吴 俊

（安顺市水利水电勘测设计院同，贵州 安顺 561000）

雨棚水库挡水建筑物设计要点

吴 俊

（安顺市水利水电勘测设计院同，贵州 安顺 561000）

在现阶段技术条件支持下，常见的挡水建筑物包括堤坝、水闸、以及海塘等多种类型，不但能够满足常规意义上的挡水需求，同时还兼顾了航运、发电等复合型的需求，具有突出的价值。文中以位于芭茅冲河下游的雨棚水库为工程实例，在前期确定混凝土重力坝坝型的基础条件下，就其在设计过程中的关键要点加以分析与探讨。

水库；挡水建筑物；重力坝；抗滑稳定；结构设计；基础处理

在水库挡水建筑物的设计中，除需要关注对相关设计工作的实施以外，还需要通过对挡水建筑物抗滑稳定性的计算，来验证其设计作业的可靠性。本文围绕以上问题作以分析与阐述。

1 工程概况

雨棚水库位于西秀区杨武乡高家村，坝址距安顺市区53 km，属于小（1）型水库。该水库工程的主要工作任务主要为灌溉、乡镇供水及农村人畜饮水。

水库坝址拟建于芭茅冲河下游，芭茅冲河属于珠江流域西江水系蒙江格凸河支流大屯河的左支流。坝址以上集水面积43.74 km2，多年平均流量0.777 m3／s。水库校核洪水位1 193.97 m，总库容109万 m3，正 常 蓄 水位 1 192.5 m，相 应 库 容75万m3，兴利库容63.3万 m3。雨棚水库推荐坝址为上坝址，推荐设计坝型为混凝土重力坝，最大坝高19.8 m。灌区以提水灌溉为主，设计提水泵站 2座，单台最大装机为110 kW。工程建成后，可保证杨武乡1 106.7 hm2耕地的灌溉，同时解决灌区内0.8万人和0.5317万头大小牲蓄的饮水。工程设计向灌区供 水量 229.6万 t／a，并 下 放 生态 环 境 用水234.4万t／a。

2 挡水建筑物设计要点分析

本工程前期结合地质、地形、环境等多个方面特征，将坝型设置为混凝土重力坝。在坝型确定的前提下，为了能够确保挡水建筑物后期效能得到充分的体现与发挥，要求关注以下 7个方面：①对混凝土重力坝坝顶高程的计算；②对混凝土重力坝坝顶结构的设计；③对混凝土重力坝坝坡的计算；④对混凝土重力坝坝体材料分区的设计；⑤对混凝土重力坝分缝止水的设计；⑥对挡水建筑物的基础处理设计；⑦对混凝土重力坝抗滑稳定性的计算［1］。具体而言，结合本工程实际情况，要求从以下几个方面人手：

2.1 对混凝土重力坝坝顶高程的计算

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319—2005）8.1.1条规定，坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差为△h。

计算 参 数：校核 洪 水位1 193.97 m（P ＝0.333%），正常蓄水位1 192.50，水库多年平均最大风速＝10 m／s，水库吹程 D＝1.0 km。按照如下方式进行计算：

防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）＝波高（m）＋波浪中心线至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）＋安全超高（m）。

其中，对于安全超高的取值考虑两个不同的情况，在 P＝0.333%的校核洪水位情况下，安全超高取值为0.2 m；在正常蓄水位的情况下，安全超高取值为0.3 m。

经计算，在校核情况（P＝0.333%）时，P＝1%波高（m）＝0.366m，波浪中心线至校核洪水位的高差（m）＝0.107m，防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）＝0.673m，因此 所 需 防 浪 墙顶 高 程 为1 194.643m；而在正常蓄水位的状态下，P＝1%波高（m）＝0.606m，波浪中心线至正常蓄水位的高差（m）＝0.195m，防浪墙顶至正常蓄水位的高差（m）＝1.101m，此条件下所需防浪墙顶高程为1 193.601m。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），结合大坝溢流坝人行桥布置，最终将整个混凝土重力坝的坝顶高程确定为1 194.8 m。

