水庫工程壩型選擇研究

【摘要】水利工程建設(shè)規(guī)模比較大，而且施工環(huán)境比較復(fù)雜，因此，在水利工程施工中，必須嚴(yán)格依據(jù)施工規(guī)范開展作業(yè)。在水利工程設(shè)計(jì)階段，壩型選擇至關(guān)重要，科學(xué)合理的壩型選擇不僅能夠有效減少建設(shè)成本投入，而且有利于節(jié)省工期，提高工程安全性。對(duì)此，本文將以樹寨溝水庫為研究對(duì)象，對(duì)其壩型選擇進(jìn)行詳細(xì)探究。

【關(guān)鍵詞】樹寨溝水庫；壩址；選擇

1、引言

在壩型選擇方面，需要綜合考慮各項(xiàng)因素，包括施工條件、工期、水利生態(tài)環(huán)境、施工技術(shù)方案、施工材料、后期工程維護(hù)管理等等。因此，壩型選擇難度較大，對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)探究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2、水庫工程常見壩型

2.1 重力壩

重力壩是由混凝土或者漿砌石修筑而成的，重力壩的剖面為直角三角形，重力壩整體是由很多個(gè)壩段所組成的。在水壓力以及其他荷載的作用下，重力壩能夠有效依靠自身重力所產(chǎn)生的抗滑力提高穩(wěn)定性，與此同時(shí)，其還能夠有效依靠壩體自身重量抵消由水壓力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力。在實(shí)際施工過程中，重力壩的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）重力壩安全性較好，耐久性較好，防滲性能優(yōu)，在抵御地震災(zāi)害以及戰(zhàn)爭破壞方面應(yīng)用優(yōu)勢十分明顯。（2）重力壩設(shè)計(jì)施工十分便捷，在實(shí)際施工過程中可以采用機(jī)械化施工方法。（3）重力壩對(duì)于不同地形條件的適應(yīng)力均比較強(qiáng)，對(duì)于任何山谷地形，都可以應(yīng)用重力壩。（4）在重力壩壩體上，可以設(shè)置引水、泄水孔口，因此能夠有效解決施工導(dǎo)流問題。但是，重力壩也有應(yīng)用缺陷，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）壩體應(yīng)力比較低，在實(shí)際施工過程中，材料強(qiáng)度往往很難得到有效發(fā)揮。（2）重力壩體積比較大，因此在施工過程中需要耗費(fèi)大量水泥材料。（3）在重力壩施工過程中，容易受到溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的影響，因此，對(duì)于施工溫度控制要求比較高。

2.2 拱壩

拱壩是一種攔水壩，一般被應(yīng)用于峽谷中，通常做成水平拱形，并且兩端緊貼著峽谷壁。具體而言，拱壩平面上向上游彎曲，能夠?qū)⒉糠炙胶奢d傳遞至兩岸擋水建筑上。與重力壩相比，其應(yīng)用優(yōu)勢在于在水壓力作用下，壩體不需要依靠自身重量維持自身穩(wěn)定性，而是能夠有效利用拱端基巖的反作用來提升穩(wěn)定性。另外，拱圈截面可以承受軸向反力，因此，安全性和可靠性較高。但是，拱壩的應(yīng)用缺點(diǎn)在于其施工建設(shè)對(duì)于地基地形的要求比較高。

2.3 土石壩

土石壩也是一種常見的水利水電工程壩型，土石壩的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）其施工能夠就地取材，因此，在節(jié)約施工材料方面優(yōu)勢明顯。（2）結(jié)構(gòu)形式簡單，在養(yǎng)護(hù)管理以及擴(kuò)建方面優(yōu)勢明顯。（3）土石壩壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，因此，能夠變形適應(yīng)力比較高，對(duì)于地基的要求比較低。（4）土石壩施工便捷，施工工序較少。但是，土石壩也有一定的應(yīng)用缺陷，如壩身一般不能溢流，施工導(dǎo)流難度較大等等。

3、樹寨溝水庫工程概況

樹寨溝水庫位于金沙縣桂花鄉(xiāng)境內(nèi)，是金沙縣在貴州省骨干水源建設(shè)規(guī)劃中提出的?。?）型水庫水源點(diǎn)。水庫流域?qū)儆陂L江流域赤水河水系二道河的支流雨下河的中游。

壩址處本流域控制集水面積6.3km2，多年平均徑流量為272萬m3，多年平均流量Q=86.4L/s。本階段推薦樞紐工程由混凝土面板堆石壩、右岸開敞式溢洪道、右岸放水建筑物及供水管路系統(tǒng)組成。水庫正常蓄水位1180m，最大壩高37.3m，水庫總庫容204萬m3，興利庫容159.7萬m3，正常蓄水位以下庫容167萬m3，水庫為多年調(diào)節(jié)水庫。

水庫開發(fā)的主要任務(wù)是解決桂花鄉(xiāng)及石場鄉(xiāng)1.43萬畝的灌溉用水，同時(shí)兼顧石場鄉(xiāng)及灌區(qū)內(nèi)的1.158萬人安全飲水問題。即水庫以灌溉為主，兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村人飲。

4、樹寨溝水庫壩型選擇

在可研階段，對(duì)適合本水庫壩址地形地質(zhì)條件的兩種壩型進(jìn)行比較，即對(duì)混凝土面板堆石壩和混凝土重力壩進(jìn)行比較。因兩種壩型對(duì)基礎(chǔ)要求不同，重力壩對(duì)巖石基礎(chǔ)力學(xué)指標(biāo)要求較面板壩高，因此開挖深度較大，雖然面板壩方案征地移民投資、施工導(dǎo)流及溢洪道投資較重力壩方案稍大，但總投資小于重力壩方案。

