箐头水库自密实混凝土重力坝优化设计研究

徐言志

摘 要：根据箐头坝址区水文地质条件及重力坝枢纽布置，本文结合《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018），计算确定了大坝坝顶高程。大坝抗滑稳定及坝体应力分析结果表明，设计优选的重力坝方案能满足规范相关指标要求，确保了工程施工的高效优质性。

关键词：重力坝;抗滑稳定;坝体应力;箐头水库

中图分类号：TV642.4文獻标识码：A文章编号：1003-5168（2020）14-0067-02

Study on Optimal Design of Self-compacting Concrete Gravity Dam of Qingtou Reservoir

XU Yanzhi

（Guizhou Xinzhongshui Engineering Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550001）

Abstract： According to the hydrogeological conditions of the Qingtou dam site area and the layout of the gravity dam， this paper combined with the "Specifications for Design of Concrete Gravity Dam" （SL 319-2018）， calculated the height of the dam crest. The anti-sliding stability of the dam and the stress analysis results of the dam body show that the designed and optimized gravity dam scheme can meet the relevant index requirements and ensure the high efficiency and high quality of the project construction.

Keywords： gravity dam;anti-sliding stability;dam body stress;Jingtou Reservoir

箐头水库位于普安县江西坡镇高潮村王家院，所在河流为北盘江三级支流冷水河。坝址集雨面积为5.8 km2，水库总库容为154万m3，兴利库容为100 m3。设计洪水位为1 371.17 m，正常蓄水位为1 369 m。坝型为自密实混凝土重力坝，最大坝高为57 m，工程为Ⅳ等小（1）型工程。工程任务主要为普安县高棉乡全乡6个村共19 825人（规划年）提供生产、生活用水，同时解决周边706.13 hm2耕地灌溉用水难题。

1 坝址地质条件

坝址河谷呈不对称的V形，河道总体流向为N6°E，坝址河床高程为1 325～1 337 m，河道宽为2～4 m，临右岸发育一级阶地，阶地内有乡村公路接通，高程为1 335.7～1 337.8 m，宽为10～30 m，左岸底部发育一级阶地，阶地高出河床2～3 m，宽为5～15 m。两岸均为山脊地形，正常蓄水位为1 375.0 m，抬高水头为46 m，河谷宽为101 m，宽高比为2.2。坝址第四系覆盖层广布，出露的地层岩性为：二叠系上统龙潭组第二段第二层（P2l2-2）泥质砂岩、砂岩与砂质泥岩呈不等厚互层分布;龙潭组第二段第一层（P2l2-1）中厚至厚层泥质砂岩;龙潭组第一段（P2l1）泥岩、砂质泥岩夹灰岩及煤10～20层，其顶部为一厚1.5～3.0 m的灰岩。基岩面以下强风化厚度左岸为7～12 m，河床为4～6 m，右岸为7～13 m。坝址未见较大构造通过，岩层呈单斜状，岩层产状稳定，产状为320°～340°∠10°～15°，岩层总体倾下游偏左岸。存在浅部裂隙性坝基（肩）绕坝渗漏问题，须做防渗处理。地下水以基岩裂隙水形式存在，强风化带为强透水层，弱风化带为弱透水至相对隔水层，地下水位主要分布于弱风化带，属于补给型河谷。

2 自密实混凝土重力坝结构布置

大坝枢纽由C15自密实混凝土堆石重力坝+坝顶溢洪道+左岸取水兼放空建筑物组成。

2.1 挡水建筑物

大坝为C15一级配自密实混凝土堆石重力坝，坝轴线方位为N86.82°W。坝顶高程为1 373.00 m，建基面最低高程为1 322.00 m，最大坝高为51.00m，坝顶宽度为5.0 m，坝顶长为117.50 m，分为左、右岸非溢流坝段和河床溢流坝段。左岸非溢流坝段长为57.5 m，右岸非溢流坝段长为48.00 m，河床溢流坝段长为12.00 m。大坝非溢流坝段，上游坝坡在高程1 342.00 m以上垂直，以下坝坡坡度为1.0∶0.2，下游坝坡坡度为1.0∶0.8，折坡点高程为1 368.50 m。坝体从上游至下游分别为：C25钢筋混凝土防渗面板、C15自密实混凝土堆石。坝内设有基础灌浆排水廊道。

