保豐水庫(kù)壩址壩型方案論證及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

楊秀東

摘 要：對(duì)比保豐水庫(kù)優(yōu)選的1.3 km建壩河段的上、下壩址，下壩址在工程地質(zhì)條件、水庫(kù)淹沒(méi)賠償、樞紐布置、投資經(jīng)濟(jì)性等方面均較上壩址優(yōu)越。結(jié)合壩址區(qū)地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)優(yōu)選地形地質(zhì)條件適宜性好、樞紐布置緊湊、施工度汛安全性高、投資經(jīng)濟(jì)效益好的碾壓混凝土重力壩壩型。大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果表明：重力壩樞紐布置及體型參數(shù)設(shè)計(jì)合理，大壩結(jié)構(gòu)應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定指標(biāo)均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，可為工程施工提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：建壩河段;壩型比選;重力壩;保豐水庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV642.3 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）4-0127-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.028

Comparison and Selection of Dam Site and Type and Structural Design Calculation for Baofeng Reservoir

YANG Xiudong

（Zunyi Water Resources and Hydropower Survey， Design and Research Institute Co.， Ltd.， Zunyi 563002，China）

Abstract： Comparing the upper and lower dam-sites of the preferred 1.3km dam construction river section of Baofeng Reservoir， the lower dam-site is superior in terms of engineering geological conditions， reservoir inundation compensation， hub layout， investment economy， etc. Combined with the geological conditions in dam site area， the RCC gravity dam type with good suitability of topographical and geological conditions， compact hub layout， high construction flood safety and good investment and economic benefits is designed and optimized. The calculation results of the dam structure design show that the layout and structure parameters of gravity dam are reasonable， and the dam structure stress and anti sliding stability indexes are within the design requirements， which can provide strong technical support for the project construction.

Keywords： dam construction section; dam type comparison and selection; gravity dam; Baofeng reservoir

1 工程概況

保豐水庫(kù)位于貴州省遵義市習(xí)水縣雙龍鄉(xiāng)境內(nèi)，距遵義市城區(qū)154 km。壩址處于桐梓河右岸一級(jí)支流沙溪河上游的官倉(cāng)壩河段。水庫(kù)正常蓄水位為900 m，總庫(kù)容為1 277萬(wàn)m，興利調(diào)節(jié)庫(kù)容為830萬(wàn)m。工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。水庫(kù)擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程為906 m，最大壩高為67 m，壩頂寬為8 m，壩軸線(xiàn)長(zhǎng)為175 m。

2 工程選址及壩址壩型比選

2.1 建壩河段選址

保豐水庫(kù)工程任務(wù)是農(nóng)田灌溉和農(nóng)村人畜飲水供水，灌區(qū)主要集中在沙溪河右岸的官店鎮(zhèn)和二里鄉(xiāng)境內(nèi)，灌區(qū)控制高程為880 m至450 m。結(jié)合保豐水庫(kù)工程規(guī)模及沙溪河沿線(xiàn)地形地質(zhì)條件，沙溪河干流楊寺巖村白家河匯口以下的官倉(cāng)壩河段（匯口以下1.3 km河段）河床兩岸雖有一定數(shù)量的人口及耕地分布，但對(duì)整個(gè)工程投資不起控制作用，且該河段具有一定流域面積，來(lái)水量豐富，出露奧陶系下統(tǒng)湄潭組（O1m）至志留系下統(tǒng)石牛欄組 （S1sh）地層，具備成庫(kù)建壩條件，優(yōu)選官倉(cāng)壩河段作保豐水庫(kù)建壩壩段。

2.2 壩址比選

根據(jù)保豐水庫(kù)工程規(guī)模，在所選壩段沙溪河干流白家河匯口以下1.3 km范圍內(nèi)河段附近，選擇相距約0.9 km的上、下壩址進(jìn)行比選，位置如圖1。