初設(shè)階段對(duì)可研階段推薦壩線的混凝土重力壩方案進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)，將重力壩壩基提升至弱風(fēng)化層頂部，壩頂高程1182.63m，壩底高程1144.77m，最大壩高37.86m，壩頂寬5m，上游邊坡1175.0m高程以下1：0.2，以上垂直，下游邊坡1179.62m高程以下1：0.8，以上垂直，壩頂長183.0m；壩頂溢流，進(jìn)口凈寬1（孔）×6m，堰頂高程1180.0m，底流消能。引水建筑布置在大壩右岸，取水口位于大壩上游河床。引水建筑考慮與施工導(dǎo)流相結(jié)合，為導(dǎo)流兼引水涵洞，引水涵洞直徑根據(jù)施工期導(dǎo)流要求，采用2m，涵洞從進(jìn)口至出口總長35.98m。進(jìn)口設(shè)取水塔，閘門孔口尺寸2.0m×2.0m。閘門檢修間與閘門啟閉間之間設(shè)一鋼筋混凝土樓梯連接，取水塔位于壩頂上游。出口埋設(shè)鋼管，管徑為1200mm，壁厚10mm，壩內(nèi)埋鋼管長5.28m，壩外進(jìn)入閘閥室前的16.00m為鋼筋混凝土襯護(hù)，經(jīng)大壩右側(cè)壩體至壩后閘閥室。鋼管末端設(shè)錐形閥，用于下泄生態(tài)用水和水庫沖沙放空。錐形閥前設(shè)直徑0.5m鋼岔管，接灌溉供水主管，在閘閥室內(nèi)設(shè)蝶形閥控制供水主管。

經(jīng)復(fù)核，重力壩正常高水位等與面板堆石壩相同，重力壩溢流堰為實(shí)用堰，堰寬6m，經(jīng)調(diào)洪演算，設(shè)計(jì)洪水位1181.83（P=3.33%），校核洪水位1182.43（P=0.5%），因壩頂設(shè)1.2m高防浪墻，故壩頂取略高于校核洪水位0.2m高程，即1182.63m。

抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算

（1）荷載組合

抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力計(jì)算的荷載組合分基本組合和特殊組合兩種，結(jié)合本工程實(shí)際，本工程考慮以下三種荷載組合情況。

基本組合1：自重+正常蓄水位及相應(yīng)下游水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力

基本組合2：自重+設(shè)計(jì)洪水位及相應(yīng)下游水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+動(dòng)水壓力

特殊組合1：自重+校核洪水位及相應(yīng)下游水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+浪壓力+動(dòng)水壓力

（2）應(yīng)力計(jì)算

經(jīng)復(fù)核，根據(jù)規(guī)范，壩體應(yīng)力計(jì)算采用材料力學(xué)法計(jì)算，根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005）的規(guī)定，在各種荷載組合下，壩基面垂直正應(yīng)力小于混凝土容許壓應(yīng)力和地基的容許承載力；壩基面最小垂直正應(yīng)力為壓應(yīng)力，壩體最大主應(yīng)力應(yīng)小于混凝土容許壓應(yīng)力。計(jì)算公式如下：

經(jīng)計(jì)算，應(yīng)力分析計(jì)算壩體上游面不出現(xiàn)拉應(yīng)力，壩基最大壓應(yīng)力為0.48Mpa，壩體第一主應(yīng)力0.79Mpa。滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

（3）壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算：

根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005），基本組合情況kˊ>3.0，K>1.05；特殊組合情況kˊ>2.5，K>1.0，從計(jì)算成果看，壩體抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

經(jīng)計(jì)算，重力壩特殊荷載組合大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.66，基本荷載組合大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為3.01。

初設(shè)階段對(duì)混凝土重力壩工程量進(jìn)行了復(fù)核，并作出混凝土重力壩工程概算，灌區(qū)建筑物的投資相同。通過計(jì)算不包括灌區(qū)建筑物，混凝土重力壩比混凝土面板壩建筑物增加投資693.03萬元。經(jīng)初設(shè)階段復(fù)核，可研階段設(shè)計(jì)推薦、審查同意的混凝土面板堆石壩壩型是經(jīng)濟(jì)合理的。

5、結(jié)語

綜上所述，在水庫工程設(shè)計(jì)階段，壩型必選問題較為常見。在壩型選擇方面，有些設(shè)計(jì)單位僅僅參考了壩址地形，但是沒有進(jìn)行深入的地質(zhì)勘查，而這就會(huì)大大增加工程投資和建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。因此，在水庫工程設(shè)計(jì)階段，必須高度重視壩型選擇工作，加強(qiáng)地質(zhì)勘查，對(duì)各項(xiàng)壩型選擇方案進(jìn)行綜合必選分析，進(jìn)而選出經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行性較高的壩型，這樣才能夠有效優(yōu)化工程建設(shè)方案，提升工程投資效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓軍.影響壩型比選的控制因素探討[J].吉林水利，2015（08）：5-7.

[2]趙青.某水庫樞紐壩型方案設(shè)計(jì)探究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（04）：98-99.

[3]羅獻(xiàn)忠.水利工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)及方案優(yōu)選[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2012（15）：35-36.