李重民
(山西省張峰水庫(kù)建設(shè)管理局,山西 太原 030002)
坪底水庫(kù)大壩工程布置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述
李重民
(山西省張峰水庫(kù)建設(shè)管理局,山西 太原 030002)
根據(jù)坪底水庫(kù)大壩工程的地形地質(zhì)及水文泥沙條件,對(duì)大壩擋水壩段、溢流壩段、底孔壩段、消力池、取水泵站等建筑物進(jìn)行了布置,并對(duì)各建筑物基礎(chǔ)處理和混凝土分區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。對(duì)類似多泥沙河流水庫(kù)泄洪及沖砂建筑物布置和設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。
大壩;設(shè)計(jì);工程布置;坪底水庫(kù)
坪底供水工程取水樞紐位于裴溝鄉(xiāng)坪底村附近屈產(chǎn)河干流上,距石樓縣城約22 km。水庫(kù)控制流域面積978 km2,總庫(kù)容744萬(wàn)m3,工程主要任務(wù)以城鎮(zhèn)生活及工業(yè)供水為主,兼顧防洪。該工程主要由大壩、消力池和取水泵站等建筑物組成。
2.1 氣象與水文
流域?qū)儆诎敫珊档貐^(qū),十年九旱。流域降水量時(shí)空分布不均,年際及年內(nèi)變化大,多年平均降水量約474 mm,汛期降水量占年降水量的73%左右;無(wú)霜期多年平均約203天,平均氣溫9.6℃;封凍期約70天,最大凍土深96 cm。屈產(chǎn)河徑流主要以大氣降水補(bǔ)給為主,河川水資源量相對(duì)豐富,徑流年內(nèi)分配不均,汛期水量占全年來水量的75%。
通過頻率分析,坪底水庫(kù)供水工程30年和200年一遇的入庫(kù)洪峰流量分別為2 715 m3/s和5 235 m3/s;一日洪量分別為3 169萬(wàn)m3和5 848萬(wàn)m3。屈產(chǎn)河流域植被較差,水土流失十分嚴(yán)重,輸沙量年內(nèi)、年際分配不均,多年平均實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙量達(dá)661萬(wàn)t。
2.2 工程地質(zhì)
坪底水庫(kù)壩址位于石樓縣裴溝鄉(xiāng)坪底村西約300 m的屈產(chǎn)河上,河流流向?yàn)镹29°W,河谷寬20~40 m,河谷斷面呈“U”字型。在壩址上游約400 m右岸有支流暖泉河匯入。
屈產(chǎn)河在壩址區(qū)發(fā)育四級(jí)階地。壩址區(qū)主河床、河漫灘和基座階地之上堆積有全新統(tǒng)卵石混合土層,厚3~5 m,結(jié)構(gòu)松散,偶含漂石,分選差。下伏基巖上部為二馬營(yíng)組第三巖組,巖組在河谷部位厚10~20 m,巖性主要為泥巖和暗灰綠色中厚、中薄層長(zhǎng)石石英砂巖夾暗紫紅色粉砂質(zhì)泥巖,偶夾薄層礫巖;中部為二馬營(yíng)組第二巖組,厚10~15 m、較軟,巖性為暗紫紅色薄~中厚層泥巖;底部為第一巖組,巖性為泥巖與暗紫紅色砂巖互層。
3.1 工程等別與標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)相關(guān)規(guī)范,取水樞紐水庫(kù)確定為小(一)型水庫(kù),工程等別為Ⅳ等,水庫(kù)樞紐建筑物大壩為4級(jí)建筑物,防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計(jì),200年一遇洪水校核。建筑物抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度。
3.2 大壩總體布置
取水樞紐由擋水壩段、溢流壩段、底孔壩段、消力池和取水泵站等建筑物組成。大壩由左、右岸擋水壩段、溢流壩段和底孔壩段4部分組成,壩頂長(zhǎng)134.1 m,壩頂高程為839.5 m,最大壩高37.5 m。右岸擋水壩段長(zhǎng)35.65 m,左岸擋水壩段長(zhǎng)19.45 m,溢流壩段靠近右岸擋水壩段中間,長(zhǎng)51 m,底孔壩段位于左岸擋水壩段和溢流壩段之間,長(zhǎng)28 m。進(jìn)口段設(shè)進(jìn)水塔,進(jìn)水口底板與底孔齊平,進(jìn)口設(shè)置檢修閘門1道,出口設(shè)弧形工作閘門,采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。在溢流壩段和底孔壩段的分界處設(shè)一中擋墻,將消力池分為兩部分。
4.1 擋水壩段
右岸0+000—0+019.45段和左岸0+098.45—0+ 134.1段為擋水壩段,壩頂高程839.5 m,考慮交通要求,壩頂寬度取為5.0 m,上游壩面鉛直。下游面835 m高程以上為豎直面、以下坡比為1∶0.75。壩頂上游側(cè)設(shè)鋼筋砼防浪墻、高1.2 m;下游側(cè)設(shè)防護(hù)欄桿。
4.2 溢流壩段
溢流表孔緊靠右岸擋水壩段,樁號(hào)0+019.45—0+ 070.45,采用開敞式實(shí)用堰,堰頂高程825.0 m,總寬度51.0 m,堰頂凈寬36 m,上游壩面高程820.0 m以上為直立面,以下坡比1∶0.2。堰面曲線上游采用1/4橢圓弧,下游采用冪曲線,堰面曲線下游設(shè)反弧圓曲線。冪曲線與反弧圓曲線之間以1∶1的坡面銜接。反弧圓曲線出口為底流式消能工,消力池長(zhǎng)63.6 m,深4.5 m。