2.2 溢洪道

溢流表孔布置于坝身河床段（坝0+057.50～坝0+069.50），采用坝顶开敞式泄流，采用单孔泄流，首端泄槽净宽为10.00 m，进入泄槽段后收缩为8 m，堰顶高程为1 369.00 m。溢流堰面曲线堰顶上游端采用椭圆曲线，下游采用WES曲线。出口采用底流消能，消力池长为30.00 m，宽度为8.00 m，底板高程为1 325.50 m。消力池底板采用固结灌浆及锚杆加固，采用排水孔进行排水，溢流面混凝土均采用C35钢筋混凝土。

2.3 取水兼放空系统

取水兼放空建筑物采用坝身布置方案，采用井筒式取水方式，取水兼放空建筑物位于大坝左坝段（坝0+054.75），进口底板高程为1 348.00 m，取水口进口由拦污栅、喇叭口、事故闸门井，通气孔、渐变段等建筑物组成。

3 自密实混凝土重力坝结构优化设计计算

3.1 坝顶高程确定

根据调洪计算成果，大坝设计洪水位为1 371.17 m，相应下游設计洪水位为1 331.69 m;校核洪水位为1 371.81 m，相应下游设计洪水位为1 332.24 m;正常蓄水位为1 369.00 m。根据《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018），坝坝顶高程=水库静水位+[Δh][1-2]。计算得各工况条件下坝顶高程成果，如表1所示。

由表1可知，坝顶高程由校核洪水位工况控制，不低于1 372.96 m，选定坝顶高程为1 373.00 m。

3.2 大坝抗滑稳定及坝体应力计算

3.2.1 抗滑稳定计算基本参数。坝体混凝土容重采用24 kN/m3;混凝土与基岩层面的抗剪断参数取为f′=0.70，c′=0.52 MPa;淤沙按50年淤积高程1 346.52 m计算，淤沙浮容重为0.8，内摩擦角15°。

一是水库正常蓄水位，上游水位为1 369.00 m，对应下游水位为1 329.10 m;二是设计洪水位，上游水位为1 371.17 m，对应下游水位为1 331.69 m;三是校核洪水位，上游水位为1 371.81 m，对应下游水位为1 332.24 m。

3.2.2 大坝稳定及应力计算。根据《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018），采用安全系数法对大坝应力及稳定进行计算，计算成果如表2所示。

由表2可知，C15混凝土的极限抗压强度为15.0 MPa，对于混凝土抗压安全系数来说，基本组合为4.0，特殊组合为3.5，则混凝土容许压应力基本组合为3.75 MPa，特殊组合为4.29 MPa;地基容许承载力为2.0～3.5 MPa。由表2计算成果可知，应力计算成果和地基承载力满足规范要求。

4 结论

箐头水库坝址区河谷呈不对称的V形，左、右岸总体为陡坡地形。坝址未见较大构造通过，岩层呈单斜状，岩层产状稳定。为确保水库枢纽建筑物具有较高的安全可靠性，在挡水大坝整体布置和结构计算中进行了详细论证分析，设计优选的自密实混凝土重力坝设计方案，其坝顶高程、大坝抗滑稳定及坝体应力计算成果均满足设计规范要求，为工程施工建设提供重要设计技术保障。

参考文献：

[1]朱赛，边峰.堆石混凝土重力坝设计案例分析及应用中的技术改进[J].水利水电技术，2014（11）：85-87.

[2]孛永平.唐河水库大坝设计及稳定分析[J].水利与建筑工程学报，2011（3）：68-73.