任務是解決當地居民的生活用水，同時兼顧農業灌溉用水。該工程建成后，使當地2300人生活用水得到了保障，其中受益移民人口822人，增加水田灌溉面積20hm2，徹底解決了當地生活及生產用水問題，為該地區經濟的持續發展奠定了基礎，有利于該地區全面小康社會的建設。

3 壩線、壩型的選擇及工程總體布置

3.1 壩址及壩線的選擇

由于水庫所在壩址以上集雨面積僅為5.79km2,河長也僅約3.86km，除去下游開闊地帶，又要保證足夠的集水面積，外壩線可比選的范圍不大。本次設計通過查看萬分之一地形圖及現場查勘實測圖，本次設計本著合理設計、節約投資的原則，并結合當地建筑材料情況，選定壩址位于蔡俄堡村上游3km處、油瓶溝溝口，壩軸線坐標右岸B1點為：X=78695.90，Y=15674.04；壩軸線坐標左岸B2點為：X=78777.40，Y=15554.11。

根據地勘報告和現場料場調查，壩址附近及庫區內有大量的沖洪積砂礫石料及碎石土料，在庫區上下游總長約500m，寬約60-140m的條型地帶，采用挖掘機開挖，深度3-4m，砂礫石料儲量為10萬m3,水上部分碎石土儲量約為12萬m3，質量滿足筑壩要求；壩址附近無可做均質壩的壤土或砂壤土，缺少做黏土心墻的黏土土料。

根據料場情況，并結合選定的壩線地形和地質情況，該方案壩頂全長145m,其中擋水壩段頂長131.40m，擋水壩頂高程498.10m，壩頂寬度5m，最大壩高18.22m；筑壩料采用砂礫石料，壩體上游坡坡比1∶2.5，下游坡比1∶2.5；壩體防滲采用鋼筋混凝土面板，面板厚度300mm；基礎防處理采用固結灌漿，固結灌漿深度5m；基礎防滲采用帷幕灌漿,帷幕灌漿深度至相對不透水層為單位吸水率小于5Lu。泄水建筑物采用壩頂溢流方式，溢流壩段布置在壩頂中部，樁號0+34.70-0+51.30，溢洪道堰頂高程497.00m，溢流堰共2孔，凈寬14m，中墩厚0.6m,邊墩厚0.8m。溢流堰采用3×7m(高×長)水力自控翻板閘，堰頂長10.5m，堰體下游緊接陡槽，陡槽凈寬15m,采用“U”型鋼筋混凝土結構，底板厚0.4m，下設0.1m厚混凝土墊層。陡槽出口采用挑流消能，挑流坎基礎坐落在巖面下1.5m處，挑流坎坎下設10m長、0.5m厚鐵絲石籠護底。輸水工程布置在大壩右岸，由滲渠、供水管和放空管組成，滲渠長50m，供水管、放空管均采用壩下溝埋式，管道均DN315PE管，供水管全長89.95m，進口高程488.85m，坡降為8%；放空管全長128.64m，進口高程485.50m，坡降為3%；壩下游設置閥門室以控制流量。右岸設上壩公路175.01m，寬4.5m泥結石路面,直達壩頂，大壩左側設置20m寬回車場。

3.2 工程總體布置

蔡俄堡水源地壩軸線座標為：B1點x=78779.03，Y=15551.71；B2點x=78695.85，Y=15674.12。工程由擋水壩段工程、溢流壩段工程、上壩公路工程、輸水工程4部分組成。其中，溢流壩段位于壩體左側，長75.94m，堰頂高程494.00m，堰型采用寬頂堰，堰頂凈寬14m，設2扇水力自控翻板閘門；擋水壩位于溢流壩兩側，全長131.40m，上游面采用1∶2.5的迎水坡，300厚混凝土面板護坡；下游采用1∶2.5的背坡；輸水工程由滲渠和供水涵管和放空管組成，滲渠長50m，涵管采用壩下溝埋式，供水管全長89.95m，進口高程488.85m，坡降為8%，放空管全長128.64m，進口高程485.50m，坡降為3%，管材均采用DN315PE管，壩下游設置閥門室以控制流量。右岸設上壩公路175.01m，壩頂可通車，左側設置20m寬回車場。

