阿當水庫大壩樞紐布置及設計計算

姜應紅

摘 要：根據阿當水庫壩址地形地質勘探揭露成果，圍繞壩型地形地質適應性、樞紐布置合理性、壩基防滲處理、樞紐工程占地及節省投資等關鍵技術問題進行深入研究。優選的埋石混凝土重力壩壩型，具有良好的技術可行性和經濟優越性，可為工程順利施工建設提供重要技術保障。

關鍵詞：阿當水庫;壩型比選;壩頂高程;抗滑穩定;應力計算

中圖分類號：TV62 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）22-0089-03

The Layout and Design Calculation for Gravity Dam of Adang Reservoir

JIANG Yinghong

Abstract： According to the results of topographic and geological exploration of Adang reservoir dam site， the key technical problems such as adaptability of dam type topography and geology， rationality of hub layout， seepage control treatment of dam foundation， occupation of land and investment saving of key projects were studied in depth. The optimized dam type of buried rock concrete gravity dam has good technical feasibility and economic superiority， which can provide important technical guarantee for the smooth construction of the project.

Keywords： Adang reservoir;dam type comparison;dam crest elevation;anti-sliding stability;stress calculation

1 工程概況

阿當水庫工程樞紐區位于安龍縣棲鳳街道辦事處平寨村，距離安龍縣約14km，距離興義市76km。水庫所在河流灑米河屬于珠江流域南盤江水系二級支流，壩址以上集水面積14.3km2，多年平均徑流量785萬m3，工程是以木咱鎮集鎮供水和棲鳳街道辦事處農村安全飲水以及灌溉供水的綜合性水利工程。水庫正常蓄水位為1 340.00m，設計洪水位為1 341.84m，校核洪水位為1 342.63m，水庫總庫容356萬m3，興利庫容245萬m3，死庫容35萬m3，為多年調節水庫。工程等別為Ⅳ等，工程規模為?。?）型。

2 工程地質條件及壩型比選

2.1 工程地質條件

阿當水庫壩址處河谷呈不對稱寬“V”字型，左、右岸均較陡，河谷形態完整性較好。壩址區主要出露三疊系中統關嶺組（T2g1）薄至中厚層灰色、深灰色白云巖及泥質白云巖。壩區為單斜構造，巖層總體傾向河流上游偏左岸，巖層產狀120°～125°∠10°～12°。壩址裂隙較發育，經統計較明顯、規律較強的主要裂隙有以下兩組：①產狀走向230°～265°，傾向SE，傾角80°，裂面淺部張開0.5～2cm，泥質巖屑充填，深部閉合，地表可見延伸長0.3～1.2m，發育頻率3～4條/m;②產狀走向105°～170°，傾向NW，傾角85°，裂面淺部張開0.1～1.0cm，泥質巖屑，深部閉合，地表可見延伸長0.2～0.8m，發育頻率2～3條/m。壩址區弱風化巖體中：泥質白云巖強度較高，巖塊飽和抗壓強度一般大于30MPa，強度較高，屬中硬巖類。

2.2 壩型比選

根據壩址的地形地質條件和當地建筑材料的供應條件[1]，壩址可修建柔性壩和重力壩。由于當地泥質白云巖大面積出露，開采較方便，因此，壩型選擇埋石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型進行比較，優選與工程實際相匹配的壩型。

①地形地質條件適應性：壩址地形、地質條件具備修建埋石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩的條件，但由于沒有合適的埡口布置溢洪道，混凝土面板堆石壩的溢洪道需要在岸坡開挖形成，相對而言，埋石混凝土重力壩適應性較好。

②樞紐工程布置：對于埋石混凝土重力壩，樞紐布置較緊湊，溢洪道、取水兼放空管分別布置于壩體中部、右壩段，均集于壩體一身;對于混凝土面板堆石壩，溢洪道布置于右岸坡，取水兼放空隧洞布置于左岸山體內，各建筑物的布置相對獨立、分散。兩種方案布置各有所長。

③施工條件：壩址場地開闊、有簡易公路通達，對于兩種壩型來說，施工條件均較好。由于筑壩材料和樞紐布置的不同，其施工方式、施工技術也有所不同，但兩種壩型均為成熟壩型，施工技術和施工方法均安全可靠，并無難度，兩種壩型施工條件基本相當。

④工程占地：埋石混凝土重力壩的樞紐布置較緊湊，占地共7 500m2，未侵占基本農田;混凝土面板堆石壩的壩體斷面較大，占地共19 500m2，其中侵占基本農田約6 586m2。從工程占地來看，埋石混凝土重力壩方案優于混凝土面板堆石壩方案。

⑤工程量及投資：混凝土面板堆石壩體斷面較大，其工程量較大，埋石混凝土重力壩斷面相對較小，其工程量也較小;埋石混凝土重力壩方案樞紐工程的投資為5 832.75萬元，混凝土面板堆石壩樞紐工程的投資為5 952.03萬元，埋石混凝土重力壩比混凝土面板堆石壩少119.28萬元。

埋石混凝土重力壩樞紐布置較緊湊，施工條件較好，施工工期較短，不占用基本農田，有利于盡早發揮工程效益，且工程投資較少，技術經濟性較優。因此，經綜合對比分析后，優選埋石混凝土重力壩壩型。

