松溪供水工程大坝坝型设计方案比选

2013-09-26李嵘

山西水利 2013年10期

关键词：松溪坝型堆石

李嵘

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

松溪供水工程大坝坝型设计方案比选

李嵘

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

介绍了重力坝与拱坝坝型的优缺点，从山西省昔阳县口上水库坝址处地形、地质气象条件、筑坝材料、工程总布置、施工条件、工程量及投资等方面对重力坝与拱坝两种方案进行分析比较，最终选择采取堆石混凝土重力坝方案。

大坝；重力坝；拱坝；松溪供水工程

1 工程概况

松溪供水工程包括水源工程和输水工程两部分，水源工程口上水库位于昔阳县东冶头镇口上村附近松溪河下游河道上，坝址距昔阳县城35 km。输水工程从口上水库库区取水，经东冶头、界都，至昔阳县城，线路全长29.2 km。

2 坝址气象地质条件

2.1 气象条件

口上水库工程区气候类型属大陆性干旱气候，四季分明，多年平均蒸发量1 831 mm；平均气温9.7℃，极端最高气温38.7℃，极端最低气温零下20.9℃。由于区域内地形变化大，无霜期各不相同，海河流域东北部的孔氏、东冶头2个乡镇无霜期达160 d以上，中部地区在150 d左右，黄河流域及海河流域东南部分地区为130～140 d，多年平均降水量499.5 mm，主要集中在7—8月，最大日降雨量153.9mm。区内最大冻土深度70 cm。枯水期为当年10月至次年5月。

2.2 地质条件

坝址区位于口上村至董郑桥的松溪河灰岩峡谷中，坝址距河口下游口上村100 m。河谷呈“U”字形，谷底宽38m，河床高程608.2～609.3m，河水位高程608.0m，河流流向为N16°E；坝址两岸山体浑厚，为基岩山区，山梁最高770 m，相对高差150m。河谷两岸下部为悬崖陡壁，上部（高程635 m以上）岸坡变缓。地貌上属溶蚀侵蚀低中山峡谷区。坝基岩性为寒武系张夏组中厚层鲕状灰岩，为中硬岩，岩体较完整，局部完整性差，抗滑、抗变形性能在一定程度上受结构面和岩石强度控制，稳定性好。坝基覆盖层为第四系全新统洪冲积卵石混合土，为强透水层，存在渗漏、渗透变形破坏和基坑涌水问题，需采取防渗及排水措施。左、右坝肩岩层平缓，岩体节理裂隙发育，局部存在边坡稳定问题，建议采取护坡工程措施。左右坝肩绕坝渗漏，需进行防渗处理。右坝肩山梁稳定，不存在抗滑稳定问题。

3 坝型方案比选

根据坝址区的实际情况，初拟了混凝土重力坝和混凝土拱坝两种坝型。重力坝具有安全可靠、对地形地质条件适应性强的优点，枢纽泄洪问题易解决，便于施工导流且施工方便。但坝体剖面尺寸大，材料用量大，最好能够就地取材。坝体应力低，材料强度不能充分发挥，而且坝体与地基接触面大，会产生较大的扬压力，不利于坝体稳定。拱坝是固结于基岩的空间壳体，其所受的水平压力主要通过拱的作用传向两岸，因此修建拱坝最理想的地形是左右两岸对称、岸坡平缓无突变、在平面上向下游收缩的峡谷。当河谷不对称时，坝体受力条件较差，设计施工复杂。拱坝有利于材料强度的发挥，故坝体轻薄、节省材料。同时拱坝属高次超静定结构，超载能力强、弹性好，故抗震性强。但拱坝坝身不设永久伸缩缝，温度变化和基岩变形对坝体应力的影响比较显著，同时拱坝剖面薄、几何形状复杂，对施工质量、筑坝材料和防渗要求都较重力坝严格。此外，拱坝对地质条件的要求较高，需要基岩均匀、坚固完整、有足够的强度、耐风化、岸坡稳定且无大断裂，都需对地质条件采取妥善处理措施，如果处理工作量过大、费用过高，则应另选其他坝型。

根据该工程的地形地质及气象条件分析，考虑堆石混凝土石料用量大、施工速度快，拟对堆石混凝土重力坝和混凝土拱坝两种坝型进行比选。

3.1 堆石混凝土重力坝方案

松溪河洪量较大，所需泄洪设施规模大，而坝址处河谷狭窄，重力坝长度小，泄洪设施布置困难。为方便泄洪建筑物的布置，减少下泄水流对下游岸坡的冲刷，把重力坝轴线布置在坝址区河谷相对较宽处，距峡谷出口90 m，坝轴线布置为曲线形，坝顶高程647.9m，最大坝高58.4m，坝顶长120m，宽6.0m。泄洪设施为表孔和底孔，表孔布置在坝体中部，共5孔，每孔净宽8.0 m，堰顶高程637.0 m，设5扇弧形钢闸门控制，5孔共用一套叠梁检修门。表孔下坝体内布置2孔泄洪排沙底孔，孔口尺寸8 m×5 m（宽×高），进口布置平板事故检修门和弧形工作门，底孔与表孔上、下层对应布置，共用闸墩。坝体上游面设2.0m厚的钢筋混凝土面板防渗，面板与堆石混凝土之间用锚筋连接。大坝施工导流采用全断面围堰，导流洞导流。导流洞全长194 m，城门洞形断面，净宽3.0 m，净高3.5m，随机锚杆，喷混凝土支护。

3.2 混凝土拱坝方案

考虑拱坝坝肩推力对两岸岩体的作用，拱坝坝轴线布置在重力坝轴线上游40m处，采用双曲拱坝，坝顶拱圈圆心角110°，坝顶长120m，坝顶高程647.6m，最大坝高58m，坝顶宽6m，坝底宽21m。泄洪设施为表孔和导流泄洪洞：表孔布置在坝体中部，共7孔，每孔净宽8.0 m，堰顶高程636.0 m，设7扇弧形钢闸门控制，7孔共用2套叠梁检修门。大坝施工导流采用全断面围堰，导流泄洪洞导流的方式。导流泄洪洞布置在右岸，进口距上游坝面约100 m，在平面上呈直线布置，全长220m，底坡1%，进口底高程609.0m，为圆形压力洞，洞径6m，进口设平板检修门，出口设弧形工作门。

两种坝型方案坝基均采用固结灌浆，坝基防渗采用帷幕灌浆。两种坝型方案的工程量及投资见表1。

重力坝采用堆石混凝土填筑，混凝土面板防渗；拱坝较单薄，全部采用混凝土填筑，筑坝材料强度高，耐久性好，工程量较小。重力坝泄流建筑物布置在坝上，运行管理方便。坝址处河岸陡立，拱坝左、右坝肩岩体中节理裂隙、卸荷裂隙发育，对拱座稳定不利。拱坝施工较重力坝复杂，对坝肩地质条件要求较高，坝肩处理费用大，且利用导流洞泄洪排砂，排砂效果较底孔差。尽管拱坝工程直接费用较重力坝方案节约258万元，但考虑到坝址处河谷狭窄，泄洪设施布置困难，拱坝坝肩条件较差，重力坝型更适宜泄洪冲砂底孔的布置，本工程推荐采用堆石混凝土重力坝。