某水库枢纽坝型方案设计探究

摘要：某水库枢纽工程以发电为主，兼顾防洪、灌溉、旅游等。本文通过对混凝土面板堆石坝、碾压混凝土重力坝和碾压混凝土拱坝从技术、经济方面进行对比，最终将碾压混凝土重力坝推荐位选择坝型。

关键词：水库枢纽；坝型方案；设计研究

中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

某水库枢纽是湘江中游一支流梯级开发方案第二个梯级电站。坝址以上控制流域面积324.00m3，混合式开发，总库容10855万m3，防洪库容1370万m3，电站装机容量35MW，工程为II等，永久性建筑级别为2级，次要建筑级别为3级，临时建筑级别为4级。水库正常蓄水位300.00m，设计洪水位（P=0.1%）300.02m，下泄流量Q=1700m3/s，相应下游水位219.57m；校核洪水位（P=0.1%）300.60m，下泄流量Q=1880m3/s，相应下游水位220.14m；防洪限制水位296.00m，防洪高水位300.00m，控制安全下泄最大流量Q=626m3/s，相应下游水位215.00m；死水位260.00m，淤沙高程235.00m。坝址区地震动峰值加速度

1、坝型方案简介

2.1.1混凝土面板堆石坝方案。根据勘探，坝址区附近约2.5km处有合适的混凝土面板堆石坝筑坝材料，岩性致密坚硬，为避免上坝线右岸松动变形体，减少趾板基础开挖工程量，拟将坝线上移60m后修混凝土面板堆石坝。坝体剖面根据《混凝土面板堆石坝设计规范》有关规定，参照国内外已建工程经验，上游坝坡1:1.40，下游坝坡1:1.40。坝顶高程按有关规范计算并考虑泄洪洞泄洪留有一定安全余度，确定坝顶高程305.00m，坝址基岩岩性为印支期侵入花岗岩，趾板建基面除河床最大断面置于微风化基岩外，其余均在弱风化岩层，坝体建基面除河床最大断面置于微风化基岩外，其余均在强风化岩层上，距地（1.0-2.0）m。坝顶宽10.0m，最大坝高96.00m，建基面高程209.00m，最大底宽278.80m。

泄洪考虑岸边溢洪道与泄洪洞两种形式。但该工程坝址两岸无天然垭口可建溢洪道，结合实际地形，在左岸坝肩上游侧布置泄洪洞或溢洪道，其轴线斜穿左岸条形山脊，溢洪道堰型为宽顶堰，溢流前缘长36.00m，设3孔12mx10m钢质弧形闸门，堰顶高程290.00m，制段长30.00m，泄槽长165.00m，消能形式为挑流，挑流鼻坎位于坝轴线下160m冲沟内，鼻坎顶板高程254.00m。泄洪洞采用有压短管进流，进水口底板高程271m，进口段顶部为椭圆曲线，长半轴取9.33m，短半轴取3.11m，顶部压板斜率为1:6.0，收缩断面底宽12.00m，洞身型式为城门洞型，宽高为12.00m、13.00m，消能形式为挑流，挑流鼻坎高程为220.00m。经工程量和投资估算，泄洪洞工程量小，投资省。

2.1.2碾压混凝土重力坝方案。碾压混凝土重力坝设计系根据《混凝土重力坝设计规范》的要求，参照已建工程经验，碾压混凝土重力坝设计洪水重现期为100年，校核洪水重现期1000年，根据规范要求计算确定坝顶高程302.00m。坝体剖面按一般原则为一基本三角形断面，上游为直立面，下游坝坡1:0.70，坝顶宽为10.0m，最大坝高97.00m，坝址基岩岩性为印支期侵入花岗岩，建基面高程230.00m以下座落在微风化岩层上，建基面高程230.00m以上座落在弱风化岩层上。经对坝体在荷载基本组合（1）、基本组合（2）和特殊组合（1）各种工况下进行抗滑稳定和最大与最小垂直正应力进行计算与分析，大坝标准断面抗滑稳定安全系数K/分别3.29、3.29和3.24，满足规范要求；上游端压应力最小值出现在溢流坝段特殊组合（1）情况，最小值0.038 MPa。下游端最大压应力为1.618 MPa，满足坝基承载力要求。溢流坝堰顶高程292.00m，设置3孔12mx8m钢质弧形闸门，消能型式为挑流。