為優(yōu)選與工程實(shí)際相匹配的壩址，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行比選，①地形條件：上壩址較下壩址河床寬度寬，上壩址左、右岸地形坡度緩于下壩址，下壩址河谷相對(duì)狹窄。②地質(zhì)條件：上下壩址巖溶發(fā)育情況、巖體完整性、河床覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化深度基本相同;上壩址壩基肩巖體強(qiáng)度及均一性較下壩址差;上下壩址可溶巖分布區(qū)均存在滲漏可能，上下壩址水文地質(zhì)條件基本相同，但下壩址工程地質(zhì)優(yōu)于上壩址。③水資源利用效益：為了充分利用水資源，上、下壩址正常蓄水位分別為922 m、900 m，正常蓄水位庫(kù)容分別為1 065萬(wàn)m和1 050萬(wàn)m。上下壩址供水規(guī)模、供水范圍相同，從充分利用水資源方面，上下壩址總體效益相同。④水庫(kù)淹沒(méi)：上壩址比下壩址淹沒(méi)搬遷人口少85人，拆遷房屋少821.22 m，淹沒(méi)耕地少16.05 m，林地多178.61 m。上壩址淹沒(méi)搬遷人口、房屋和耕地較下壩址少，但林地較下壩址多，總的水庫(kù)淹沒(méi)賠償費(fèi)上壩址略多于下壩址。⑤施工條件：兩方案施工條件差別不大，但下壩址臨時(shí)工程部分投資要節(jié)省。⑥水工布置和工程總投資：上壩址壩軸線(xiàn)比下壩址長(zhǎng)近200 m，因壩型不同，土石方開(kāi)挖量及填筑量均大很多，灌溉管道長(zhǎng)0.6 km左右，下壩址較上壩址單位投資省，工程施工和運(yùn)行管理較方便。綜上所述，下壩址在工程地質(zhì)條件、水庫(kù)淹沒(méi)賠償、樞紐布置、投資經(jīng)濟(jì)性等方面均較上壩址優(yōu)越，優(yōu)選下壩址。

2.3 壩型比選

下壩址壩基肩較大范圍內(nèi)基巖屬中硬巖，河谷為對(duì)稱(chēng)性較差的“V”型橫向河谷結(jié)構(gòu)，壩基巖體為志留系下統(tǒng)石牛欄組（S1sh）中厚層夾薄層瘤狀泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和泥灰?guī)r，巖體完整性差，但均一性較好。巖石強(qiáng)度較高，無(wú)大的不利物理地質(zhì)現(xiàn)象分布，經(jīng)適當(dāng)工程處理后，可建剛性壩或柔性壩。由于壩址河谷較開(kāi)闊，寬高比在3.0以上，且受沖溝切割地形對(duì)稱(chēng)性和延續(xù)性差，對(duì)壩肩抗滑巖體影響較大。順河向的裂隙發(fā)育，雖未見(jiàn)緩傾的結(jié)構(gòu)面分布，但順河向和斜切岸坡的裂隙與巖層組合對(duì)壩肩抗滑穩(wěn)定不利，尤其是石牛欄組第三層內(nèi)極薄層泥灰?guī)r和鈣質(zhì)粉砂巖夾層多分布在壩肩1/2至2/3壩高以?xún)?nèi)，對(duì)壩肩壓縮變形極為不利，處理工作量較大，對(duì)于剛性壩而言不宜修建拱壩。結(jié)合當(dāng)?shù)厥陷^多而土料較少條件，優(yōu)選重力壩和面板壩進(jìn)行比較論證，如表1所示。

從表1可知，碾壓混凝土重力壩（剛性壩）和混凝土面板堆石壩（柔性壩）綜合比選可知：重力壩較面板壩其建筑工程總投資要少2 460萬(wàn)元。重力壩方案泄水、取水建筑物等布置簡(jiǎn)單、緊湊，工程占地較少，且大壩體量相對(duì)較小，開(kāi)挖和填筑工程量均較少，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較小;而面板壩方案泄水、取水建筑物等布置分散，工程占地較多，大壩體量大，開(kāi)挖和填筑工程量大，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較大。另外，重力壩施工度汛安全性較高，而面板堆石壩為土石結(jié)構(gòu)，壩身不允許過(guò)水，不僅施工壓力大，還存在較大度汛安全風(fēng)險(xiǎn)。故設(shè)計(jì)優(yōu)選碾壓混凝土重力壩壩型。

