箐頭水庫自密實(shí)混凝土重力壩優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

徐言志

摘 要：根據(jù)箐頭壩址區(qū)水文地質(zhì)條件及重力壩樞紐布置，本文結(jié)合《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319—2018），計(jì)算確定了大壩壩頂高程。大壩抗滑穩(wěn)定及壩體應(yīng)力分析結(jié)果表明，設(shè)計(jì)優(yōu)選的重力壩方案能滿足規(guī)范相關(guān)指標(biāo)要求，確保了工程施工的高效優(yōu)質(zhì)性。

關(guān)鍵詞：重力壩;抗滑穩(wěn)定;壩體應(yīng)力;箐頭水庫

中圖分類號(hào)：TV642.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）14-0067-02

Study on Optimal Design of Self-compacting Concrete Gravity Dam of Qingtou Reservoir

XU Yanzhi

（Guizhou Xinzhongshui Engineering Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550001）

Abstract： According to the hydrogeological conditions of the Qingtou dam site area and the layout of the gravity dam， this paper combined with the "Specifications for Design of Concrete Gravity Dam" （SL 319-2018）， calculated the height of the dam crest. The anti-sliding stability of the dam and the stress analysis results of the dam body show that the designed and optimized gravity dam scheme can meet the relevant index requirements and ensure the high efficiency and high quality of the project construction.

Keywords： gravity dam;anti-sliding stability;dam body stress;Jingtou Reservoir

箐頭水庫位于普安縣江西坡鎮(zhèn)高潮村王家院，所在河流為北盤江三級(jí)支流冷水河。壩址集雨面積為5.8 km2，水庫總庫容為154萬m3，興利庫容為100 m3。設(shè)計(jì)洪水位為1 371.17 m，正常蓄水位為1 369 m。壩型為自密實(shí)混凝土重力壩，最大壩高為57 m，工程為Ⅳ等小（1）型工程。工程任務(wù)主要為普安縣高棉鄉(xiāng)全鄉(xiāng)6個(gè)村共19 825人（規(guī)劃年）提供生產(chǎn)、生活用水，同時(shí)解決周邊706.13 hm2耕地灌溉用水難題。

1 壩址地質(zhì)條件

壩址河谷呈不對(duì)稱的V形，河道總體流向?yàn)镹6°E，壩址河床高程為1 325～1 337 m，河道寬為2～4 m，臨右岸發(fā)育一級(jí)階地，階地內(nèi)有鄉(xiāng)村公路接通，高程為1 335.7～1 337.8 m，寬為10～30 m，左岸底部發(fā)育一級(jí)階地，階地高出河床2～3 m，寬為5～15 m。兩岸均為山脊地形，正常蓄水位為1 375.0 m，抬高水頭為46 m，河谷寬為101 m，寬高比為2.2。壩址第四系覆蓋層廣布，出露的地層巖性為：二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M第二段第二層（P2l2-2）泥質(zhì)砂巖、砂巖與砂質(zhì)泥巖呈不等厚互層分布;龍?zhí)督M第二段第一層（P2l2-1）中厚至厚層泥質(zhì)砂巖;龍?zhí)督M第一段（P2l1）泥巖、砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r及煤10～20層，其頂部為一厚1.5～3.0 m的灰?guī)r?；鶐r面以下強(qiáng)風(fēng)化厚度左岸為7～12 m，河床為4～6 m，右岸為7～13 m。壩址未見較大構(gòu)造通過，巖層呈單斜狀，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定，產(chǎn)狀為320°～340°∠10°～15°，巖層總體傾下游偏左岸。存在淺部裂隙性壩基（肩）繞壩滲漏問題，須做防滲處理。地下水以基巖裂隙水形式存在，強(qiáng)風(fēng)化帶為強(qiáng)透水層，弱風(fēng)化帶為弱透水至相對(duì)隔水層，地下水位主要分布于弱風(fēng)化帶，屬于補(bǔ)給型河谷。

