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(zhèn)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(jié)庫容124.7萬m3，庫容系數20.58%，為Ⅳ等小（1）型年調節(jié)水庫。

壩址河段河流流向NW347°，河谷形態(tài)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(fā)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(fā)現大面積不良物理地質現象，天然斜坡穩(wěn)定。

2工程地質及壩型比選

庫區(qū)兩岸山坡較為對稱，總體上呈橫向谷。庫區(qū)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?guī)r;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?guī)r。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(fā)育的多層溶洞對拱壩壩肩抗滑穩(wěn)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(qū)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?guī)r）作為堆石料直接上壩，可降低建設投資。綜合各方面因素，優(yōu)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?zhí)ь^”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(tài)放水管下放生態(tài)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(qū)灌溉用水進入渠道，岔管端連接基本煙田灌區(qū)輸水主管，通過輸水主管輸水至基本煙田灌區(qū)高位水池和鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(guī)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(guī)范及穩(wěn)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。