水库大坝坝型优化比选设计研究

摘 要：某水库工程是以农田灌溉为主，兼有引水发电、城市供水和城市防洪等功能的水资源综合利用水利工程。在设计阶段，结合坝址地形地质条件和坝址比选结论，对工程拟定混凝土重力坝和面板堆石坝两个方案进行技术经济比较，优化技术上可行、经济上合理的混凝土重力坝坝型，以提高工程投资建设的经济效益。

关键词：水库；混凝土重力坝；面板堆石坝；建基面

1 工程概况

某水库工程任务以农业灌溉为主，兼顾引水发电和城市防洪功能[ 1 ]。坝址集水面积5.7km2，坝址断面多年平均流量0.076m3/s，多年平均径流量为1892万m3。水库校核洪水位（P=0.5%）800.50m，总库容101.8万m3，正常蓄水位797.30m，死水位772.50m，兴利库容83.5万m3。水库工程等别为V等，属于小（2）型水库[ 1 ]。

2 坝址优化比选成果

上、下坝址处于不同地质单元，上坝址区出露地层为峨眉山玄武岩（P2 β），下坝址区出露地层为三叠系下统大冶组（T1d）。下坝址河床覆盖层厚达32～36m，结构松散，刚性坝建基面须置于强风化中上部岩体，开挖工程量及开挖难度较大，柔性坝建基面可置于覆盖层中下部，但处理工程量及难度也较大。且下坝址受F1断层影响较大，岩体较破碎，裂隙较发育。故在下坝址修建大坝地基及防渗处理不仅投资巨大，且存在很大的风险。推荐采用上坝址方案进行大坝枢纽布置。

3 可建坝型基本选择

坝址处出露地层为玄武岩（P2 β），岩石坚硬，两岸地形对称，柔性坝和刚性坝均适合修建。由于区域内土料不丰富，且厚薄差异较大、含水量较高、颗粒级配较差。因此，柔性坝以面板堆石坝为代表坝型；上坝址河谷宽高比为4.7，无建拱坝的有利地形地质条件，因此，刚性坝以重力坝为代表坝型。

对重力坝坝体材料来说，用浆砌石和混凝土均实用。如采用浆砌石坝，施工时需动用较多的人力，管理极不方便，故选择混凝土作为筑坝材料。目前大坝混凝土往往采用四级配，骨料最大粒径可达到15cm，由于工艺简单，减少了施工环节，可以大大缩短工期。因此，选用C15四级配常态混凝土为筑坝材料。

综上所述，选择C15四级配常态混凝土重力坝和面板堆石坝两种坝型进行比选。

4 水库大坝坝型优化比选

4.1 混凝土重力坝方案

大坝混凝土重力坝方案枢纽布置为：C15四级配常态混凝土重力坝+坝顶開敞式溢洪道+取水兼放空管。混凝土重力坝，坝轴线长205.87m，坝顶高程802.50m，建基面高程761.70m，坝高40.80m，坝顶宽6.0m，最大坝底宽度30.68m，上游面铅直；下游面坡比1∶0.75。

溢洪道布置于坝顶中部，桩号坝0+107.65m～坝0+183.70m，采用坝顶单孔开敞式泄流，堰顶高程802.50m，总净宽6.0m，边墩厚0.8m，顶部设C20钢筋混凝土板梁交通桥与非溢流坝段相连。

取水兼放空管位于大坝中部（坝0+103.20），为坝内埋管，进口中心线高程781.20m，长51m，管径0.8m，采用Q235焊接钢管，壁厚10mm，管周边采用0.8m厚的C15常态混凝土包裹。

4.2 面板堆石坝方案

上坝址面板堆石坝方案枢纽布置为：混凝土面板堆石坝+左岸岸坡溢洪道+右岸取水放水隧洞。

混凝土面板堆石坝最大坝高40.8m，坝顶高程802.50m，防浪墙顶高程803.50m，坝顶宽度6.0m，坝顶长205.87m，坝底宽117.50m，混凝土趾板基础进入强风化岩体中下部，最低高程759.20m。上、下游坝坡均为1∶1.4。混凝土面板厚度为0.4m的等厚面板。坝顶设置钢筋混凝土L型防浪墙，防浪墙坝顶以上高1.0m。墙顶高程取为803.70m，坝顶高程取为802.50m，高于校核洪水位，满足规范要求。

正槽式溢洪道紧邻左岸坝肩，单孔布置，由引渠段、控制段、泄槽段、消力池段组成，总长149.25m。溢洪道净宽5.0m，堰顶高程为797.30m。泄槽段采用矩形断面，泄槽长72.84m，底坡为i=0.295，末端设消力池消能，消力池长16m，池深2m。

取水兼放空隧洞布置于右岸，洞长143.02m，进口底板高程为777.30m，出口底板高程为775.90m，坡降i=1%，隧洞内径为1.8m，采用C20钢筋砼衬砌，厚度为350mm。

4.3 水库大坝坝型优化比选结论

4.3.1地形地质条件比较

坝址区覆盖层不深，出露地层为峨眉山玄武岩（P2 β），岩体较完整，抗压强度较高。两种坝型布置都可行，条件基本相当。

4.3.2枢纽布置比较

对于混凝土重力坝，采用坝顶溢洪道泄洪和坝身埋管取水，泄洪、取水系统易于布置，且工程较小。混凝土面板堆石坝的防洪标准比混凝土重力坝高，防洪建筑物规模略大，采用岸边式溢洪道和取水隧洞，布置不紧凑，稍显复杂。混凝土重力坝方案略优。

4.3.3工程占地比较

混凝土重力坝布置紧凑，首部枢纽永久占地面积为7.6亩，施工临时占地为69.5亩，而混凝土面板堆石坝占地面积为23.7亩，施工临时占地为77.3亩，增加投资67.36万元。混凝土重力坝方案略优。

4.3.4施工条件比较

混凝土重力坝坝基开挖较深，弃渣量较大，混凝土骨料对料场要求较高，大坝施工较方便，施工要求较高，施工工期22个月。混凝土面板堆石坝由于对建基面要求低，坝基深度较重力坝浅，但开挖面较宽，填筑量较大，其导流和渡汛条件相对较差。施工工期23个月。两种坝型条件基本相当。

4.3.5工程投资比较

混凝土重力坝方案较面板坝方案省63.11万元，故混凝土重力坝方案略优。

5 结语

综合考虑枢纽布置、工程占地、施工条件及工程投资等方面的内容，混凝土重力坝方案均优于混凝土面板堆石坝方案，所以设计推荐混凝土重力坝方案，确保工程安全可靠、节能经济的高效优质施工建设。

参考文献：

[1] 霍晓娟.介休市石口子水库坝型方案优化比选[J].山西水土保持科技，2015（01）：24-25.

[2] 陈志强，侍克斌.水利枢纽工程坝型选择影响因素的分析[J].中国农村水利水电，2007（08）：62-66.

作者简介：郑洪宇（1976-），女，汉族，内蒙古赤峰人，硕士研究生（高级工程师），主要从事水利水电工程设计、咨询工作。