引沁入汾和川引水樞紐工程壩段變更設(shè)計(jì)

衛(wèi)學(xué)文

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概況

引沁入汾和川引水樞紐工程位于臨汾市安澤縣和川鎮(zhèn)嶺南村東的沁河干流上?？値?kù)容989萬(wàn)m3，是一座以城市及工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有防洪等綜合利用的水利樞紐工程。工程等級(jí)為Ⅳ級(jí)，大壩洪水標(biāo)準(zhǔn)：50年一遇設(shè)計(jì)洪水，入庫(kù)洪峰流量1 907 m3/s，500年一遇校核洪水，入庫(kù)洪峰流量3 543 m3/s。

工程建成后，與澇河水庫(kù)共同調(diào)節(jié)，可增加農(nóng)業(yè)灌溉面積7 100 hm2，年總引水量5 900萬(wàn)m3，年總供水量5 641萬(wàn)m3，使其防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20年一遇。初步設(shè)計(jì)總庫(kù)容989萬(wàn)m3，樞紐大壩采用漿砌石重力壩，壩頂高程900 m，最大壩高27 m，總工期3年。后從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面綜合考慮，決定將7—11號(hào)漿砌石壩變更為混凝土重力壩，以保證工程的施工進(jìn)度和工程質(zhì)量。

2 工程布置

工程大壩由擋水壩段、泄洪排沙底孔壩段等建筑物組成。大壩壩頂全長(zhǎng)235 m，自左向右分為11個(gè)壩段。依次為左岸擋水壩段、泄洪排沙底孔壩段及右岸擋水壩段。泄洪排沙底孔共分9孔，孔口底高程均為881 m，為壓力短進(jìn)口型式的無(wú)壓壩身泄水洞。上游側(cè)布置有事故檢修平板鋼閘門(mén)，工作閘門(mén)布置在下游側(cè)，為弧形鋼閘門(mén)；QPQ1×630KN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，機(jī)房設(shè)在壩頂下游側(cè)，啟閉機(jī)平臺(tái)高程900.3 m。底孔壩體后接消力池、海漫及防沖槽等消能建筑物。

3 擋水壩段設(shè)計(jì)

3.1 漿砌石擋水壩段

3.1.1 壩頂高程確定

依據(jù)《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱膛c正常蓄水位或校核洪水位的高差Δh按下式計(jì)算，選擇其中防浪墻頂高程的較大值作為選定高程。

式中：hb——波浪高，m；

hz——波浪中心線至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；

hc——安全超高，m。

和川引水樞紐工程大壩正常蓄水位898 m，校核洪水位898.42 m，多年平均最大風(fēng)速17 m/s，水庫(kù)吹程1 km。

按上述公式及條件，計(jì)算高差Δh及相應(yīng)壩頂高程，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 壩頂高程計(jì)算成果表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，考慮交通安全，確定壩頂高程為900 m，壩頂上下游側(cè)各設(shè)1.2 m高混凝土防護(hù)墻。

3.1.2 壩體斷面

擋水壩段的基本斷面為三角形，其頂點(diǎn)在壩頂，壩頂高程900.0 m，最大壩高27 m，壩頂寬6 m，上游高程884 m以上壩面為豎直面，以下坡比為1∶0.2。下游高程897 m以上壩面為豎直面，以下坡比為1∶0.75。

3.1.3 壩體防滲

由于砌石體本身的防滲性能差，一般不能滿足壩體的防滲要求，故在大壩的上、下游面各設(shè)置1 m厚鋼筋混凝土防滲面板，為防止面板產(chǎn)生溫度裂縫，在面板表層配溫度構(gòu)造筋。壩基開(kāi)挖至弱風(fēng)化基巖面，在巖基上澆2 m厚C20混凝土墊座。為防止因溫度變化及混凝土干縮而引起破壞，沿各壩段之間設(shè)伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)銅片止水一道，651塑料止水帶一道，聚乙烯閉孔泡沫板填縫，止水帶伸入基巖止水坑，止水坑深0.5 m。

3.1.4 壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算

考慮沿墊層混凝土與基巖接觸面可能存在滑動(dòng)的情況，對(duì)壩體進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。荷載組合考慮了三種情況：正常蓄水位898.0 m；正常蓄水位898.0 m加7°地震；校核洪水位898.42 m。

壩體抗滑穩(wěn)定選取最大壩高斷面進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算壩體抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求；壩基上、下游面垂直正應(yīng)力遠(yuǎn)小于砌石體容許壓應(yīng)力和壩基容許承載力，且無(wú)拉應(yīng)力出現(xiàn)，滿足規(guī)范要求。