3 埋石混凝土重力壩樞紐布置設計

埋石混凝土重力壩樞紐布置方案為C15埋石砼重力壩+壩頂溢洪道+壩內取水兼放空管。

3.1 擋水建筑物

埋石混凝土重力壩軸線成直線布置，方位角為N17.40°W，壩頂長174m，頂寬5m。大壩由溢流壩段和非溢流壩段組成，非溢流壩段總長156.00m;溢流壩段布置在大壩中部，總長18m。壩頂高程1 344.00m，建基面高程1 307.00m，最大壩高37m，上游面1 320.0m高程以上鉛直，上游面1 320.0m高程以下壩坡m=0.20，下游壩坡m=0.70，起坡點高程1 337.00m。壩體材料采用C15埋石混凝土填筑，根據防滲需要，上游迎水面采用C20二級配防滲混凝土，厚度為1.0m;壩基設1.0m厚C15常態混凝土墊層，下游采用C15防滲混凝土，厚0.5m。

3.2 泄水建筑物

溢洪道布置于壩頂中部，樁號為壩0+099.00m～壩0+117.00m，為無閘溢洪道。溢洪道堰頂高程為1 340.00m，每孔凈寬7.5m，共設2孔，溢流前沿總凈寬15.0m。溢流面采用C30鋼筋混凝土結構，兩側設C30鋼筋混凝土導墻。溢流堰面上游采用橢圓曲線，長軸半徑為0.5m，短軸半徑為0.3m，下游采用WES曲線，方程為[Y=0.28X1.85]。溢洪道采用底流消能，消力池長18m，寬16m，池深2.1m，底高程1 314.20m，出口設大塊石海墁。

3.3 取水兼泄洪放空隧洞

取水兼放空管布置在右壩段壩0+097.25m處，進口為塔式取水口，底板高程為1 323.00m，喇叭型進口，進口布置有檢修閘門豎井，設置1.5m×1.5m（寬×高）事故檢修閘門及相應的啟閉設備;考慮到水庫放空的需要，在閘門前設置活動式攔污柵，攔污柵設置在取水口進口洞喇叭口處，攔污柵尺寸為2.5m×2.0m（寬×高），底檻高程為1 323.00m;取水口后接壓力管道，管道中心高程為1 323.75m，直徑為1 000mm，管道外用C20鋼筋混凝土包裹;管道出口設直徑1.0m放空閘閥、0.8m的供水閘閥、0.1m的環境水閘閥各一個，水流直接泄入溢洪道消力池。

4 設計計算

4.1 壩頂高程計算

大壩為4級建筑物，埋石混凝土重力壩按30年一遇洪水設計和300年一遇洪水校核的控制工況來確定壩頂高程。根據調洪計算成果，阿當水庫設計洪水位為1 341.84m。校核洪水位為1 342.63m，吹程D=0.6km，多年平均最大風速為15.7m/s。根據《混凝土重力壩設計規范》（SL 319—2018）要求[2]，防浪墻頂高程=水庫靜水位+[Δh]，其中[Δh]為壩頂距水庫靜水位的高度，[Δh]由式（1）確定，并選高者作為選定高程：

[Δh=h1%+hz+hc] ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

代入各參數，壩頂高程計算結果如表1所示。

由表1可知，壩頂高程由校核洪水位情況控制，最終取壩頂高程為1 344.00m。

4.2 大壩穩定及應力計算

4.2.1 荷載組合。抗滑穩定和應力計算的荷載組合分基本組合和特殊組合兩種，結合本工程實際，本工程考慮三種荷載組合，即基本組合1：自重+正常蓄水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力;基本組合2：自重+設計洪水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力;特殊組合1：自重+校核洪水位及相應下游水位+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力。

4.2.2 壩體抗滑穩定計算。壩體抗滑穩定按抗剪斷強度公式計算，壩體抗滑穩定計算結果如表2所示。

由表2可知，溢流壩段及非溢流壩段抗剪斷安全系數[K′]均滿足規范要求。

4.2.3 壩體應力計算。壩體應力計算采用材料力學法計算，根據《混凝土重力壩設計規范》（SL 319—2018）的規定，壩體應力計算結果如表3所示。

埋石混凝土容許壓應力基本組合為4.3MPa，地基容許承載力2.8～3.5MPa。由表3計算結果可知，應力計算結果和地基承載力滿足要求。

5 結論

①阿當水庫封閉條件總體較好，但左右岸局部山體單薄，左右岸均存在低鄰谷滲漏問題，壩基（肩）存在風化帶裂隙性繞壩滲漏，需作帷幕灌漿處理。庫岸穩定性總體較好，不存在危害性淹（浸）沒問題，具備成庫條件。

②壩址地形、地質條件具備修建埋石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩的條件。經地形地質適應性、樞紐平面布置、施工條件、工程占地和工程投資等因素綜合對比分析，優選埋石混凝土重力壩壩型方案。

③根據《混凝土重力壩設計規范》（SL 319—2018）規范要求，結合氣象條件和調洪成果進行設計計算，確定壩頂高程為1 344.00m，壩段抗剪斷安全系數、壩體應力及地基承載力滿足規范要求。

參考文獻：

[1]唐瑜，劉俠，曾勇.高山峽谷區水電樞紐布置比選研究[J].水電站設計，2014（3）：12-15.

[2]中華人民共和國水利部.混凝土重力壩設計規范：SL 319—2018[S].北京：中國水利水電出版社，2018.