吴 鸿，程明伟，吴浩然

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

1 工程概况

夹山水库所在夹山河为长江流域乌江上游三岔河左岸一级支流，发源于织金县白泥镇与六枝特区新华镇交界的梁子上，河源高程1763.5 m，河流由西北向东南流，经大冲头、小坡脚，于白杨寨附近折向南流，在公鸡岭处接纳左岸林果洞支沟，继续向南流，于小河村下游约450.0 m处汇入鱼洞泉群后又流经大树脚、联合村、肖家湾村后，于大坟坝附近汇入乌江上游三岔河，夹山河地表明流区流域集水面积39.5 km2，明流区主河道河长16.0 km，主河道平均坡降16.82‰；含外流域补给后，夹山河全流域集水面积70.7 km2，河道河长18.3 km，河道平均坡降15.40‰。

夹山水库坝址以上地表分水岭集水面积31.3 km2，主河道河长11.6 km，主河道平均比降25.10‰；含外流域补给的计算面积为62.5 km2，主河道河长13.9 km，主河道平均比降21.10‰。

夹山水库工程主要包括水源工程和供水灌溉工程。水源工程主要建筑物有胶凝砂砾石坝、坝顶溢洪道、坝身取水系统。供水灌溉工程主要建筑物有输水管道、提水泵站、隧洞、管桥。

水库校核洪水位1219.34 m(P=0.1%)，总库容1430万m3，设计洪水位为1218.12 m(P=2%)，相应库容1275万m3，正常蓄水位为1218.00 m，相应库容为1248万m3，最大坝高53.0 m，工程建成后，P=95%供水量为1126万m3/a；可灌溉1020.4 hm2农田，P=80%灌溉用水量为353万m3/a；下放环境水量492万m3/a。

2 大坝选择及设计

2.1 坝型基本分析

根据坝址区域的地形地质、施工条件、运行管理要求等，主要在刚性坝中选择坝型进行分析。

(1)拱坝适应性分析。根据坝址地形地貌、地质条件可知：11自然地形正常蓄水位时河谷宽320.0 m，宽高比8.27，河谷宽高比大，修建拱坝坝轴线相对较长，发挥拱的作用不明显，拱坝体型大，与其他坝型相比，无明显优势；22岩层平缓倾下游，坝址下伏基岩为泥岩、砂质泥岩、黏土岩等，较软岩与中硬岩相间分布，节理裂隙发育，对抗滑稳定不利；拱坝主要借助拱效应将水推力等荷载传至两岸坝肩基岩，若修建拱坝，两岸坝肩基础承载力不满足要求。坝址工程地形地质条件对拱坝的适宜性差，故不适宜修建拱坝。

(2)重力坝适应性分析。坝址区为宽缓不对称“V”型横-斜向河谷，自然地形正常蓄水位时河谷宽320.0 m，宽高比8.27，在宽高比较大的情况下，拱坝坝轴线相对较长。根据勘测成果，坝基岩体为薄至中厚层砂质泥岩、砂岩偶夹泥岩，较软岩与中硬岩相间分布，节理裂隙发育，岸坡风化深度较大，岩层倾下游略偏左岸，倾角10°～20°。坝址条件适宜修建重力坝[1]。

综合以上分析，选择胶凝砂砾石坝以及重力坝中的常态混凝土坝、碾压混凝土坝共3种刚性坝型进行初步分析比较；根据坝址地质条件，选择条件较好的弱风化下部基岩为重力坝建基面，建基面高程1171.00 m。根据水文气象资料，拟定重力坝坝高50.00 m。根据已建工程相关资料对3种坝型主要单价进行分析，初估主要工程量、单价及投资如表1所示。