4 擋水建筑物

4.1 結構布置和材料

4.1.1 壩頂、壩體布置

擋水壩段全長131.40m，壩頂高程498.10m，寬5.0m，上游側設1.3m高防浪墻，防浪墻露出壩頂0.3m。壩頂交通采用200mm厚泥結石路面，1%橫坡，右側與上壩公路相通。壩體上游采用1∶2.5迎水坡，0.3m厚C25F200W8鋼筋混凝土面板，面板每10m設分縫一道，縫中填塞采用20mm厚L-600接縫板；下游采用1∶2.5的背坡，最大壩高18.22m；輸水工程采用壩下溝埋式，全長218m，管道采用DN315PE管。

4.1.2 壩體防滲布置

為滿足壩體防滲要求，壩體采用鋼筋混凝土面板防滲，面板厚0.3m,底部與混凝土趾板相連接，上部與防浪墻相接；面板止水采用JHZ-1橡膠止水帶，上覆SR柔性填料。

4.1.3 壩體填筑材料

蔡俄堡水源地的筑壩材料，根據現場察勘和地質勘察，選用砂礫料，料場選用了庫區內及壩下游100m處的砂卵礫石。該料場儲量豐富，質量上能夠滿足設計要求，適于筑壩；且運距較短，易于運輸。筑壩材料碾壓后相對密度不小于0.75，其它填筑指標如：碾壓后干密度、孔隙率及碾壓邊數通過現場碾壓試驗確定。

4.2 設計計算

砂礫石面板壩校核洪水標準為200a一遇，設計洪水標準為20a一遇。按《碾壓式土石壩設計規范》(SL274-2001)規定，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，取設計洪水位加正常運用條件的壩頂超高與校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高二者的最大值。壩頂超高計算公式如下：Y=R+e+A

(1)

式中：Y為壩頂超高，m；R為累積頻率為5%的波浪爬高，m；e為最大風壅水面高度，m；A為安全加高，按《規范》規定，4、5級建筑物設計情況下，取0.5m，校核情況下取0.3m。

波浪的平均波高和平均波周期采用莆田試驗站公式計算，即：

ghm/W2=0.13th[0.7(gHm/W2)0.7]th

Tm=4.438hm0.5

(2)

式中：hm為平均波高，m；Tm為平均波周期；s；W為計算風速，正常運用條件下的V級壩，設計風速采用多年平均年最大風速的1.5倍，非常運用條件下，采用多年平均年最大風速，多年平均年最大風速取13.75m/s；D為風區長度，正常運用條件下取258m，非常運用條件下取262m；Hm為水域平均水深，正常運用條件下取4.48m，非常運用條件下取4.68m；g為重力加速度，取9.81 m/s2。

平均波長可按下式計算：

Lm=gTm22πth(2πH/Lm)

(3)

式中：Lm為平均波長，m；H為壩迎水面前水深；m。

計算結果見表1。

表1 平均波長計算表

波浪爬高按下式計算：

(4)

式中：Rm為平均波浪爬高，m；K△為斜坡的糙率滲透性系數，取0.9；KW為經驗系數；m為單坡的坡度系數，取m=2.5。

風壅水面高度按下式計算：

(5)

式中：e為計算點處的風壅水面高度，m；K為綜合摩阻系數，取3.6×10-6；β為計算風向與壩軸線法線的夾角，°。

計算結果見表2。

表2 砂礫石面板壩壩頂高程計算成果表

考慮到大壩沉降，參照同類工程，確定壩頂高程為498.40m。考慮到防浪墻高度0.3m，最后大壩壩頂高程為498.10m。

5 結 語

經計算,擋水壩體安全可靠，防滲面板施工質量易于控制，利用溢流壩段擋水，節省了大量土方開挖。缺點是壩體分區多，作業面相互交叉，壩體和溢洪道施工相互干擾，混凝土防滲面板造價較高。

[1]吳立新.溪口水電站擋水建筑物技術改造的實踐[J].小水電，2009(06)：43-44.

[2]晏成明,周春飛,唐德善.河道擋水建筑物優選的模糊層次綜合評判模型[J].水電能源科學，2009(05)：149-152.

1007-7596(2017)05-0108-02

2017-04-12

劉麗君(1965-)，女，河南鄧州人，工程師，從事水利工程預算等相關工作。

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