阿當(dāng)水庫大壩樞紐布置及設(shè)計計算

姜應(yīng)紅

摘 要：根據(jù)阿當(dāng)水庫壩址地形地質(zhì)勘探揭露成果，圍繞壩型地形地質(zhì)適應(yīng)性、樞紐布置合理性、壩基防滲處理、樞紐工程占地及節(jié)省投資等關(guān)鍵技術(shù)問題進行深入研究。優(yōu)選的埋石混凝土重力壩壩型，具有良好的技術(shù)可行性和經(jīng)濟優(yōu)越性，可為工程順利施工建設(shè)提供重要技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：阿當(dāng)水庫;壩型比選;壩頂高程;抗滑穩(wěn)定;應(yīng)力計算

中圖分類號：TV62 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）22-0089-03

The Layout and Design Calculation for Gravity Dam of Adang Reservoir

JIANG Yinghong

Abstract： According to the results of topographic and geological exploration of Adang reservoir dam site， the key technical problems such as adaptability of dam type topography and geology， rationality of hub layout， seepage control treatment of dam foundation， occupation of land and investment saving of key projects were studied in depth. The optimized dam type of buried rock concrete gravity dam has good technical feasibility and economic superiority， which can provide important technical guarantee for the smooth construction of the project.

Keywords： Adang reservoir;dam type comparison;dam crest elevation;anti-sliding stability;stress calculation

1 工程概況

阿當(dāng)水庫工程樞紐區(qū)位于安龍縣棲鳳街道辦事處平寨村，距離安龍縣約14km，距離興義市76km。水庫所在河流灑米河屬于珠江流域南盤江水系二級支流，壩址以上集水面積14.3km2，多年平均徑流量785萬m3，工程是以木咱鎮(zhèn)集鎮(zhèn)供水和棲鳳街道辦事處農(nóng)村安全飲水以及灌溉供水的綜合性水利工程。水庫正常蓄水位為1 340.00m，設(shè)計洪水位為1 341.84m，校核洪水位為1 342.63m，水庫總庫容356萬m3，興利庫容245萬m3，死庫容35萬m3，為多年調(diào)節(jié)水庫。工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為小（1）型。

2 工程地質(zhì)條件及壩型比選

2.1 工程地質(zhì)條件

阿當(dāng)水庫壩址處河谷呈不對稱寬“V”字型，左、右岸均較陡，河谷形態(tài)完整性較好。壩址區(qū)主要出露三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組（T2g1）薄至中厚層灰色、深灰色白云巖及泥質(zhì)白云巖。壩區(qū)為單斜構(gòu)造，巖層總體傾向河流上游偏左岸，巖層產(chǎn)狀120°～125°∠10°～12°。壩址裂隙較發(fā)育，經(jīng)統(tǒng)計較明顯、規(guī)律較強的主要裂隙有以下兩組：①產(chǎn)狀走向230°～265°，傾向SE，傾角80°，裂面淺部張開0.5～2cm，泥質(zhì)巖屑充填，深部閉合，地表可見延伸長0.3～1.2m，發(fā)育頻率3～4條/m;②產(chǎn)狀走向105°～170°，傾向NW，傾角85°，裂面淺部張開0.1～1.0cm，泥質(zhì)巖屑，深部閉合，地表可見延伸長0.2～0.8m，發(fā)育頻率2～3條/m。壩址區(qū)弱風(fēng)化巖體中：泥質(zhì)白云巖強度較高，巖塊飽和抗壓強度一般大于30MPa，強度較高，屬中硬巖類。

2.2 壩型比選

根據(jù)壩址的地形地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)亟ㄖ牧系墓?yīng)條件[1]，壩址可修建柔性壩和重力壩。由于當(dāng)?shù)啬噘|(zhì)白云巖大面積出露，開采較方便，因此，壩型選擇埋石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型進行比較，優(yōu)選與工程實際相匹配的壩型。

