雨棚水庫擋水建筑物設計要點

吳 俊

（安順市水利水電勘測設計院同，貴州 安順 561000）

雨棚水庫擋水建筑物設計要點

吳 俊

（安順市水利水電勘測設計院同，貴州 安順 561000）

在現階段技術條件支持下，常見的擋水建筑物包括堤壩、水閘、以及海塘等多種類型，不但能夠滿足常規意義上的擋水需求，同時還兼顧了航運、發電等復合型的需求，具有突出的價值。文中以位于芭茅沖河下游的雨棚水庫為工程實例，在前期確定混凝土重力壩壩型的基礎條件下，就其在設計過程中的關鍵要點加以分析與探討。

水庫；擋水建筑物；重力壩；抗滑穩定；結構設計；基礎處理

在水庫擋水建筑物的設計中，除需要關注對相關設計工作的實施以外，還需要通過對擋水建筑物抗滑穩定性的計算，來驗證其設計作業的可靠性。本文圍繞以上問題作以分析與闡述。

1 工程概況

雨棚水庫位于西秀區楊武鄉高家村，壩址距安順市區53 km，屬于小（1）型水庫。該水庫工程的主要工作任務主要為灌溉、鄉鎮供水及農村人畜飲水。

水庫壩址擬建于芭茅沖河下游，芭茅沖河屬于珠江流域西江水系蒙江格凸河支流大屯河的左支流。壩址以上集水面積43.74 km2，多年平均流量0.777 m3／s。水庫校核洪水位1 193.97 m，總庫容109萬 m3，正 常 蓄 水位 1 192.5 m，相 應 庫 容75萬m3，興利庫容63.3萬 m3。雨棚水庫推薦壩址為上壩址，推薦設計壩型為混凝土重力壩，最大壩高19.8 m。灌區以提水灌溉為主，設計提水泵站 2座，單臺最大裝機為110 kW。工程建成后，可保證楊武鄉1 106.7 hm2耕地的灌溉，同時解決灌區內0.8萬人和0.5317萬頭大小牲蓄的飲水。工程設計向灌區供 水量 229.6萬 t／a，并 下 放 生態 環 境 用水234.4萬t／a。

2 擋水建筑物設計要點分析

本工程前期結合地質、地形、環境等多個方面特征，將壩型設置為混凝土重力壩。在壩型確定的前提下，為了能夠確保擋水建筑物后期效能得到充分的體現與發揮，要求關注以下 7個方面：①對混凝土重力壩壩頂高程的計算；②對混凝土重力壩壩頂結構的設計；③對混凝土重力壩壩坡的計算；④對混凝土重力壩壩體材料分區的設計；⑤對混凝土重力壩分縫止水的設計；⑥對擋水建筑物的基礎處理設計；⑦對混凝土重力壩抗滑穩定性的計算［1］。具體而言，結合本工程實際情況，要求從以下幾個方面人手：

2.1 對混凝土重力壩壩頂高程的計算

根據《混凝土重力壩設計規范》（SL319—2005）8.1.1條規定，壩頂應高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂的高程應高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差為△h。

計算 參 數：校核 洪 水位1 193.97 m（P ＝0.333%），正常蓄水位1 192.50，水庫多年平均最大風速＝10 m／s，水庫吹程 D＝1.0 km。按照如下方式進行計算：

防浪墻頂至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）＝波高（m）＋波浪中心線至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）＋安全超高（m）。

其中，對于安全超高的取值考慮兩個不同的情況，在 P＝0.333%的校核洪水位情況下，安全超高取值為0.2 m；在正常蓄水位的情況下，安全超高取值為0.3 m。

經計算，在校核情況（P＝0.333%）時，P＝1%波高（m）＝0.366m，波浪中心線至校核洪水位的高差（m）＝0.107m，防浪墻頂至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）＝0.673m，因此 所 需 防 浪 墻頂 高 程 為1 194.643m；而在正常蓄水位的狀態下，P＝1%波高（m）＝0.606m，波浪中心線至正常蓄水位的高差（m）＝0.195m，防浪墻頂至正常蓄水位的高差（m）＝1.101m，此條件下所需防浪墻頂高程為1 193.601m。

