箐頭水庫自密實混凝土重力壩優化設計研究

徐言志

摘 要：根據箐頭壩址區水文地質條件及重力壩樞紐布置，本文結合《混凝土重力壩設計規范》（SL 319—2018），計算確定了大壩壩頂高程。大壩抗滑穩定及壩體應力分析結果表明，設計優選的重力壩方案能滿足規范相關指標要求，確保了工程施工的高效優質性。

關鍵詞：重力壩;抗滑穩定;壩體應力;箐頭水庫

中圖分類號：TV642.4文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）14-0067-02

Study on Optimal Design of Self-compacting Concrete Gravity Dam of Qingtou Reservoir

XU Yanzhi

（Guizhou Xinzhongshui Engineering Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550001）

Abstract： According to the hydrogeological conditions of the Qingtou dam site area and the layout of the gravity dam， this paper combined with the "Specifications for Design of Concrete Gravity Dam" （SL 319-2018）， calculated the height of the dam crest. The anti-sliding stability of the dam and the stress analysis results of the dam body show that the designed and optimized gravity dam scheme can meet the relevant index requirements and ensure the high efficiency and high quality of the project construction.

Keywords： gravity dam;anti-sliding stability;dam body stress;Jingtou Reservoir

箐頭水庫位于普安縣江西坡鎮高潮村王家院，所在河流為北盤江三級支流冷水河。壩址集雨面積為5.8 km2，水庫總庫容為154萬m3，興利庫容為100 m3。設計洪水位為1 371.17 m，正常蓄水位為1 369 m。壩型為自密實混凝土重力壩，最大壩高為57 m，工程為Ⅳ等小（1）型工程。工程任務主要為普安縣高棉鄉全鄉6個村共19 825人（規劃年）提供生產、生活用水，同時解決周邊706.13 hm2耕地灌溉用水難題。

1 壩址地質條件

壩址河谷呈不對稱的V形，河道總體流向為N6°E，壩址河床高程為1 325～1 337 m，河道寬為2～4 m，臨右岸發育一級階地，階地內有鄉村公路接通，高程為1 335.7～1 337.8 m，寬為10～30 m，左岸底部發育一級階地，階地高出河床2～3 m，寬為5～15 m。兩岸均為山脊地形，正常蓄水位為1 375.0 m，抬高水頭為46 m，河谷寬為101 m，寬高比為2.2。壩址第四系覆蓋層廣布，出露的地層巖性為：二疊系上統龍潭組第二段第二層（P2l2-2）泥質砂巖、砂巖與砂質泥巖呈不等厚互層分布;龍潭組第二段第一層（P2l2-1）中厚至厚層泥質砂巖;龍潭組第一段（P2l1）泥巖、砂質泥巖夾灰巖及煤10～20層，其頂部為一厚1.5～3.0 m的灰巖。基巖面以下強風化厚度左岸為7～12 m，河床為4～6 m，右岸為7～13 m。壩址未見較大構造通過，巖層呈單斜狀，巖層產狀穩定，產狀為320°～340°∠10°～15°，巖層總體傾下游偏左岸。存在淺部裂隙性壩基（肩）繞壩滲漏問題，須做防滲處理。地下水以基巖裂隙水形式存在，強風化帶為強透水層，弱風化帶為弱透水至相對隔水層，地下水位主要分布于弱風化帶，屬于補給型河谷。

2 自密實混凝土重力壩結構布置

大壩樞紐由C15自密實混凝土堆石重力壩+壩頂溢洪道+左岸取水兼放空建筑物組成。

2.1 擋水建筑物

大壩為C15一級配自密實混凝土堆石重力壩，壩軸線方位為N86.82°W。壩頂高程為1 373.00 m，建基面最低高程為1 322.00 m，最大壩高為51.00m，壩頂寬度為5.0 m，壩頂長為117.50 m，分為左、右岸非溢流壩段和河床溢流壩段。左岸非溢流壩段長為57.5 m，右岸非溢流壩段長為48.00 m，河床溢流壩段長為12.00 m。大壩非溢流壩段，上游壩坡在高程1 342.00 m以上垂直，以下壩坡坡度為1.0∶0.2，下游壩坡坡度為1.0∶0.8，折坡點高程為1 368.50 m。壩體從上游至下游分別為：C25鋼筋混凝土防滲面板、C15自密實混凝土堆石。壩內設有基礎灌漿排水廊道。

