大南沟水库工程总体布置及建筑物设计.pdf

2023.No.7收稿日期：20220516作者简介：左坤（1975），女，高级工程师，主要从事水利水电工程移民工作。DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2023.07.008大南沟水库工程总体布置及建筑物设计左坤（铁岭市银州区现代农业发展服务中心，辽宁铁岭112000）摘要：通过对大南沟水库坝型、泄水建筑物及输水建筑物方案比选，确定了实施方案，并对工程布置进行了介绍。同时，对坝顶高程及坝坡渗流稳定进行计算，结果表明该水库符合有关规范要求。实践证明，水库能够正常运行，并发挥其功效。关键词：坝轴线；坝型选择；总体布置；挡水建筑物；大南沟水库中图分类号：TV62+1；TV222文献标识码：A文章编号：1004-7328（2023）07-0027-031概况大南沟水库位于辽宁桓仁县大南沟村，总库容2 025万m3。坝址处地质构造较好，坝基上部主要是第四系松散坡积物及冲洪积物、下部是岩性为中生代侏罗系岭组火成岩系的花岗岩及侵入岩，地下水和地表水无腐蚀性。2坝轴线、坝型的选择及工程总体布置2.1坝轴线选择通过查看1 10 000地形图及现场查勘，整个沟岔长700 m左右，适合坝轴线选址的位置长约100 m，且出口处仅有一处沟口较窄。综合以上因素，选定此沟口较窄处作为坝轴线。坝轴线左岸A点座标为X4 578 378.800，Y42 463 486.400；坝轴线右岸B点座标为X4 578 092.400，Y42 463 579.700。2.2坝型选择根据料场调查结果可知，当地有丰富的含细粒土砂，运距较近；坝址附近无可开采的石场，石料短缺，运距较远，约24 km；当地黏土运距为5.0 km，储藏在耕地下开挖后需复耕；坝址处左岸岩石覆盖层约24 m，右岸岩石覆盖层约14 m。根据坝轴线地形地质条件，拟在工程量、投资上对碾压式土工膜心墙土坝与碾压式黏土心墙土坝2种坝型进行比较。（1）碾压式土工膜心墙土坝。坝高383.80 m，坝宽4.9 m，坝长261.175 m，沿岸设开敞式溢洪道用于泄洪，泄槽长98.899 m，堰型为宽顶堰，后接钢筋混凝土陡槽，采用挑流消能方式。输水管轴线桩号为0+046.511，直径为0.50 m。（2）碾压式黏土心墙土坝1。坝高383.80 m，坝宽4.9 m，坝长261.175 m，沿岸设开敞式溢洪道用于泄洪，土坝长度247.175 m，泄槽长98.899 m，堰型为宽顶堰，后接钢筋混凝土陡槽，采用挑流消能方式。输水管轴线桩号为0+046.511，直径为0.50 m。经比较，碾压式土工膜心墙土坝投资838万元，碾压式黏土心墙土坝投资922万元，后者比前者投资多 84 万元。而且，由于黏土的黏粒含量约为45%，塑性指数最大为27，2项指标均较高，需经掺砂处理后方可作为防渗体，黏土质量不易保证、施工工期较长，工程发挥效益相对较晚，故选择碾压式土工膜心墙土坝方案较合适。2.3工程总体布置大 南 沟 水 库 坝 轴 线 左 岸 A 点 座 标 为 X4 578 378.800，Y42 463 486.400；右岸B点座标为X4 578 092.400，Y42 463 579.700。枢纽由溢洪道、拦河坝、输水管组成。右岸布置溢洪道，桩号 0-000.0000-014.000，为开放式溢洪道，净宽12.0 m。拦河坝桩号0+000.0000+207.672，采用碾压式土工膜心墙土坝。输水管布置在左岸，坝轴线桩号0+046.511，采用浮筒式进水口，向北点子乡河两岸的2个自然村供水，设置蝶阀。3挡水建筑物3.1基础处理坝基上部主要是第四系松散坡积物及冲洪积物2，主要由碎石土、碎石砂组成；下部岩性为中生代侏罗系岭组火成岩系的花岗岩及侵入岩，主要由强风化千枚岩及中风化千枚岩组成。基础防渗采用2种防渗形式，即覆盖层部分开挖后采用土工膜防渗，岩石部分采用帷幕灌浆处理，相对不透水层的帷海河水利272023年7月幕灌浆深度为4 m。3.2坝顶高程计算根据洪水标准，计算坝顶高程。