2.2 对混凝土重力坝坝顶结构的设计

坝顶宽度根据规范、稳定计算及考虑人行要求，取3.0 m，坝顶高程1 194.8 m，坝顶长64.94 m。溢洪道处设连接两岸人行桥，宽度2.5 m，为保证行人安全，坝顶上、下游设栏杆，栏杆顶高程1 196.0 m。左岸坝顶与上坝公路相连接。

2.3 对混凝土重力坝坝坡的计算

大坝坝坡根据稳定计算确定，水库大坝上游在高程1 186.50 m以上坝坡为铅直，以下为 n＝0.2，下游在高程1 191.80 m以上坝坡为铅直，以下为 m＝0.75。

2.4 对混凝土重力坝坝体材料分区的设计

根据坝体应力计算和稳定计算成果，结合当地石料及工期要求，采用材料主要为 C15三级配混凝土，防渗抗渗等级W6。

2.5 对混凝土重力坝分缝止水的设计

考虑到大坝为低坝，底宽不大，不设置纵缝，只设置横缝。整个大坝共设置3条横缝，将大坝分为 4个坝段，缝内设铜片止水一道。

坝体横缝为永久性伸缩缝，由于坝段岸坡不陡，坝体不承受侧向荷载，坝区地震基本烈度小于Ⅵ度，故横缝不设键槽，不灌浆，横缝的上游坝面设一道铜片止水，铜片止水厚1.5 mm，每一侧伸人混凝土的长度为250 mm，埋人基岩内的深度为500 mm［2］。

2.6 对挡水建筑物的基础处理设计

根据本工程的地质条件和大坝高度，大坝建基面河床坝段置于弱风化中部，岸坡坝段置于弱风化中上部。对坝基存在的地质缺陷，如断层破碎带、夹泥裂隙等采用深挖并回填混凝土的措施处理。而对

于坝基而言，根据雨棚水库的工程地质与水文地质情况，采用防渗帷幕灌浆的方案进行防渗处理。

2.7 对混凝土重力坝抗滑稳定性的计算

坝体抗滑稳定按抗剪强度公式计算，计算公式为：

式中：K为按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；f为坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数，取 f＝0.6；∑W为作用于坝体上的全部荷载对滑动平面的法向分值，kN；A为坝基接触面面积，m2；∑P为作用于坝体上的全部荷载对滑动平面的切向分值，kN。

按照以上公式，选取挡水坝段及溢流坝段代表断面进行抗滑稳定计算，所得到的计算结果见表 1。结合表1中所例举的数据可知：整个雨棚水库的坝体抗滑稳定性满足设计要求以及标准规范，可供应用。

表1 挡水坝段及溢流坝段代表断面进行抗滑稳定计算数据表

3 结 语

对于本文所研究的雨棚水库而言，由于满足以上条件，因而选取混凝土重力坝作为挡水建筑物的基本坝型。在此基础之上，本文从对混凝土重力坝坝顶高程的计算、对坝顶结构的设计、对坝坡的计算、对材料分区的设计、对分缝止水的设计、对基础处理设计、对抗滑稳定性的计算这几个方面人手，展开详细的分析与探讨，总结了在水库挡水建筑物设计中的关键要点，望引起特别关注与重视。

［1］晏成明，周春飞，唐德善，等 .河道挡水建筑物优选的模糊层次综合评判模型［J］.水电能源科学，2009，27（05）：149-152.

［2］董彦超，杨纪伟，隋斌，等.挡水建筑物在不同底坡下水流特性的试验研究［J］.黑龙江科技信息，2011（07）：60-61.

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2013-11-26

吴俊（1983-），男，苗族，贵州安顺人，助理工程师，从事水利工程设计方面的工作。