3 重力壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 大壩樞紐布置

保豐水庫(kù)位于沙溪河上游的官倉(cāng)壩河段，選定壩型為碾壓混凝土重力壩，如圖2所示。

大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程為906 m，建基面高程為839 m，最大壩高為67 m，壩頂寬為8 m，壩軸線(xiàn)長(zhǎng)為196 m，上游壩面鉛直，下游壩坡1∶0.8，起坡點(diǎn)高程為900 m，壩底最大寬度為56 m。大壩左、右兩側(cè)為非溢流壩段，總長(zhǎng)為158 m;中間溢流壩段總長(zhǎng)度為38 m。壩體主要建筑材料采用三級(jí)配90 d齡期C15碾壓混凝土。壩內(nèi)設(shè)一道灌漿主排水廊道和兩道交通廊道，灌漿主排水廊道長(zhǎng)為51 m，底部高程為844 m;灌漿主排水廊道向左右岸設(shè)斜坡廊道與左右壩肩交通廊道之間連接;左右壩肩連接壩外的交通廊道分別長(zhǎng)37.6 m，底部高程為857 m。

3.2 大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

3.2.1 壩頂高程計(jì)算。根據(jù)調(diào)洪計(jì)算成果知，保豐水庫(kù)校核洪水位為904.68 m，正常蓄水位為900 m。經(jīng)量算水庫(kù)計(jì)算吹程D=1.2 km，根據(jù)氣象統(tǒng)計(jì)，多年平均最大風(fēng)速為12.0 m/s，風(fēng)速正常情況為18 m/s，校核情況為12 m/s。壩頂高程計(jì)算成果如表2所示。

從表2可知，壩頂高程的控制情況為校核洪水位情況，計(jì)算壩頂高程為905.58 m，實(shí)際壩頂高程取906.00 m，即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 大壩應(yīng)力分析。按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦公式計(jì)算，得大壩應(yīng)力分析成果，如表3所示。

從表3可知，四種運(yùn)行工況下壩體應(yīng)力分布均勻，最大壓應(yīng)力、拉應(yīng)力均較小，均在允許范圍值內(nèi)，基巖承載力也滿(mǎn)足要求。

3.2.3 大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦公式計(jì)算，得大壩抗滑穩(wěn)定分析成果，如表4所示。

從表4可知，左（右）岸非溢流壩段、溢流壩段基本荷載組合條件下安全系數(shù)最小值為3.07，大于規(guī)范規(guī)定的K=3.0;特殊荷載組合條件下安全系數(shù)最小值為2.93，大于規(guī)范規(guī)定的K=2.5。左壩肩深層單滑裂面滑動(dòng)模式下最小安全系數(shù)為3.21（基本荷載組合）和3.05（特殊荷載組合），均大于規(guī)范規(guī)定的K=3.0和K=2.5的技術(shù)指標(biāo)，大壩結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計(jì)合理，安全穩(wěn)定性較高。

4 結(jié)語(yǔ)

①沙溪河干流楊寺巖村白家河匯口以下的官倉(cāng)壩河段（匯口以下1.3 km河段）建庫(kù)地形地質(zhì)條件好。在工程地質(zhì)、水庫(kù)淹沒(méi)賠償、樞紐布置、投資經(jīng)濟(jì)性等方面下壩址均優(yōu)于上壩址，選定下壩址為保豐水庫(kù)建壩壩址。

②重力壩具有樞紐布置緊湊、壩體體量小、施工質(zhì)量控制較容易、生態(tài)環(huán)境影響較小等特點(diǎn)，同時(shí)重力壩建筑工程總投資為14 850萬(wàn)元，較面板壩節(jié)省2 460萬(wàn)元，優(yōu)選碾壓混凝土重力壩壩型。

③大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算成果表明：四種荷載組合工況條件下，大壩應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定指標(biāo)均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，壩體結(jié)構(gòu)體型及參數(shù)設(shè)計(jì)合理、可行。

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