①地形地質(zhì)條件適應(yīng)性：壩址地形、地質(zhì)條件具備修建埋石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩的條件，但由于沒有合適的埡口布置溢洪道，混凝土面板堆石壩的溢洪道需要在岸坡開挖形成，相對而言，埋石混凝土重力壩適應(yīng)性較好。

②樞紐工程布置：對于埋石混凝土重力壩，樞紐布置較緊湊，溢洪道、取水兼放空管分別布置于壩體中部、右壩段，均集于壩體一身;對于混凝土面板堆石壩，溢洪道布置于右岸坡，取水兼放空隧洞布置于左岸山體內(nèi)，各建筑物的布置相對獨立、分散。兩種方案布置各有所長。

③施工條件：壩址場地開闊、有簡易公路通達，對于兩種壩型來說，施工條件均較好。由于筑壩材料和樞紐布置的不同，其施工方式、施工技術(shù)也有所不同，但兩種壩型均為成熟壩型，施工技術(shù)和施工方法均安全可靠，并無難度，兩種壩型施工條件基本相當(dāng)。

④工程占地：埋石混凝土重力壩的樞紐布置較緊湊，占地共7 500m2，未侵占基本農(nóng)田;混凝土面板堆石壩的壩體斷面較大，占地共19 500m2，其中侵占基本農(nóng)田約6 586m2。從工程占地來看，埋石混凝土重力壩方案優(yōu)于混凝土面板堆石壩方案。

⑤工程量及投資：混凝土面板堆石壩體斷面較大，其工程量較大，埋石混凝土重力壩斷面相對較小，其工程量也較小;埋石混凝土重力壩方案樞紐工程的投資為5 832.75萬元，混凝土面板堆石壩樞紐工程的投資為5 952.03萬元，埋石混凝土重力壩比混凝土面板堆石壩少119.28萬元。

埋石混凝土重力壩樞紐布置較緊湊，施工條件較好，施工工期較短，不占用基本農(nóng)田，有利于盡早發(fā)揮工程效益，且工程投資較少，技術(shù)經(jīng)濟性較優(yōu)。因此，經(jīng)綜合對比分析后，優(yōu)選埋石混凝土重力壩壩型。

3 埋石混凝土重力壩樞紐布置設(shè)計

埋石混凝土重力壩樞紐布置方案為C15埋石砼重力壩+壩頂溢洪道+壩內(nèi)取水兼放空管。

3.1 擋水建筑物

埋石混凝土重力壩軸線成直線布置，方位角為N17.40°W，壩頂長174m，頂寬5m。大壩由溢流壩段和非溢流壩段組成，非溢流壩段總長156.00m;溢流壩段布置在大壩中部，總長18m。壩頂高程1 344.00m，建基面高程1 307.00m，最大壩高37m，上游面1 320.0m高程以上鉛直，上游面1 320.0m高程以下壩坡m=0.20，下游壩坡m=0.70，起坡點高程1 337.00m。壩體材料采用C15埋石混凝土填筑，根據(jù)防滲需要，上游迎水面采用C20二級配防滲混凝土，厚度為1.0m;壩基設(shè)1.0m厚C15常態(tài)混凝土墊層，下游采用C15防滲混凝土，厚0.5m。

3.2 泄水建筑物

溢洪道布置于壩頂中部，樁號為壩0+099.00m～壩0+117.00m，為無閘溢洪道。溢洪道堰頂高程為1 340.00m，每孔凈寬7.5m，共設(shè)2孔，溢流前沿總凈寬15.0m。溢流面采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)設(shè)C30鋼筋混凝土導(dǎo)墻。溢流堰面上游采用橢圓曲線，長軸半徑為0.5m，短軸半徑為0.3m，下游采用WES曲線，方程為[Y=0.28X1.85]。溢洪道采用底流消能，消力池長18m，寬16m，池深2.1m，底高程1 314.20m，出口設(shè)大塊石海墁。