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252—2000），結合大壩溢流壩人行橋布置，最終將整個混凝土重力壩的壩頂高程確定為1 194.8 m。

2.2 對混凝土重力壩壩頂結構的設計

壩頂寬度根據規范、穩定計算及考慮人行要求，取3.0 m，壩頂高程1 194.8 m，壩頂長64.94 m。溢洪道處設連接兩岸人行橋，寬度2.5 m，為保證行人安全，壩頂上、下游設欄桿，欄桿頂高程1 196.0 m。左岸壩頂與上壩公路相連接。

2.3 對混凝土重力壩壩坡的計算

大壩壩坡根據穩定計算確定，水庫大壩上游在高程1 186.50 m以上壩坡為鉛直，以下為 n＝0.2，下游在高程1 191.80 m以上壩坡為鉛直，以下為 m＝0.75。

2.4 對混凝土重力壩壩體材料分區的設計

根據壩體應力計算和穩定計算成果，結合當地石料及工期要求，采用材料主要為 C15三級配混凝土，防滲抗滲等級W6。

2.5 對混凝土重力壩分縫止水的設計

考慮到大壩為低壩，底寬不大，不設置縱縫，只設置橫縫。整個大壩共設置3條橫縫，將大壩分為 4個壩段，縫內設銅片止水一道。

壩體橫縫為永久性伸縮縫，由于壩段岸坡不陡，壩體不承受側向荷載，壩區地震基本烈度小于Ⅵ度，故橫縫不設鍵槽，不灌漿，橫縫的上游壩面設一道銅片止水，銅片止水厚1.5 mm，每一側伸人混凝土的長度為250 mm，埋人基巖內的深度為500 mm［2］。

2.6 對擋水建筑物的基礎處理設計

根據本工程的地質條件和大壩高度，大壩建基面河床壩段置于弱風化中部，岸坡壩段置于弱風化中上部。對壩基存在的地質缺陷，如斷層破碎帶、夾泥裂隙等采用深挖并回填混凝土的措施處理。而對

于壩基而言，根據雨棚水庫的工程地質與水文地質情況，采用防滲帷幕灌漿的方案進行防滲處理。

2.7 對混凝土重力壩抗滑穩定性的計算

壩體抗滑穩定按抗剪強度公式計算，計算公式為：

式中：K為按抗剪強度計算的抗滑穩定安全系數；f為壩體混凝土與壩基接觸面的抗剪摩擦系數，取 f＝0.6；∑W為作用于壩體上的全部荷載對滑動平面的法向分值，kN；A為壩基接觸面面積，m2；∑P為作用于壩體上的全部荷載對滑動平面的切向分值，kN。

按照以上公式，選取擋水壩段及溢流壩段代表斷面進行抗滑穩定計算，所得到的計算結果見表 1。結合表1中所例舉的數據可知：整個雨棚水庫的壩體抗滑穩定性滿足設計要求以及標準規范，可供應用。

表1 擋水壩段及溢流壩段代表斷面進行抗滑穩定計算數據表

3 結 語

對于本文所研究的雨棚水庫而言，由于滿足以上條件，因而選取混凝土重力壩作為擋水建筑物的基本壩型。在此基礎之上，本文從對混凝土重力壩壩頂高程的計算、對壩頂結構的設計、對壩坡的計算、對材料分區的設計、對分縫止水的設計、對基礎處理設計、對抗滑穩定性的計算這幾個方面人手，展開詳細的分析與探討，總結了在水庫擋水建筑物設計中的關鍵要點，望引起特別關注與重視。

［1］晏成明，周春飛，唐德善，等 .河道擋水建筑物優選的模糊層次綜合評判模型［J］.水電能源科學，2009，27（05）：149-152.

［2］董彥超，楊紀偉，隋斌，等.擋水建筑物在不同底坡下水流特性的試驗研究［J］.黑龍江科技信息，2011（07）：60-61.

TV62

B

1007-7596（2014）04-0081-02

2013-11-26

吳俊（1983-），男，苗族，貴州安順人，助理工程師，從事水利工程設計方面的工作。