溢流堰等分為3孔,每孔凈寬12 m,各孔閘墩厚度為2.0 m,弧形鋼閘門控制,液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟吊,閘門擋水深度7.5 m?;¢T上游側(cè)設(shè)檢修疊梁門,閘墩頂設(shè)交通橋,橋面寬4.8 m。
4.3 底孔壩段
為便于泄洪排砂,在主河槽(右岸樁號(hào)0+070.45m~0+098.45 m壩段)布置2個(gè)有壓泄流沖砂底孔,斷面尺寸為6 m×6 m,底板高程813 m,進(jìn)口設(shè)平板檢修閘門,進(jìn)口閘室在上游壩面突出,進(jìn)口四周為1/4橢圓曲線,曲線末端設(shè)平板事故檢修門,孔口尺寸6 m×6 m(寬×高),出口接4.2 m壓坡段,坡度1∶6,壓坡段末端設(shè)弧形工作門,該洞全長(zhǎng)16.5 m,洞后接消力池。
進(jìn)口檢修門位于進(jìn)水塔內(nèi),檢修平臺(tái)與壩頂齊平,啟閉平臺(tái)高程848.5 m,啟閉室為框架結(jié)構(gòu),啟閉室頂高程852.1 m。工作閘門啟閉室布置于壩后,其啟閉平臺(tái)高程為826.1 m。
4.4 消力池
溢流、底孔壩段下游設(shè)消力池,為矩形;溢流壩段后池長(zhǎng)63.67 m,寬46 m;底孔壩段后池長(zhǎng)49.7 m,寬26 m,二者以中擋墻為界。消力池底板厚1.5 m,頂高程為808.5 m;消力坎頂高程813.0 m,頂部厚0.8 m,以1∶0.5的坡度消力池底板相接,下游側(cè)鉛直,高7.5m,齒墻底寬1 m,以1∶0.3坡度與底板相接;兩側(cè)岸墻頂高程819.5 m,厚1 m。中擋墻頂高程與消力坎齊平,厚1 m。4.5 取水泵站
泵站由主廠房、副廠房、壓力管線和出水池等組成,位于兩個(gè)底孔壩段之間,樁號(hào)0+081.55~0+087.35。工程取水方式采用庫(kù)區(qū)取水,取水泵站設(shè)計(jì)引水量為0.3 m3/s,設(shè)計(jì)揚(yáng)程109 m,裝機(jī)3臺(tái),裝機(jī)容量3× 250 kW,泵站最低取水位825 m。
泵房基礎(chǔ)由底孔壩段進(jìn)水塔側(cè)墻和伸出進(jìn)水塔的邊墻組成。邊墻頂高程839.50 m,厚1 m,向上游超出進(jìn)水塔塔身5.5 m,下部基礎(chǔ)為進(jìn)水塔喇叭口側(cè)墻。
5.1 壩體混凝土分區(qū)
壩體內(nèi)部為C15混凝土,壩基設(shè)1.5 m厚混凝土墊層,上游壩面設(shè)2.0 m厚混凝土防滲層。為防止高速水流沖刷壩體,溢流面表面及泄流沖砂底孔底板采用耐磨蝕混凝土,溢流面表面厚度不小于1.0 m,沖砂底孔表面厚度為0.5 m。壩頂及下游面厚度1.5 m范圍內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20,抗?jié)B等級(jí)W4,抗凍等級(jí)F150。
5.2 廊道
大壩內(nèi)布置一條平行于壩軸線的縱向廊道。廊道底高程807.0 m,主要用于帷幕灌漿和壩體排水,其軸線位于壩軸線下游1.75 m。斷面形狀為城門洞形,凈寬2.5 m,直墻高1.75 m,頂拱夾角為180°,半徑為1.25 m。廊道壁厚50 cm,為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),廊道到左岸通過交通廊道通向下游壩面。
5.3 壩體排水及分縫止水
大壩分8個(gè)壩段,設(shè)7道橫縫。橫縫上游側(cè)設(shè)兩道止水,一道橡膠止水、一道銅片止水;下游側(cè)僅設(shè)一道銅片止水。防滲面板與基巖之間也設(shè)一道銅片止水,銅片伸入基巖50 cm。岸坡止水和橫縫止水相同。
5.4 基礎(chǔ)處理
為使壩體座落在弱風(fēng)化基巖上,對(duì)大壩基礎(chǔ)范圍內(nèi)的河床卵石混合土、強(qiáng)風(fēng)化和部分弱風(fēng)化基巖進(jìn)行挖除處理。
為提高壩基巖體的整體性,降低揚(yáng)壓力和減小壩基滲漏,壩基采取固結(jié)灌漿和帷幕灌漿處理。帷幕灌漿設(shè)在壩基上游側(cè),采用單排帷幕,軸線距上游豎直壩面3.5 m,孔距2 m,灌漿帷幕深入第二巖組泥巖巖體3 m,并向左、右兩岸各延伸30 m。壩下基礎(chǔ)全部進(jìn)行固結(jié)灌漿,按梅花形布設(shè),孔、排距3.0 m,灌漿深度5 m。大壩左、右岸坡壩基進(jìn)行接觸灌漿。
依據(jù)該工程的地形地質(zhì)條件,針對(duì)河道汛期流量大、含沙量大的特點(diǎn),采用大底孔和寬表孔的措施,為解決宣泄洪水和沖砂的難題進(jìn)行了工程實(shí)踐,對(duì)類似工程有一定的借鑒作用。工程建成后,每年可為流域提供生產(chǎn)生活用水量650萬(wàn)m3,同時(shí),可以提高屈產(chǎn)河的防洪能力,改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。
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1004-7042(2017)04-0039-02
李重民(1978-),男,2001年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利工程專業(yè),高級(jí)工程師。
2017-02-18;
2017-03-29