三关庙水电站浆砌石重力坝设计

(中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安 710065)

三关庙水电站浆砌石重力坝设计

马杰

(中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安 710065)

本文对三关庙水电站浆砌石重力坝的溢流坝段和非溢流坝段结构设计做了介绍。坝体稳定应力计算结果表明该重力坝的结构设计是合理的。

浆砌石；重力坝；结构设计；稳定；应力

1 工程概况

三关庙水电站位于陕西省镇安县西南部达仁河上，是达仁河梯级电站开发规划中的第五级电站。电站采用低坝引水式开发，以发电为主，兼顾生态环境保护，无灌溉、防洪等综合利用要求。电站设计装机容量1890kW，发电设计净水头77m，发电引用流量3.20m3/s，多年平均发电量722万kW·h。枢纽主要建筑物包括拦河坝、进水口、引水隧洞、前池、压力钢管、引水式地面厂房及升压站等。根据《防洪标准》(GB 50201—1994)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2000)的规定，三关庙水电站为V等小(2)型工程，其主、次要建筑物及临时性水工建筑物的级别均为5级。

2 重力坝设计

拦河坝坝址处河谷呈“U”形，谷底宽45m，河床段地形平坦，上部有2～4m的冲积漂砾卵石层，不具备修建拱坝的条件。考虑到当地石料丰富，加之表孔溢流的特点，该工程拦河坝采用浆砌石重力坝。拦河坝主要建筑物从左至右依次为左岸非溢流坝段、河床溢流坝段以及右岸非溢流坝段和进水口。

2.1 左岸非溢流坝设计

左岸非溢流坝长4.38m，由一个坝段组成。坝顶高程588.90m，最大坝高6.50m。考虑到坝顶无交通要求，坝顶宽度取2m，坝底最大宽度为5.78m。坝体上游面铅直，下游折坡点高程587.80m，坡比为1∶0.7。

在坝体上游迎水面设置一道钢筋混凝土防渗面板或混凝土防渗心墙是砌石坝广泛采用的防渗措施。钢筋混凝土防渗面板位于坝体外部，受环境温度变化影响较大，即便配置了一定数量的温度钢筋，也难免在运行过程中不出现裂缝，因而防渗面板一般需要分块浇筑，并设伸缩缝。在坝体砌筑过程中，还需在砌体内预埋锚筋，并把锚筋与面板内的温度钢筋连接在一起，以便使面板与砌体牢固地连在一起。此外，面板在施工过程中需另立模板和脚手架。而混凝土防渗心墙位于坝体内部，受气温变化影响较小，一般不用布置温度钢筋；已建成的砌石重力坝的心墙多是整体浇筑，不需要分缝；在施工过程中可以利用心墙两侧的砌石体作模板，因而可以节省大量木材和钢筋。当然，防渗心墙也有缺点：如有裂缝及渗漏问题，不如防渗面板那样便于检修。基于上述两种防渗措施优缺点的对比，考虑到该工程属于小型工程，拦河坝防渗措施选用混凝土防渗心墙。左岸重力坝防渗心墙设置在距上游坝面0.5m处，厚度在坝体最大作用水头的1/60～1/30之间选取，在此取0.3m。心墙顶高程按照在上游正常蓄水位584.50m基础上加0.5m的方法确定。心墙上游砌筑0.5m厚M10水泥砂浆砌料石，坝体采用M7.5浆砌块石砌筑。同时，为使砌体与基岩紧密结合，沿建基面铺设0.5m厚C15素混凝土垫层，垫层上部埋块石，以保证砌体与垫层的牢固结合。为保证该坝段的侧向稳定，在靠近小达公路一侧沿坝轴线方向开挖成台阶状，台阶沿坝轴线方向的长度为1m，宽度与该处坝基宽度相同。