3.2 混凝土擋水壩段

將右岸擋水壩段變更為混凝土重力壩后，壩頂高程、壩坡設(shè)計(jì)、壩面溫度構(gòu)造筋等均與原設(shè)計(jì)漿砌石壩相同，故只對(duì)混凝土重力壩進(jìn)行壩體抗滑穩(wěn)定分析、壩體應(yīng)力分析、溫度控制及防裂措施、混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)等方面的設(shè)計(jì)。

3.2.1 壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算

由于該大壩屬低壩，故只考慮沿大壩建基面滑動(dòng)的情況。荷載組合與漿砌石壩壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算考慮的荷載組合相同。經(jīng)計(jì)算可知，壩體抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

3.2.2 壩體應(yīng)力分析

對(duì)壩基應(yīng)力進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求，在運(yùn)用期壩基面的垂直正應(yīng)力應(yīng)滿足：在各種荷載組合情況下，壩趾垂直應(yīng)力應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力，壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力。經(jīng)計(jì)算可知，壩基面的最大垂直正應(yīng)力遠(yuǎn)小于壩基容許壓應(yīng)力，其他荷載組合情況下，最小垂直正應(yīng)力大于零，滿足規(guī)范要求。

對(duì)壩體應(yīng)力進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求，在運(yùn)用期壩體應(yīng)力應(yīng)滿足：壩體上游面的垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力），壩體最大主壓應(yīng)力應(yīng)不大于混凝土的容許壓應(yīng)力值。通過(guò)計(jì)算可知，壩體上游面的垂直應(yīng)力未出現(xiàn)拉應(yīng)力，壩體最大主壓應(yīng)力小于混凝土允許壓應(yīng)力值，滿足規(guī)范要求。

3.2.3 防裂措施及溫度控制

施工中應(yīng)按設(shè)計(jì)要求分縫，混凝土應(yīng)避免薄塊長(zhǎng)期間歇和壩體早過(guò)水。為提高有抗裂要求工程部位混凝土的抗裂能力、混凝土的質(zhì)量除應(yīng)滿足強(qiáng)度保證率的要求外，施工質(zhì)量均勻性應(yīng)達(dá)到良好以上標(biāo)準(zhǔn)。高溫季節(jié)施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的出機(jī)口溫度及運(yùn)輸、澆筑過(guò)程中的溫度回升，使混凝土最高溫升控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。施工過(guò)程中壩體塊應(yīng)均勻上升，相鄰壩體塊的高差不應(yīng)超過(guò)10 m。

施工中宜采取措施控制料倉(cāng)溫度，比如：成品料場(chǎng)的骨料堆高不應(yīng)低于6 m；蓋涼棚，噴水霧降溫（砂子除外）等；有條件時(shí)可對(duì)粗骨料采用風(fēng)冷，為防止溫度回升，骨料從料倉(cāng)到拌和站，應(yīng)采取隔熱降溫措施；混凝土拌和時(shí)宜采用冷水，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況可采用沁河水或深井水；縮短運(yùn)輸及卸料時(shí)間，入倉(cāng)后及時(shí)進(jìn)行平倉(cāng)振搗，加快覆蓋速度；混凝土運(yùn)輸工具應(yīng)具有隔熱遮陽(yáng)措施；可采用噴霧等方法降低倉(cāng)面氣溫；澆筑應(yīng)在早晚、夜間進(jìn)行；平倉(cāng)振搗后，采用隔熱材料及時(shí)覆蓋。

基礎(chǔ)混凝土和老混凝土約束部位澆筑層塊高控制在1～2 m，上、下層澆筑間歇時(shí)間控制在5～10 d。在高溫季節(jié)，可采用表面流水養(yǎng)護(hù)混凝土，以利表面散熱?；A(chǔ)約束區(qū)范圍以上的塊高可控制在3～5 m。

4 結(jié)語(yǔ)

和川引水樞紐工程7—11號(hào)壩段變更后的壩型能滿足原設(shè)計(jì)壩型的穩(wěn)定和技術(shù)要求，保證了施工質(zhì)量和施工工期，工程建成后通過(guò)引沁入汾輸水工程和草峪嶺隧洞，實(shí)現(xiàn)跨流域調(diào)水，沁河水將自流進(jìn)入臨汾盆地，形成以和川樞紐為龍頭，與正在建設(shè)的五馬水庫(kù)和已建成的曲亭水庫(kù)、澇河水庫(kù)、巨河水庫(kù)組成五庫(kù)聯(lián)調(diào)的格局，形成“長(zhǎng)藤結(jié)瓜”式的供水體系。