张彩双，张奇

（黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003）

1 工程概况

杨家水库坝址位于乐都区境内上水磨沟上，距乐都城区城约30 km，控制流域面积189 km2。上水磨沟主河道长33.80 km，河道平均比降25‰。水库水源主要有上水磨沟水和引大济湟调水，是一座供水、灌溉的综合性工程。水库工程枢纽由拦河大坝、泄水建筑物、放空洞和引水建筑物等部分组成。正常蓄水位2 311 m，总库容1 617万m3，为Ⅲ等中型工程，主要建筑物为3级。最大坝高97 m，大坝提高1级按2级设计；次要建筑物为4级。拦河坝设计洪水标准100年一遇，洪峰流量173.10 m3/s；校核洪水标准2 000年一遇，洪峰流量299.20 m3/s。

2 坝型比选

河谷在正常蓄水位处高宽比约3.40，两岸山体对称性较差，根据工程经验不考虑拱坝。两岸基岩出露，基岩条件较好，河床右侧为主河槽、左侧为滩地，有利于分期导流、减少导流投资，具备修建混凝土重力坝的条件。碾压混凝土重力坝具有水化热低、坝体上升速度快等优势，选择作为代表坝型比较。

坝址区石料和土料丰富，近坝区缺乏可用于筑坝的砂砾石料和混凝土粗细骨料，石料主要为石英片岩。力学指标可满足土石坝筑坝要求；土料主要为轻、中、重粉质壤土，根据试验结果除轻粉质壤土粘粒含量偏低（14.80%）外，其余粘粒含量均满足规范对心墙土料的要求，土料天然密度1.15～1.39 g/cm3，天然含水率5.00%～9.70%，击实后最大干密度1.72～1.85 g/cm3，最优含水率12.10%～16.50%，可满足土石坝防渗要求。根据坝基条件和筑坝材料情况分析，适宜修建当地材料坝。故选择混凝土面板堆石坝和粘土心墙堆石坝作为比较坝型。

从枢纽布置、建筑材料、大坝结构、工程施工及工程量、工期和投资等方面比较。碾压混凝土重力坝投资比混凝土面板堆石坝增加约21 240.08 万元，比壤土心墙坝增加约19 149.66 万元。混凝土面板堆石坝和壤土心墙堆石坝两种坝型枢纽布置相似，壤土心墙堆石坝方案较混凝土面板堆石坝高2 090.42万元，工期多9个月。综合比较推荐混凝土面板堆石坝。

3 泄洪建筑物设计

3.1 开敞式正槽溢洪道

3.1.1 进水渠

进水渠段桩号Y0-010.00～Y0+000.00，全长10 m。底高程2 308 m，底宽12 m，两侧边坡1：0.50，过流横断面由前部梯形渐变到后部矩形，底板衬砌厚0.50 m，边墙厚0.50 m。

3.1.2 控制段

控制段桩号0+000.00～0+025.00，全长25 m。控制段采用无控制开敞式驼峰堰，净宽12 m，边墩厚2 m；堰型采用a型驼峰堰，堰高3 m，堰顶高程2 311 m。闸室基础上游端设置灌浆帷幕，与坝体帷幕相接。堰顶上游侧设工作桥，桥面宽7 m，与坝顶公路相接。

3.1.3 泄槽段

泄槽段桩号Y0+025.00～Y0+180.00，全长155 m。泄槽段在平面上采用直线布置。

根据溢洪道处地形地质条件，溢洪道在纵剖面上分两段。①第1段：桩号Y0+025.00～Y0+045.00，泄槽采用矩形断面，底宽由12 m渐变为6 m，底坡i=0.05，边墙高度由8 m渐变为2.50 m。②第2 段：桩号Y0+045.00～Y0+091.00 泄槽采用矩形断面，底宽6 m，底坡i=0.05，边墙高度2.50 m。③第3 段：桩号Y0+091.00～Y0+180.00 根据溢洪道设计规范相关条文的规定，泄槽缓坡与陡坡段间采用抛物曲线过渡连接，抛物线方程为Y=0.02X+X2/11，边墙和底板采用混凝土整体式结构，衬砌厚度根据泄流情况、地质条件和其它工程经验确定为0.60 m，局部泄槽段岩体高度不足，边墙采用半重力式挡墙型式。

3.1.4 挑流鼻坎段

溢洪道消能防冲型式根据地形、地质条件、泄流条件、运行方式、下游水深及河床抗冲能力、消能防冲要求、下游水流衔接及对其它建筑物影响等因素，通过技术经济比较选定。此工程下游水深较浅，地质条件较好，因此选择挑流消能。

挑流鼻坎Y0+180.00～Y0+196.00，全长16 m。反弧半径15 m，挑射角25°。采用与泄槽等宽的连续式鼻坎，鼻坎高程2 240 m，反弧点最低高程2 237.99 m。底板最薄处厚3 m，边墙与底板采用整体式U形槽，边墙厚度0.60 m。