表1 重力坝不同坝型坝体主要工程量及投资对比

从表1可知，3种坝型主要工程量相差不大，胶凝砂砾石坝坝体工程较常态混凝土坝、碾压混凝土坝高5%，在原材料相同的情况下，胶凝砂砾石坝具有骨料粒径要求低、水泥标号低、水泥用量少的优点，其填筑料单价仅为碾压混凝土坝的87.4%、常态混凝土坝的71.7%，投资较碾压混凝土坝、常态混凝土坝节省很多；故选择胶凝砂砾石坝参与坝型比较。

2.2 胶凝材料坝设计

2.2.1 结构布置及材料分区

胶凝砂砾石坝坝顶高程1221.00 m，河床建基面位于弱风化层的中下部，最低建基面高程1168.00 m，最大坝高53.00 m，坝顶总长度316.60 m，共分10个坝段，其中左岸5个坝段，右岸布置4个坝段，河床布置溢流坝段。坝顶宽6.00 m，上游坝面在1215.00 m高程以下坝坡为1∶0.6，下游坝面在1215.00 m高程以下坝坡为1∶0.7。

坝体材料为C6胶凝砂砾石,河床溢流坝段总宽为16.00 m，共布置2孔开敞式溢洪道表孔，堰顶高程1211.00 m，设2孔5 m×7 m弧形闸门，溢流总长为89.157 m。表孔之间闸墩中墩厚2.50 m，两边墩厚为2.00 m。溢流堰面采用WES实用堰，其直线段坡比为1∶0.7，出口采用底流消能，消力池长60.00 m，溢流坝段建基面高程为1182.50 m，消力池底板高程1175.00 m。

2.2.2 设计计算

(1)坝顶高程计算。坝顶高程确定考虑正常蓄水位和校核洪水位情况，取两者中最大值作为坝顶高程[2]。计算成果如表2所示。

表2 坝顶高程计算 m

由表2可见校核洪水位情况为控制情况，取坝顶高程定为1221.00 m。根据坝顶交通、布置需要，非溢流坝段坝顶宽度确定6.00 m。

(2)坝基抗滑稳定。坝体抗滑稳定计算[3]公式如式(1)[1]所示：

(1)

式中：K′为按抗剪断强度计算抗滑稳定安全系数，对于3级建筑物，规范要求基本组合情况K′>3.0，特殊组合情况K′>2.5；f′为坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；∑W为计算垂直力总和,kN；c′为坝体与坝基接触面的抗剪断凝聚力，kN/m2；A为坝体底面积,m2； ∑P为计算水平力总和,kN。

抗滑稳定计算成果见表3。

表3 沿建基面抗滑稳定计算成果

从以上计算成果可知，基本组合K′>3.0，特殊组合K′>2.5，故坝体抗滑稳定满足规范要求。

(3)深层抗滑稳定。岩层为缓层，总体倾向下游，倾角为15°～24°，考虑沿层面滑出，深层抗滑稳定计算按公式(1)，成果见表4。计算简图见图1、图2。

表4 深层抗滑稳定计算成果表

从表4可知，基本组合K′>3.0，特殊组合K′>2.5，故坝体深层抗滑稳定满足规范要求。

(4)应力计算。坝体应力计算采用材料力学法计算，依照《混凝土重力坝设计规范》(SL 319—2018)要求，在各种荷载组合下，坝基面垂直正应力小于混凝土容许压应力和地基容许承载力；坝基面最小垂直正应力为压应力，坝体最大主应力应小于混凝土容许压应力[4]。计算公式如式(2)所示：

(2)

应力计算结果见表5。

图1 非溢流坝段深层抗滑稳定计算简图(单位：mm)

图2 溢流坝段深层抗滑稳定计算简图

表5 应力计算成果MPa

坝体应力允许值应小于1.5 MPa。由表5计算成果可知混凝土应力计算成果满足规范要求。

3 结 论

胶凝砂砾石坝相对常规的常态混凝土坝、碾压混凝土坝投资少，同时其基础承载力要求也比常规混凝土重力坝要求低，在河床有砂砾石条件下投资将进一步减少，具有广泛应用的前景。