2.2 河床溢流坝设计

溢流坝布置于主河床，泄水采用开敞溢流式，溢流净宽32.5m，中间不设闸墩。溢流堰堰顶高程为584.50m，与水库正常蓄水位相同，底宽9.93m，高4.6m，堰顶不设闸门和工作桥。由于该溢流坝属于低坝，如果上游坝面设计成铅直的，则坝踵很容易出现拉应力；而如若上游坝面坡度过缓，增加的坝体自重和水重被增加的浮托力所抵消，即便设计断面能够满足稳定应力要求，也会造成断面过大而显得很不经济，最终通过稳定应力计算，确定溢流坝上游面坡度为3∶1。溢流堰顶上游采用双圆弧曲线与上游坝面衔接；堰顶下游堰面采用WES幂曲线，定型设计水头3m，曲线方程为y=0.2062x1.936；幂曲线段后接反弧段，半径3m，挑射角20°。溢流坝下游接3m长铅丝石笼护坦。溢流坝两侧设导墙，以防止回流掏刷而影响左岸非溢流坝的安全以及紧临溢流坝右侧的冲沙底孔的泄流。

溢流坝防渗心墙设置在距上游坝面0.5m处，倾斜布置，坡度与上游坝面同为3∶1，厚度0.3m。溢流面采用C25钢筋混凝土浇筑，厚度0.3m，面板内双向配置直径8mm、间距250mm的温度钢筋。为加强溢流面板与坝体的连接，在坝体内预埋直径12mm的“L”形锚筋，呈梅花形布置，间、排距均为1m，锚入浆砌石体的深度不小于1.5m，顶部与坝面钢筋焊接。心墙上游砌筑0.5m厚M10水泥砂浆浆砌料石，坝体采用M7.5水泥砂浆浆砌块石砌筑，底部设0.5m厚C15埋石混凝土垫层。由于该溢流坝结构尺寸不大，故不设横缝，仅在溢流坝与左、右侧导墙连接处分别设沉降缝一道。

2.3 右岸非溢流坝设计

右岸非溢流坝长12.77m，由一个坝段组成。坝顶高程588.90m，最大坝高8.9m。考虑到冲沙底孔闸门及启闭设备安装、检修的需要，坝顶宽度取3m。坝体上游面铅直，下游折坡点高程586.90m，坡比为1∶0.6。防渗心墙设置在距上游坝面0.5m处，厚度0.3m，心墙顶高程585.00m。心墙上游砌筑0.5m厚M10水泥砂浆浆砌料石，坝体采用M7.5水泥砂浆浆砌块石砌筑，底部设0.5m厚C15埋石混凝土垫层。

该工程正常挡水位以下库容0.87万m3，坝址处多年平均输沙量8.173万t，折合体积4.8万m3，工程建成后一场洪水即可淤至溢流坝顶。为保证进水口“门前清”，在右岸重力坝紧邻溢流坝右导墙一侧布置一个冲沙底孔，孔口尺寸2m×2m(宽×高)，孔口底高程581.00m，较进水口底高程低1.5m。冲沙孔底板直接置于坝基岩石上，厚度1m，其后接3m长铅丝石笼护坦；顶板厚0.5m，上覆M7.5水泥砂浆浆砌块石。冲沙底孔设置一扇2m×2m(宽×高)的铸铁闸门挡水，启闭设备选用LQ-10型手电两用螺杆启闭机。

2.4 重力坝稳定应力计算

根据左、右岸非溢流坝及溢流坝抗滑稳定和基底应力计算结果可知：在荷载基本组合情况下按抗剪断强度公式计算的抗滑稳定安全系数大于规范规定值3.00；在荷载特殊组合情况下按抗剪断强度公式计算的抗滑稳定安全系数大于2.50，满足规范要求。正常蓄水位工况、设计洪水位工况、校核洪水位工况下，计算的坝趾、坝踵应力均小于砌石体容许压应力和地基允许承载力，且坝踵没有出现拉应力。这表明：所拟定的左、右岸非溢流坝及溢流坝基本剖面是合理的。此外，设计洪水位工况、校核洪水位工况下，溢流坝与冲沙底孔通过的流量之和与相应工况的洪峰流量之差均在5%以内，因而拦河坝的过流能力是满足设计要求的。