坝顶高程H取H1与H2中的大值，其中H1为正常运行情况下设计洪水位与坝顶超高之和3、H2为非常运用情况下校核洪水位与坝顶超高之和4。H1、H2计算公式为：H1=H设计+H超高（1）H2=H校核+H超高（2）式中：H设计为设计洪水位（m）；H超高为坝顶超高（m）；H校核为校核洪水位（m）。坝顶高程计算成果，详见表1。由于坝顶交通桥梁底应高于计算水面0.5 m，所以坝顶高程取383.80 m。3.3渗流稳定计算水库设计洪水位382.10 m，校核洪水位382.59 m，正常高水位380.93 m。大坝抗震设计烈度为6度，不进行抗震计算。水库大坝土料指标，详见表2。根据大坝现状的实际运行条件和水位参数以及碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）的相关规定，计算工况如下。（1）正常运用条件。正常高水位稳定渗流期上、下游坡的稳定计算；设计洪水位稳定渗流期上、下游坡的稳定计算。（2）非常运用条件。校核洪水位稳定渗流期上、下游坡的稳定计算；校核洪水位骤降至正常高水位情况上游坡的稳定计算。（3）非常运用条件。正常高水位+地震上、下游坡的稳定计算；设计洪水位地震上、下游坡的稳定计算。采用瑞典圆弧法对大坝上、下游坡进行稳定分析，坝坡稳定计算采用理正软件设计研究院有限公司的“理正边坡稳定分析软件”，大坝稳定计算成果详见表3。由表3可知，大坝满足稳定性要求。4泄水建筑物4.1方案比较坝址区两岸山坡较缓，没有天然垭口，溢洪道位置只能在坝体上、两岸或另开泄洪洞。因河道偏向左侧，溢洪道布置在左侧泄槽长度比布置在右侧短近 40 m。从地质剖面图上看，左岸岩石覆盖层较薄，故将溢洪道布置在左岸。针对上述情况，对3种泄水建筑物的布置方案进行比较。（1）方案1。在主河床处设置混凝土溢流坝，从堰顶溢流。本方案的优点是下泄水流直接入主河槽，下游水流衔接较平顺。其缺点是整个坝轴线长度仅261.175 m，而溢流坝段长度达14 m，大坝高度较高，两边都与大坝相连，施工干扰较大，同时处理2个衔接部分的难度较大。（2）方案2。采用泄洪洞泄洪，其优点是泄水建筑物不在坝体上5，无施工干扰及衔接问题，可大大提高施工速度，坝体防渗性能较好。其缺点是投资较高，单打洞一项即需300万元左右，而且还要兴建至泄洪洞启闭机室的公路，相应电气投资也要增大，同时增加管理投资。（3）方案 3。在左岸布置岸边式溢洪道。从地形图上看，左岸地势较缓，如布置溢洪道，开挖量不大，而且左岸的覆盖层开挖后可以直接筑坝。大坝仅在一侧与溢洪道相接，施工干扰小，施工速度较快，总投资133万元，相对较少。根据以上对比情况，选择方案3泄洪。4.2工程布置溢洪道布置在大坝左岸，与大坝相接6，净宽12.0 m，单孔，两侧设置 1.0 m 厚的边墙，整个溢洪道宽 14.0 m。溢流堰采用宽顶堰，堰顶长8.0 m，坝顶设置交通桥，桥面总宽4.8 m，采用翼缘式矩形板表1坝顶高程计算成果项目上游水位波高波长风壅水面高度波浪爬高坝顶超高坝顶高程设计洪水位382.100.2477.633.910-60.4040.904383.004校核洪水位382.590.1594.901.710-60.2590.559383.149表2土料指标土料坝体地基容重/（kNm-3）天然18.0317.35饱和20.7820.68渗透系数/（cms-1）7.710-47.610-4水上摩擦角（）30.028.0凝聚力/kPa00临界水力坡降0.350.35表3大坝稳定计算成果计算工况瑞典圆弧法计算安全系数1.391.921.471.511.891.75允许安全系数1.151.151.051.151.051.05m左坤：大南沟水库工程总体布置及建筑物设计282023.No.7结构。（1）堰体。堰体坐落在强风化岩上，底高程374.7 m，底部采用C15素混凝土回填至389.73 m高程，净宽12 m。（2）进水渠。进水渠底高程380.43 m，两侧与岸坡及溢洪道连接处做重力式混凝土导水墙，墙基础置于砂砾石土上7，8。