2 自密實(shí)混凝土重力壩結(jié)構(gòu)布置

大壩樞紐由C15自密實(shí)混凝土堆石重力壩+壩頂溢洪道+左岸取水兼放空建筑物組成。

2.1 擋水建筑物

大壩為C15一級(jí)配自密實(shí)混凝土堆石重力壩，壩軸線方位為N86.82°W。壩頂高程為1 373.00 m，建基面最低高程為1 322.00 m，最大壩高為51.00m，壩頂寬度為5.0 m，壩頂長為117.50 m，分為左、右岸非溢流壩段和河床溢流壩段。左岸非溢流壩段長為57.5 m，右岸非溢流壩段長為48.00 m，河床溢流壩段長為12.00 m。大壩非溢流壩段，上游壩坡在高程1 342.00 m以上垂直，以下壩坡坡度為1.0∶0.2，下游壩坡坡度為1.0∶0.8，折坡點(diǎn)高程為1 368.50 m。壩體從上游至下游分別為：C25鋼筋混凝土防滲面板、C15自密實(shí)混凝土堆石。壩內(nèi)設(shè)有基礎(chǔ)灌漿排水廊道。

2.2 溢洪道

溢流表孔布置于壩身河床段（壩0+057.50～壩0+069.50），采用壩頂開敞式泄流，采用單孔泄流，首端泄槽凈寬為10.00 m，進(jìn)入泄槽段后收縮為8 m，堰頂高程為1 369.00 m。溢流堰面曲線堰頂上游端采用橢圓曲線，下游采用WES曲線。出口采用底流消能，消力池長為30.00 m，寬度為8.00 m，底板高程為1 325.50 m。消力池底板采用固結(jié)灌漿及錨桿加固，采用排水孔進(jìn)行排水，溢流面混凝土均采用C35鋼筋混凝土。

2.3 取水兼放空系統(tǒng)

取水兼放空建筑物采用壩身布置方案，采用井筒式取水方式，取水兼放空建筑物位于大壩左壩段（壩0+054.75），進(jìn)口底板高程為1 348.00 m，取水口進(jìn)口由攔污柵、喇叭口、事故閘門井，通氣孔、漸變段等建筑物組成。

3 自密實(shí)混凝土重力壩結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 壩頂高程確定

根據(jù)調(diào)洪計(jì)算成果，大壩設(shè)計(jì)洪水位為1 371.17 m，相應(yīng)下游設(shè)計(jì)洪水位為1 331.69 m;校核洪水位為1 371.81 m，相應(yīng)下游設(shè)計(jì)洪水位為1 332.24 m;正常蓄水位為1 369.00 m。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319—2018），壩壩頂高程=水庫靜水位+[Δh][1-2]。計(jì)算得各工況條件下壩頂高程成果，如表1所示。

由表1可知，壩頂高程由校核洪水位工況控制，不低于1 372.96 m，選定壩頂高程為1 373.00 m。

3.2 大壩抗滑穩(wěn)定及壩體應(yīng)力計(jì)算

3.2.1 抗滑穩(wěn)定計(jì)算基本參數(shù)。壩體混凝土容重采用24 kN/m3;混凝土與基巖層面的抗剪斷參數(shù)取為f′=0.70，c′=0.52 MPa;淤沙按50年淤積高程1 346.52 m計(jì)算，淤沙浮容重為0.8，內(nèi)摩擦角15°。

一是水庫正常蓄水位，上游水位為1 369.00 m，對(duì)應(yīng)下游水位為1 329.10 m;二是設(shè)計(jì)洪水位，上游水位為1 371.17 m，對(duì)應(yīng)下游水位為1 331.69 m;三是校核洪水位，上游水位為1 371.81 m，對(duì)應(yīng)下游水位為1 332.24 m。

3.2.2 大壩穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319—2018），采用安全系數(shù)法對(duì)大壩應(yīng)力及穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算成果如表2所示。

由表2可知，C15混凝土的極限抗壓強(qiáng)度為15.0 MPa，對(duì)于混凝土抗壓安全系數(shù)來說，基本組合為4.0，特殊組合為3.5，則混凝土容許壓應(yīng)力基本組合為3.75 MPa，特殊組合為4.29 MPa;地基容許承載力為2.0～3.5 MPa。由表2計(jì)算成果可知，應(yīng)力計(jì)算成果和地基承載力滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

箐頭水庫壩址區(qū)河谷呈不對(duì)稱的V形，左、右岸總體為陡坡地形。壩址未見較大構(gòu)造通過，巖層呈單斜狀，巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定。為確保水庫樞紐建筑物具有較高的安全可靠性，在擋水大壩整體布置和結(jié)構(gòu)計(jì)算中進(jìn)行了詳細(xì)論證分析，設(shè)計(jì)優(yōu)選的自密實(shí)混凝土重力壩設(shè)計(jì)方案，其壩頂高程、大壩抗滑穩(wěn)定及壩體應(yīng)力計(jì)算成果均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，為工程施工建設(shè)提供重要設(shè)計(jì)技術(shù)保障。

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