2.2 溢洪道

溢流表孔布置于壩身河床段（壩0+057.50～壩0+069.50），采用壩頂開敞式泄流，采用單孔泄流，首端泄槽凈寬為10.00 m，進入泄槽段后收縮為8 m，堰頂高程為1 369.00 m。溢流堰面曲線堰頂上游端采用橢圓曲線，下游采用WES曲線。出口采用底流消能，消力池長為30.00 m，寬度為8.00 m，底板高程為1 325.50 m。消力池底板采用固結灌漿及錨桿加固，采用排水孔進行排水，溢流面混凝土均采用C35鋼筋混凝土。

2.3 取水兼放空系統

取水兼放空建筑物采用壩身布置方案，采用井筒式取水方式，取水兼放空建筑物位于大壩左壩段（壩0+054.75），進口底板高程為1 348.00 m，取水口進口由攔污柵、喇叭口、事故閘門井，通氣孔、漸變段等建筑物組成。

3 自密實混凝土重力壩結構優化設計計算

3.1 壩頂高程確定

根據調洪計算成果，大壩設計洪水位為1 371.17 m，相應下游設計洪水位為1 331.69 m;校核洪水位為1 371.81 m，相應下游設計洪水位為1 332.24 m;正常蓄水位為1 369.00 m。根據《混凝土重力壩設計規范》（SL 319—2018），壩壩頂高程=水庫靜水位+[Δh][1-2]。計算得各工況條件下壩頂高程成果，如表1所示。

由表1可知，壩頂高程由校核洪水位工況控制，不低于1 372.96 m，選定壩頂高程為1 373.00 m。

3.2 大壩抗滑穩定及壩體應力計算

3.2.1 抗滑穩定計算基本參數。壩體混凝土容重采用24 kN/m3;混凝土與基巖層面的抗剪斷參數取為f′=0.70，c′=0.52 MPa;淤沙按50年淤積高程1 346.52 m計算，淤沙浮容重為0.8，內摩擦角15°。

一是水庫正常蓄水位，上游水位為1 369.00 m，對應下游水位為1 329.10 m;二是設計洪水位，上游水位為1 371.17 m，對應下游水位為1 331.69 m;三是校核洪水位，上游水位為1 371.81 m，對應下游水位為1 332.24 m。

3.2.2 大壩穩定及應力計算。根據《混凝土重力壩設計規范》（SL 319—2018），采用安全系數法對大壩應力及穩定進行計算，計算成果如表2所示。

由表2可知，C15混凝土的極限抗壓強度為15.0 MPa，對于混凝土抗壓安全系數來說，基本組合為4.0，特殊組合為3.5，則混凝土容許壓應力基本組合為3.75 MPa，特殊組合為4.29 MPa;地基容許承載力為2.0～3.5 MPa。由表2計算成果可知，應力計算成果和地基承載力滿足規范要求。

4 結論

箐頭水庫壩址區河谷呈不對稱的V形，左、右岸總體為陡坡地形。壩址未見較大構造通過，巖層呈單斜狀，巖層產狀穩定。為確保水庫樞紐建筑物具有較高的安全可靠性，在擋水大壩整體布置和結構計算中進行了詳細論證分析，設計優選的自密實混凝土重力壩設計方案，其壩頂高程、大壩抗滑穩定及壩體應力計算成果均滿足設計規范要求，為工程施工建設提供重要設計技術保障。

參考文獻：

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