进水渠渠底及左岸 380.53 m高程以下采用30 cm干砌石防护。（3）泄槽。泄槽进口处采用渐变断面形式，槽宽由12.0 m渐变为6.5 m，渐变段长度为10 m，紧接渐变段后布置10 m长的直段，直段后布置半径为48 m的弯道。泄槽底坡0.18 1，总长98.899 m，为钢筋混凝土结构，基础坐落在强风化岩层上。泄槽整体为“U”形结构，底板厚0.6 m，两侧设钢筋混凝土边墙，顺坝轴线方向每隔一定距离设置1道收缩缝，缝间设置橡胶止水带。5输水建筑物为满足灌溉要求需设置取水建筑物，取水规模为0.16 m3/s。5.1方案比较因为本水库的主要功能为灌溉，所以需设置引水建筑物。根据枢纽建筑物布置的需要，将引水建筑物布置在左岸。根据地形及地质情况，选择了坝内埋管与隧洞2种方案进行比较。坝内埋管方案的主要优点在于比较经济，施工简单，可提高施工速度。因本工程引用流量较小，所需管径不足1.0 m，如要采用在山体中打输水洞方案，施工条件要求洞径至少在1.8 m，造价偏高，而且施工难度大，施工速度慢，因此选择了坝内埋管方案。选定的坝下埋管方案的输水建筑物位于大坝左岸的山坡上，由进水口、坝下输水管及出口阀室组成。5.2工程布置（1）进水口。在大坝上游左岸的岸坡上设置进水池，基础坐落在强风化岩上，进水池尺寸为2.5 m2.5 m，一端连接取水装置，另一端连接输水管。为满足表层取水需要，取水装置采用浮筒式取水结构。（2）输水管。输水管采用直径为0.5 m的钢管，壁厚8 mm，管长129.512 m，管体坐落在基岩内，即在基岩内挖槽，将钢管完全埋入槽内，然后在槽内回填C10混凝土，既可稳固钢管，又可保证坝体在埋管处不会产生过大的沉降变形。（3）出口阀室。在大坝下游左岸设置1个24 m2阀室，为砖混结构。阀室一端连接输水管，为检修方便输水管接入阀室后设置1台总阀，输水管经过总阀之后分为2根岔管，在2根岔管上分别设置1台控制阀，岔管通过控制阀后接出阀室。6结语对于大南沟水库而言，选择合理的坝型及坝轴线不仅可以使该水库发挥其高效性能，而且可以保证其经济合理性。根据实际情况，初选出碾压式土工膜心墙土坝和碾压式黏土心墙土坝2种坝型，通过坝轴线、工程地形地质条件、天然建材等方面深入对比分析，最终采用碾压式土工膜心墙土坝，可为相关工程设计提供参考。参考文献1 詹超.库山河水库坝址及坝型方案比选J.陕西水利，2020（4）：150-152.2 褚青来，姜苏阳，李艳，等.河口村水库工程坝线坝型方案比选J.人民黄河，2014（10）：100-102.3 杨建波.深沟水库上下坝址的比选分析J.浙江水利水电学院学报，2017（2）：36-41，52.4 刘勇，魏潇，杨兰.桃源水库坝址区工程地质条件论证与坝型优选J.广西水利水电，2018（3）：10-14.5 白超.花坝水库大坝坝址坝型比选及结构布置J.广东水利水电，2020（1）：5-10.6 杨再松，刘前科，陈明.白岩水库大坝坝型坝线比选及结构应力分析J.吉林水利，2021（5）：21-24，28.7 孙光礼，胡雪.德江县塘坝河水库工程选址分析与评价J.内蒙古水利，2019（6）：31-32.8 胡雪，孙光礼.水利枢纽坝址选择和水工建筑物布置J.水利科学与寒区工程，2018（5）：61-63.参考文献1 袁军.坚持流域统一规划 推进新阶段海河流域水利高质量发展J.海河水利，2022（1）：1-4.2 汪绍盛.天津市农田水利规模化建设战略研究J.海河水利，2015（4）：39-42.3 周萍.擘画新蓝图 启航新征程 奋力谱写水利规划计划工作新篇章J.江苏水利，2022（S1）：32-36.4 杨柳林.平原地区农田水利规划的布局与工作重点J.陕西水利，2021（4）：231-232.5 高建文.把握新形势 补短板强弱项 扎实做好水旱灾害防御工作J.海河水利，2022（4）：1-4.6 王圣海.政府引导农村水利工程管护模式研究J.吉林水利，2020（1）：55-58.7 李涵.新时期农村水利工程建设管理问题与对策J.水利建设与管理，2019，39（11）：46-48.（上接第16页）海河水利29