坪底水庫大壩工程布置設(shè)計(jì)簡述

李重民

（山西省張峰水庫建設(shè)管理局，山西 太原 030002）

坪底水庫大壩工程布置設(shè)計(jì)簡述

李重民

（山西省張峰水庫建設(shè)管理局，山西 太原 030002）

根據(jù)坪底水庫大壩工程的地形地質(zhì)及水文泥沙條件，對大壩擋水壩段、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)。對類似多泥沙河流水庫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

1 工程概況

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。水庫控制流域面積978 km2，總庫容744萬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 工程區(qū)條件

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，坪底水庫供水工程30年和200年一遇的入庫洪峰流量分別為2 715 m3/s和5 235 m3/s；一日洪量分別為3 169萬m3和5 848萬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)測懸移質(zhì)輸沙量達(dá)661萬t。

2.2 工程地質(zhì)

坪底水庫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 樞紐工程總布置

3.1 工程等別與標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，取水樞紐水庫確定為?。ㄒ唬┬退畮?，工程等別為Ⅳ等，水庫樞紐建筑物大壩為4級建筑物，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35.65 m，左岸擋水壩段長19.45 m，溢流壩段靠近右岸擋水壩段中間，長51 m，底孔壩段位于左岸擋水壩段和溢流壩段之間，長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，采用液壓啟閉機(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 建筑物設(shè)計(jì)

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，液壓啟閉機(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)，檢修平臺與壩頂齊平，啟閉平臺高程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63.67 m，寬46 m；底孔壩段后池長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0+081.55～0+087.35。工程取水方式采用庫區(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，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 壩體細(xì)部構(gòu)造

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C20，抗?jié)B等級W4，抗凍等級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。

6 結(jié)語

依據(jù)該工程的地形地質(zhì)條件，針對河道汛期流量大、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。

TV62+1

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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)，高級工程師。

2017-02-18；

2017-03-29