3.1.5 边坡处理

溢洪道开挖边坡每15.00 m高设一级马道宽2 m。开挖坡比1∶0.50。开挖形成的高边坡需要采取预应力锚索加固。其余边坡采用系统锚杆加固，锚杆Φ25@2 m×2 m，L=4 m，挂φ6@150钢筋网，喷10 cm厚混凝土并设排水孔。

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3.2 洞式溢洪道

3.2.1 进水渠

进水渠为矩形直墙扩散段，长10.41 m，平面布置为非对称收缩型，右岸直线，左岸为圆弧收缩段，圆弧半径15 m。过流断面为矩形，首端宽12.85 m，末端宽10 m。全断面钢筋混凝土衬砌厚1 m，渠底高程2 308 m，边墙顶高程2 314 m。

3.2.2 控制段（0+000.00～0+010.00）

溢洪道堰型选用实用堰，堰高3 m，宽10 m，堰顶高程2 311 m，堰顶上游堰头为双圆弧曲线，下游为幂曲线，方程为y=0.3418*x1.85，后接2 m反弧，反弧后接1∶12 斜坡，斜坡末端高程2 307.50 m。全堰无闸门控制自由泄流。

溢流堰两侧直立混凝土边墙厚1 m，墙顶高程2 314 m。控制段首部宽10 m，在0+004处开始收缩，至控制断末收至6 m，与隧洞等宽相接。底板设φ32锚筋，长7 m，间排距1.50 m。

3.2.3 隧洞段（0+010.00～0+150.00）

隧洞段全长140 m，纵坡1∶12.。隧洞段开挖断面为7.20 m×7.20 m城门洞型，全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.60 m，衬砌内净尺寸6 m×6 m。隧洞段顶拱圆弧段设2 m长φ25锚杆，间排距1 m，排水孔长2 m，间排距4 m。

3.2.4 泄槽段（0+150.00～0+260.00）

泄槽段采用直线布置，全长110 m，纵坡为1∶1.85，隧洞纵坡与泄槽纵坡变坡处采用抛物线连接，抛物线方程为y=0.02x2+0.083x，抛物线起点桩号0+149.240，抛物线终点桩号0+160.74。泄槽采用等宽矩形断面，宽6 m，泄槽边墙高2.50 m。底板和边墙采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.60 m。

3.2.5 挑流鼻坎段（0+260.00～0+275.00）

挑流鼻坎全长15 m。反弧半径15 m，挑射角30°。采用与泄槽等宽的连续式鼻坎，鼻坎高程2 240 m，反弧点最低高程2 237.99 m。底板最薄处厚3 m，边墙与底板采用整体式U 形槽，边墙厚度0.60 m。

3.2.6 边坡处理

溢洪道开挖边坡每15 m高设一级马道，马道宽2 m。开挖坡比为1∶0.50。由于洞式溢洪道，开挖形成的边坡较高的部位和岩体顺层角成较大角度，不需要采取锚索加固。边坡均采取系统锚杆加固，锚杆Φ25@2 m×2 m，L=4 m，挂φ6@150钢筋网，喷10 cm厚混凝土并设排水孔。

两方案从布置上均能满足泄流要求，且泄流能力一样，出口布置也基本相同。开敞式方案进水渠段和闸室段开挖形成边坡高约50 m，受层面与坡面的不利组合以及顺层剪切带的影响，开挖边坡岩体稳定性差，需采取预应力锚索加固，造成投资较高。洞式溢洪道在形成高边坡的部位采取隧洞泄流，避免了高边坡开挖。经比较推荐洞式溢洪道方案。

4 放空洞

放空洞采用以下两种布置方案进行比选：①岸边塔式方案，放空洞进口塔架布置在火烧沟内，塔架后采用龙抬头接导流洞。②竖井方案，放空洞塔架采用竖井式，竖井前设一支洞，竖井后采用龙抬头段接导流洞。

岸边式方案开挖量较大，形成高约100 m 的高边坡，开挖料能做大坝次堆石料，边坡岩体为石英片岩，岩层走向与正坡坡面走向呈大角度相交，边坡整体稳定性较好。暴雨冲刷容易淤堵引水管道的进口。竖井方案塔架稳定性较好，开挖量较小，但进口压力洞段无检修条件，投资较岸边式塔架方案节约52.07万元。经比较推荐竖井方案。

5 枢纽布置

坝址左岸为凸岸，且上游为一冲沟，适合布置引、泄水建筑物；从地形条件看将溢洪道布置在河床左岸开挖量较省；导流洞布置在左岸洞线较短，后期改建为放空（引水）洞的洞线也较短。若将溢洪道布置在左岸，泄洪时将影响放空洞出口。溢洪道规模较小，将其布置在基岩条件较好的右岸，开挖料经分选可作为大坝堆石料，因此将溢洪道布置在右岸，导流洞布置在左岸，后期改建为放空洞，洞内布置引水管线。

6 结语

根据地形条件，结合现场地质勘探揭露成果，对拦河坝型、泄洪建筑物、放空洞等关键技术方案比选。