2.1.3碾压混凝土拱坝方案。碾压混凝土拱坝设计系根据《混凝土拱坝设计规范》要求，参照已建经验，结合地形、地质、工程布置及拱坝稳定与应力分析。碾压混凝土拱坝设计洪水重现期100年，校核洪水重现期1000年，坝顶高程确定同碾压混凝土重力坝302.00m。

拱坝总体上采取双曲布置，考虑碾压混凝土施工上的方便，拱冠梁剖面上游面设计为接近垂直面，顶拱最大中心角105.10，顶拱弧长247.226m。拱冠梁顶厚5m，底厚29.1m。厚高比约为0.3，边梁最大倒悬度0.158。水平拱圈采用三心圆布置，并根据计算需要，在262高程以下，下游侧圆采用拱端加厚贴角形式，最大拱端加厚的厚度为4m。并根据地质专业提供的平切图和可利用基岩等高线图确定各控制高程拱圈参数值。

因河床右岸存在一松动变形体，岩层风化深，为调整体形，在拱坝右端设一重力墩，最低建基面高程265.00m，墩顶宽15.00m，上游面设垂直，下游坡比1:0.5，最大底宽33.50m，长度为52.819m。拱坝建基面座落在微风化花岗岩层上，而右岸270.00m以上坝基面仅座落在强风化花岗岩层上；重力墩建基面座落在弱风化花岗岩层上。泄洪方式采取表孔溢流，溢流坝堰顶高程292.00m，设置3孔12mx8m钢质弧形闸门，消能型式为挑流。

2、坝型方案比选

2.2.1混凝土面板堆石坝方案能就地取材、对坝基地质要求低、施工不受气候影响等。

坝址区地层岩性为印支期侵入岩花岗岩，河谷左右两岸斜坡下部基岩，岩石呈微风化和新鲜状态，致密坚硬，适合修建混凝土面板堆石坝材料。并且运距近，储量丰富，与泄洪洞组合，工程投资低；该坝型坝体堆石可置于强风化岩层上，仅趾板局部需挖至弱风化岩层，避开了右岸松动变形体，开挖量小。但该坝型不能坝顶溢流，需建溢洪道或泄洪洞泄洪。当与泄洪洞组合时，遇超标准洪水，泄洪有风险；当与溢洪道组合时，工程投资较碾压混凝土重力坝方案多2343.53万元。

2.2.2碾压混凝土重力坝方案可采用表孔溢流，无需建岸边溢洪道或泄洪洞，遇超标准洪水时泄洪安全余度较大；与常规混凝土重力坝比，施工快；掺合粉煤灰可节省水泥用量，简化温度控制；且全断面碾压可节省模板用量。但当地缺乏天然砂石料，距坝址15km处约有40万m3砂石料，大部分混凝土骨料需人工碎石，工程投资大，较碾压混凝土重力拱坝多投315.62万元；施工受气候影响大。

2.2.3碾压混凝土拱坝方案可用表孔溢流，无需建岸边溢洪道或泄洪洞，遇超标准洪水时泄洪安全余度较大；坝体积较小，坝体工程量较小，投资省，较碾压混凝土重力坝方案节省投资315.62万元；与常规混凝土重力拱坝相比，施工速度快；掺合粉煤灰可节省水泥用量，简化温度控制；且全断面碾压可节省模板用量。但天然砂石料缺乏，距坝址15km处约有40万m3储量的砂石料，大部分混凝土骨料需人工碎石；对坝基地质条件要求高；施工难度大，专业性强，施工进度难保证；受气候影响大。

三、结论

通过对混凝土面板堆石坝、碾压混凝土重力坝和碾压混凝土拱坝三种坝型进行技术与经济比较分析，认为碾压混凝土重力坝方案技术可行，经济合理，特别是遇超标准洪水时泄洪安全余度大，故选定碾压混凝土重力坝作为推荐坝型。

参考文献：

[1] 赵承霞.水利枢纽工程坝型基本理论及研究现状[J].科技创新导报.2009(13).

[2] 马品非.浅谈铁厂沟水库设计中几种坝型的比较分析[J].中国水运(下半月).2010(06).