淺談水城縣花地河水庫拱壩設計

何米杏

（貴州新中水工程有限公司，貴州 貴陽 550001）

花地河水庫工程位于六盤水市水城縣陡箐鎮花地河村，壩址所在河流為月亮河，其中上游稱木果河，中游稱花地河，下游稱補那河。水庫所在河段為花地河，屬于珠江流域西江水系，擬選壩址位于花地河村下游峽谷河段，主河道長31.1 km，坡降為24.4‰，壩址控制流域面積155 km2。以上述條件為基礎，本文對花地河水庫拱壩設計進行探討。

1 壩址地形地質條件

花地河水庫壩址處河流流向S65°～70°W，壩址河谷為深切峽谷地貌，呈基本對稱“V”型橫向河谷[1]。壩址下伏基巖為T1yn1-2、T1yn1-3灰巖、白云質灰巖、泥質灰巖等中硬巖地層，巖層陡傾上游，兩岸為切向坡，巖溶弱發育。壩址區地層倒轉，兩岸及河床巖層產狀為N3°～10°W/NE∠63°～75°，總體為陡傾上游。壩址區節理裂隙發育。壩址為補給型河谷，地表及地下巖溶弱發育。

2 拱壩設計

2.1 拱壩基礎

花地河水庫大壩拱端坐落于T1yn1-2地層內，巖石的強度比較高，屬于中硬巖石類型，巖石呈現層狀結構特點，弱風化特點，巖體結構較為完整，具有良好強度，抗滑性能也比較強。強風化巖體卸荷發育較好，降低了巖體的完整性，故需要對巖體的抗滑與抗變形能力進行有效控制。河床段大壩建基面位于弱風化的底部位置，為了更好地滿足巖體強度要求，在右岸靠近壩體高程部位，需要進行綜合處理。

大壩基礎開挖環節，如果發生爆破震動現象，巖體特別容易發生松動現象，使得大壩承載力逐漸下降。為了進一步增強大壩巖體的可靠性，增強其承載能力，應加強大壩基礎加固力度。水庫岸坡可能出現庫首繞壩裂隙性滲漏，采用帷幕灌漿進行處理[2]，保證滲漏問題可以得到更好地處理，使得壩基的滲透壓力不斷下降，增強壩肩穩定性。

壩肩穩定計算時，以向山內下凹的負地形為臨空面，同時考慮軟弱夾層總厚度及順河向裂隙L1分布進行壩肩抗體穩定計算。在壩肩抗體不能滿足要求的情況下，參照以往工程經驗，對兩壩肩下游向山內下凹的負地形可采取混凝土回填或加鋼筋混凝土傳力墩進行處理。

2.2 拱壩

正常蓄水位時，最大建壩高度106.0 m，河谷寬84.8 m，河谷寬高比1.31。為了節約工程投資，加快施工進度，花地河水庫大壩采用碾壓混凝土筑壩。大壩為拋物線變厚雙曲拱壩，拱壩中心線方位角N68.00°E，壩頂高程1013.00 m，建基面高程907.00 m，設計壩高105.00 m，最大壩高106.00 m（含1 m墊層），拱冠梁處頂厚6.00 m，底厚26.00 m，拱壩厚高比0.248。壩頂中心弧長209.33 m，頂拱中心角77.00°。

分別在933.00 m～951.00 m高程和977.00 m高程設置灌漿廊道，其中977.00 m高程廊道只布置在兩壩端一定長度，分別與兩岸的灌漿平洞連接，該高程壩體中部不設廊道，以簡化壩體細部結構的布置，方便碾壓混凝土連續施工；933.00 m～951.00 m高程廊道作為基礎灌漿廊道，同時也兼作基礎排水、大壩監測以及壩后交通使用。

圖1 花地河水庫大壩樞紐平面布置圖

基礎設置1.0 m厚的90 d齡期二級配C20常態混凝土墊層[3]。壩頂路面為0.3 m厚的90 d齡期二級配C20常態混凝土。具體強度等級及要求見表1。

表1 大壩混凝土強度等級及要求表

工程共設4條誘導縫，將壩體分為5個壩段，壩段長度32 m～59 m不等。壩體在接縫（誘導縫）上游壩頂1013.0 m高程以下、順水流方向依次設置止水、止漿片。止水片采用銅止水，在安裝止水片時，需要在壩頂預留出10 cm厚度的混凝土保護層，止漿片使用橡膠止水條[4]。

2.3 泄洪建筑物

工程泄洪建筑物為3級建筑物，500年一遇洪峰流量1060 m3/s，50年一遇洪峰流量659 m3/s，30年一遇洪峰流量575 m3/s，壩址處河床寬度8.0 m～12.0 m，單寬流量不大，洪峰時段不長。針對此特點，水庫泄洪采用開敞式溢流表孔單獨泄洪。壩頂表孔前緣凈寬度是15 m，堰頂高程1002.0 m，主要分為3孔，分別設置5.0 m×6.5 m弧形鋼閘門。溢流堰采用WES型實用堰。上游面橢圓曲線、下游面曲線冪和下游反弧挑流消能段構成，總體長度為23.55 m。其中，上游的堰面曲線使用的橢圓曲線方程是x2/2.502+（y-1.50）2/1.502=1；下游面曲線冪方程為y=0.085378x1.85；下游采用挑流消能，反弧半徑為10.0 m，挑射角為15.0°，挑流鼻坎頂高程995.65 m。

2.4 放空建筑物

工程通過壩身溢流表孔可以滿足泄洪要求，工程為Ⅲ等中型工程，應具備在特殊情況下（如地震、戰備）具有快速降低水位的能力，因此需設置放空底孔。從運行靈活程度上分析，底孔運行靈活程度不及表孔。工程泄洪規模不大，因此底孔不參與泄洪。

2.5 取水建筑物

工程壩前淤沙高程為981.20 m，取水口進口底板高程應高于淤沙高程，初步擬定取水口底板高程為982.00 m。正常蓄水位1008.00 m與取水口底板高程982.00 m之間高差為26 m，按照平均分配的方式，取水口進口分2層，每層取水口高程差13 m，水深13 m處水溫大于15℃，滿足規范要求，取水口進口底板高程分別為995.00 m，982.00 m。取水口進口依次設置攔污柵、分層取水隔水閘門、工作閘門、通氣孔等建筑物；取水口進口底板高程為982.00 m，高于淤沙高程981.20 m。

3 結語

拱壩是一種重要而復雜的水工結構，其設計是一個復雜的過程，通過對水城縣花地河水庫工程拱壩設計進行有效分析，如確定拱壩建基面高程、大壩布置及相關建筑物布置，能夠保證水城縣花地河水庫工程拱壩結構更為穩定，樞紐布置更為合理，有效降低了水庫工程拱壩結構失穩現象的發生，同時保證了工程建成后的正常運行，以便發揮其最大的社會經濟效益。