3.3 取水兼泄洪放空隧洞

取水兼放空管布置在右壩段壩0+097.25m處，進口為塔式取水口，底板高程為1 323.00m，喇叭型進口，進口布置有檢修閘門豎井，設(shè)置1.5m×1.5m（寬×高）事故檢修閘門及相應(yīng)的啟閉設(shè)備;考慮到水庫放空的需要，在閘門前設(shè)置活動式攔污柵，攔污柵設(shè)置在取水口進口洞喇叭口處，攔污柵尺寸為2.5m×2.0m（寬×高），底檻高程為1 323.00m;取水口后接壓力管道，管道中心高程為1 323.75m，直徑為1 000mm，管道外用C20鋼筋混凝土包裹;管道出口設(shè)直徑1.0m放空閘閥、0.8m的供水閘閥、0.1m的環(huán)境水閘閥各一個，水流直接泄入溢洪道消力池。

4 設(shè)計計算

4.1 壩頂高程計算

大壩為4級建筑物，埋石混凝土重力壩按30年一遇洪水設(shè)計和300年一遇洪水校核的控制工況來確定壩頂高程。根據(jù)調(diào)洪計算成果，阿當(dāng)水庫設(shè)計洪水位為1 341.84m。校核洪水位為1 342.63m，吹程D=0.6km，多年平均最大風(fēng)速為15.7m/s。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》（SL 319—2018）要求[2]，防浪墻頂高程=水庫靜水位+[Δh]，其中[Δh]為壩頂距水庫靜水位的高度，[Δh]由式（1）確定，并選高者作為選定高程：

[Δh=h1%+hz+hc] ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

代入各參數(shù)，壩頂高程計算結(jié)果如表1所示。

由表1可知，壩頂高程由校核洪水位情況控制，最終取壩頂高程為1 344.00m。

4.2 大壩穩(wěn)定及應(yīng)力計算

4.2.1 荷載組合?？够€(wěn)定和應(yīng)力計算的荷載組合分基本組合和特殊組合兩種，結(jié)合本工程實際，本工程考慮三種荷載組合，即基本組合1：自重+正常蓄水位及相應(yīng)下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力;基本組合2：自重+設(shè)計洪水位及相應(yīng)下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力;特殊組合1：自重+校核洪水位及相應(yīng)下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力。

4.2.2 壩體抗滑穩(wěn)定計算。壩體抗滑穩(wěn)定按抗剪斷強度公式計算，壩體抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果如表2所示。

由表2可知，溢流壩段及非溢流壩段抗剪斷安全系數(shù)[K′]均滿足規(guī)范要求。

4.2.3 壩體應(yīng)力計算。壩體應(yīng)力計算采用材料力學(xué)法計算，根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》（SL 319—2018）的規(guī)定，壩體應(yīng)力計算結(jié)果如表3所示。

埋石混凝土容許壓應(yīng)力基本組合為4.3MPa，地基容許承載力2.8～3.5MPa。由表3計算結(jié)果可知，應(yīng)力計算結(jié)果和地基承載力滿足要求。

5 結(jié)論

①阿當(dāng)水庫封閉條件總體較好，但左右岸局部山體單薄，左右岸均存在低鄰谷滲漏問題，壩基（肩）存在風(fēng)化帶裂隙性繞壩滲漏，需作帷幕灌漿處理。庫岸穩(wěn)定性總體較好，不存在危害性淹（浸）沒問題，具備成庫條件。

②壩址地形、地質(zhì)條件具備修建埋石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩的條件。經(jīng)地形地質(zhì)適應(yīng)性、樞紐平面布置、施工條件、工程占地和工程投資等因素綜合對比分析，優(yōu)選埋石混凝土重力壩壩型方案。

③根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》（SL 319—2018）規(guī)范要求，結(jié)合氣象條件和調(diào)洪成果進行設(shè)計計算，確定壩頂高程為1 344.00m，壩段抗剪斷安全系數(shù)、壩體應(yīng)力及地基承載力滿足規(guī)范要求。

參考文獻：

[1]唐瑜，劉俠，曾勇.高山峽谷區(qū)水電樞紐布置比選研究[J].水電站設(shè)計，2014（3）：12-15.

[2]中華人民共和國水利部.混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范：SL 319—2018[S].北京：中國水利水電出版社，2018.