高洞水庫混凝土面板堆石壩樞紐布置及結構計算

周茂茜 陳劍偉 劉桂山

關鍵詞：工程地質;混凝土面板堆石壩;安全超高;高洞水庫

1工程概況

高洞水庫位于息烽縣西南部的九莊鎮境內，壩址位于長江流域烏江水系鴨池河河段右岸支流，九莊河上游支流響水河小溪上，壩址處控制流域面積為15.0k㎡。工程主要任務為基本煙田灌溉和農村人畜安全飲水。水庫大壩為混凝土面板堆石壩，水庫正常蓄水位為1133.0m，相應庫容137.0萬m3;死水位為1108.0m，相應死庫容12.3萬m3，調節庫容124.7萬m3，庫容系數20.58%，為Ⅳ等小（1）型年調節水庫。

壩址河段河流流向NW347°，河谷形態為較對稱的“V”型橫向谷，兩岸山頂高程分別為1260m、1280m，比高大于150m。兩岸坡較陡，地形坡角40°-65°，兩岸未見階地發育。河床高程10809-1082m，寬15-20m，設計正常高水位1133m高程谷口寬140-160m，寬高比約2.3-2.6。左、右岸坡為直線型斜坡，下緩上陡，兩岸均未發現大面積不良物理地質現象，天然斜坡穩定。

2工程地質及壩型比選

庫區兩岸山坡較為對稱，總體上呈橫向谷。庫區主要出露三迭系沙堡灣段（T1）泥頁巖、泥質砂巖;玉龍山段（T1）灰、淺灰色厚層塊狀灰巖;夜郎組九級灘段（T1）紫紅色、灰綠色泥頁巖;茅草鋪組第一+二段（T1）青灰色薄至中層灰巖。根據推薦壩址的工程地質及地形條件，結合當地的建筑材料，選擇碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型進行方案比較，比選結果為：①壩線地形條件、壩基工程地質條件對修建拱壩及面板堆積壩各有利弊;②壩線左壩肩下游發育的多層溶洞對拱壩壩肩抗滑穩定及壓縮變形極為不利，地質條件更適宜面板堆石壩;③從建筑材料看，工程區天然建筑材料豐富，質量、儲量均能滿足建壩要求，但由于面板堆石壩方案可利用溢洪道開挖棄渣及壩肩開挖棄渣（薄一中厚層灰巖）作為堆石料直接上壩，可降低建設投資。綜合各方面因素，優選面板堆石壩壩型。

3混凝土面板堆石壩樞紐布置設計

混凝土面板堆石壩方案布置為：混凝土面板堆石壩+左岸岸坡開敞式溢洪道+左岸放水建筑等組成。

3.1擋水建筑物

大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩。壩頂高程1136.00m，趾板高程1076m，壩底高程1078.5m最大壩高60.0m，壩頂寬6.0m，壩頂長147.1;上游壩坡比1：1.4，采用厚0.45m的C25混凝土面板防滲;下游壩坡坡比1：1.3，采用厚0.4m的干砌塊石護面。壩頂上游側設C25鋼筋混凝土防浪墻，墻高3.75m，高出壩頂1.2m;防浪墻上游側底部設置寬0.8m的小道，防浪墻頂厚0.5m，壩頂設厚0.20m的C15混凝土路面，0.30m的碎石墊層，路面凈寬5.5m。

3.2泄水建筑物

溢洪道為岸坡開敞式溢洪道，布置在大壩左壩肩，溢流堰堰型為WES折線形實用堰，堰頂高程1133.0m，堰頂凈寬6.5m;進口引水渠段寬12.2～6.5m，長34.1m，進口底板高程1132.0m;泄水槽寬6.5～4m，長141.3m，底坡1：3～1：2，矩形斷面，側墻高lm～1.6m，側墻及底板為厚0.5m的C25鋼筋砼澆筑。消能方式為下挖式底流消能，消力池底板高程1075.5m，池長26.0m，池深3.6m。側墻高6.0m，梯形斷面，頂寬0.5m，底寬1.0m，側墻及底板為C25鋼筋砼整體澆筑，底板厚1.0m。

3.3取（放）水建筑物

取（放）水建筑物由導流隧洞改建而成的取、放水管，導流隧道位于大壩左岸山體內，導流期采用隧洞導流，施工導流完成后，封堵導流隧洞進口段，按取水設計高程抬高取水口，形成“龍抬頭”式取水。取水管進口位于大壩左岸上游，在管身段位于導流隧洞內，出隧洞后跨過響水河形成倒虹管輸水至右岸灌溉總干渠，并連接基本煙田灌溉輸水主管。

取水管總長289.9m，在取水管236m處設置分叉管用于水庫放空，在放水管243m處開孔設置生態放水管下放生態水，在取水管出口處設置1個變徑三通管，直通端下放水田灌區灌溉用水進入渠道，岔管端連接基本煙田灌區輸水主管，通過輸水主管輸水至基本煙田灌區高位水池和鄉鎮人飲供水水處理廠。

4大壩結構參數計算

4.1壩頂高程

根據調洪計算結果，大壩校核洪水位（P=0.33%）1134.78m，設計洪水位（P=3.33%）1134.34m，洪水期多年平均最大風速V=10m/s，水庫吹程D=1.0km。根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001），壩頂高程等于水庫靜水位與安全壩頂超高之和，計算得壩頂高程成果，如下表所示：

高洞工程大壩頂設有鋼筋混凝土防浪墻，防浪墻與大壩防滲體緊密結合，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000），結合壩頂交通橋布置要求，防浪墻頂高程取1137.2m，防浪墻高出壩頂1.2m，則大壩壩頂高程為1136.00m，壩頂高出水庫設計靜水位（1134.78m），防浪墻底部高程為1133.86m，高出水庫正常蓄水位1133.00m。

4.2大壩結構布置

壩頂寬度根據規范及穩定計算，取壩頂寬為6.0m，壩頂上游側設C25鋼筋混凝土防浪墻，墻高3.7m，高出壩頂1.2m;防浪墻上游側底部設置寬0.8m的小道，以利檢查行走，防浪墻頂厚0.5m，分縫間距12m，縫問設銅片止水，壩頂設厚0.2m的C20混凝土路面，路面凈寬5.5m。上游壩坡比1：1.4，采用厚0.45m的C25鋼筋混凝土面板防滲。下游壩坡坡比1：1.3，采用厚0.4m的干砌塊石護面，使大壩具有良好的外觀。

4.3基礎處理

4.3.1建基面的選擇及壩基開挖要求

根據高洞水庫工程的地質條件和大壩高度，大壩趾板建基面河床壩段置于強風化底部一弱風化頂部，岸坡段趾板置于強風化底部。對壩基存在的地質缺陷，如遇較大溶蝕裂隙，應采取開挖深度至裂隙寬度2倍，再采用混凝土回填進行處理。