綜合性水庫碾壓混凝土重力壩布置方案及結構優(yōu)化計算分析

摘 要：某Ⅳ等?。?）型綜合性水庫，大壩為混凝土重力壩，其筑壩材料采用C15四級配常態(tài)混凝土，壩頂寬5.0m，壩高67m。由于工程區(qū)地形地貌、地質水文等條件較復雜，為確保工程安全可靠、節(jié)能優(yōu)質的施工建設，需要對其樞紐布置方案進行詳細分析計算。文章在對該綜合性水庫的首部樞紐進行優(yōu)化布置后，結合大壩抗滑穩(wěn)定性計算和結構應力計算等論證復核成果，獲得了技術上可行、經(jīng)濟上優(yōu)越的混凝土重力壩方案。

關鍵詞：水庫；集水面積；混凝土重力壩；應力計算

1 工程概況

貴州某水庫工程任務為城鎮(zhèn)供水。水庫壩址以上流域集水面積為19.13km2，主河道長為6.89km，主河道坡降為46.9‰。多年平均徑流量981.0萬m3，水庫正常蓄水位610.0m，校核洪水位613.33m，正常蓄水位以下庫容372萬m3，興利調(diào)節(jié)庫容360.2萬m3。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）第2.1.1款的規(guī)定，水庫總庫容447萬m3，屬于0.01～0.1億m3范疇，本工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模屬小（1）型。工程靜態(tài)總投資16785.99萬元，工程總工期25月。

2 工程區(qū)地形地質概況

庫盆河谷基本為峽谷型，壩址正常蓄水位610m時抬高水頭最大約50m。壩址河谷基本為橫向谷，橫斷面呈窄“V”型，岸坡地形坡度45～55°。河床高程558～565m，寬3～10m，正常蓄水位高程608m處對應河谷寬75～80m，寬高比為1.5～1.9。地質勘探結果表明：大壩開挖至建基面，壩基整體處于弱風化帶上，巖體完整性較好，有利于大壩的施工建設。

3 碾壓混凝土重力壩首部樞紐優(yōu)化布置

為了獲得技術上可行，經(jīng)濟上優(yōu)越的首部樞紐方案，結合地質和水文分析資料，綜合考慮施工技術、筑壩材料等方面的因素，推薦采用混凝土重力壩方案[1]，其首部樞紐布置設計方案為：混凝土重力壩+壩頂泄洪表孔+右壩身放空底孔+左壩身取水管+左岸導流隧洞。

3.1 混凝土重力壩方案設計

大壩為混凝土重力壩，重力壩建基面座落在寒武系上統(tǒng)爐山組白云巖弱風化中下部～弱風化中上部。壩頂高程614.00m，壩底高程547.00m，最大壩高67m，壩頂寬度5m，最大壩底寬度52.62m，壩頂全長134.94m，分為左、右岸非溢流壩段和河床溢流壩段。左岸非溢流壩段57.15m，右岸非溢流壩段長58.188m，河床溢流壩段長19.60m。壩體基本斷面為：壩體上游面585.00m以上鉛直，585.00m以下壩坡為1：0.2；下游起坡點高程為608.33m，壩坡為1：0.75。為加強壩基穩(wěn)定條件，在重力壩溢流壩段上游設置齒墻，齒墻底高程542.00m，齒墻寬度10.0m，齒墻下游按1：1放坡與壩基相交。大壩共分為9個壩段，共設置8條橫縫。壩體內(nèi)基礎灌漿廊道斷面尺寸3.0×3.5m，采用C25鋼筋砼預制。

3.2 壩頂開敞式溢洪道

敞式溢洪道設置在大壩中部，壩身共設2個表孔，單孔凈寬8m，頂部為5m寬的交通橋以解決壩頂交通。泄洪方式為表孔自由溢流，堰頂高程與正常蓄水位相同。下游消能方式采用挑流消能，溢流面坡度1：0.75。溢流面后接反弧段，反弧半徑R=12m，挑角20°。溢流壩段下游設置短護坦，護坦底板基底高程554.00m，消力池護坦頂板高程555.00m，護坦厚1.0m，護坦采用C25鋼筋混凝土。

3.3 取水兼放空管

取水兼放空管設置在大壩中部，其中心樁號為壩0+121.15，為壩內(nèi)埋管暗敷方式。本工程設計放空、取水兼生態(tài)放水三管合一布置在左壩段壩橫0+057.60處。具體布置如下：壩橫0+057.60m設置檢修閘門井，檢修閘門井后為10m長壩內(nèi)鋼筋砼管，鋼筋砼管后接DN800放空兼取水鋼管，放空兼取水鋼管在壩后設閘閥室，室內(nèi)設置閘閥。

4 重力壩結構優(yōu)化計算分析

4.1 荷載組合

為確保大壩結構穩(wěn)定及應力安全，按照基本組合和特殊組合兩種組合方式進行大壩抗滑穩(wěn)定性及應力計算分析[2]。

基本荷載組合：工況1：正常蓄水位610.00m及相應尾水位（無）+大壩自重+正常溫降低；工況2：設計洪水位612.43m與相應尾水位+大壩自重+正常溫升。

特殊荷載組合：工況3：校核洪水位613.33m與相應尾水位+大壩自重+正常溫升。

4.2 計算成果分析

根據(jù)《混凝土重力壩設計規(guī)范》中的相關技術要求，砼重力壩壩體抗滑穩(wěn)定性按照推薦的抗剪斷強度公式進行計算；而壩體結構應力則采用《混凝土重力壩設計規(guī)范》附錄[C]公式分析計算。經(jīng)計算，大壩抗滑穩(wěn)定性和結構應力計算值與規(guī)范要求值的對比見表1。

從表1可知，基本組合工況1～工況2條件下，大壩抗剪斷安全系數(shù)K'均大于3.0；特殊組合工況3下抗剪斷安全系數(shù)K'大于2.5，大壩整體抗滑穩(wěn)定性滿足《混凝土重力壩設計規(guī)范》中的相關允許限值。壩體上、下游面正應力均為壓應力，小于地基允許承載力2.0MPa，且小于壩體材料允許壓應力，滿足規(guī)范及壩基要求。

5 結束語

優(yōu)選技術上可行、經(jīng)濟上優(yōu)越的大壩樞紐布置方案，是水庫工程規(guī)劃立項和施工建設的重要技術保障。文章結合貴州某Ⅳ等?。?）型水庫實際案例，對水庫大壩樞紐布置方案和壩體穩(wěn)定性及結構應力優(yōu)化計算進行了詳細的分析，推薦采用整體布置方案合理、工程量小、施工便捷的砼重力壩方案，為工程安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟的高效優(yōu)質施工建設提供了重要的技術指導。

參考文獻

[1]李晶，賈金生，汪洋，等.關于混凝土重力壩斷面設計的探討[J].水利水電技術，2013，44（7）：34-38.

[2]陳能平，龍起煌.光照水電站碾壓混凝土重力壩設計[J].貴州水力發(fā)電，2005，19（1）：24-27.

作者簡介：董萬林（1987-），男，湖北省鄖西縣，漢族，本科，工程師，主要從事水利水電工程設計工作。