2.5 坝基处理

该工程由于坝体高度小，无需帷幕灌浆、坝基排水等基础处理措施，仅要求两岸坝肩开挖至弱风化基岩，河床坝基开挖至基岩裸露。坝基主要以设置混凝土垫层为手段，一方面找平基础凹凸不平面，另一方面填塞河床基岩面的小冲沟，以达到防渗目的。

3 结 语

本文主要对三关庙水电站浆砌石重力坝左、右岸非溢流坝段以及中间河床溢流坝段的设计原则和具体结构做了介绍。计算结果表明：拦河坝的抗滑稳定和基底应力均满足规范要求，溢流坝段的过流能力也能满足设计要求，因而该重力坝的结构设计是合理的。

[1]GB 50201—1994 防洪标准[S].

[2]SL 252—2000水利水电工程等级划分及洪水标准[S].

[3]SL 25—2006砌石坝设计规范[S].

[4]华东水利学院，四川省水利电力局，广西大学. 砌石坝设计[M]. 北京：水利电力出版社，1980.

[5]华东水利学院.水工设计手册(第四卷 土石坝)[M].北京：水利电力出版社，1984.

简讯

溪洛渡工程正式启动第二阶段蓄水

8月21日上午10点，溪洛渡工程正式启动第二阶段蓄水，由目前水位574m左右起蓄，8月下旬蓄水至水位580m，蓄水过程按照不超过每天1.5m的升幅控制。维持水位580m运行10～20天，期间将按照验收委员会要求，由验收专家组组织开展现场检查，对枢纽工程和电站运行的观测、监测数据进行分析研判。9月中旬由水位580m蓄至正常蓄水位600m，期间按照不超过每天1m的升幅控制。

溪洛渡工程经审查已具备实施第二阶段蓄水条件。8月14日，长江防汛抗旱总指挥部组织召开会议对中国三峡集团编制的《金沙江溪洛渡水电站2014年蓄水实施计划(审定稿)》进行审查，结合溪洛渡水电站工程建设进展、长江中上游来水情势以及上下游水库群蓄水计划安排等情况，于8月18日正式批复：同意溪洛渡水电站从目前水位开始进一步抬升水位至580m和正常蓄水位600m，具体抬升过程由三峡集团根据枢纽运行工况、库岸稳定和来水情况确定。

8月18日下午，中国三峡集团组织编制的《金沙江溪洛渡水电站2014年560～600m蓄水阶段航运调度方案》通过长江航务管理局审查，原则同意并向交通运输部水运局进行了报告。19日，中国三峡集团专程进一步向交通运输部主管部门报告了溪洛渡水电站蓄水实施计划、航运调度方案以及向家坝水电站航运有关情况。

据了解，在国家发展改革委、国家能源局、交通运输部、环境保护部、国土资源部、水利部等有关部委、云南和四川两省各级党委政府及其相关部门的高度重视和大力支持下，2013年溪洛渡水电站第一阶段蓄水至水位560m目标已圆满完成。第二阶段实际蓄水过程中，相关部门将根据水文测报预报成果，合理优化调整蓄水进程。

来源：中国三峡集团 水力发电工程学会网 2014年8月22日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=14062

GroutedRubbleGravityDamDesignforSanguanTempleHydropowerStation

MA Jie

(NorthwestEngineeringInstituteofHydroChinaConsultationGroup,Xi’an710065,China)

This paper introduces the structure design in overfall section and non-overfall section of Sanguan temple hydropower grouted rubble gravity dam. The result of stability stress calculation of the dam shows that structure design of this gravity dam is reasonable.

grouted rubble; gravity dam; structure design; stability; stress

TV222

B

1673-8241(2014)09-0049-03