杜家沟水库坝型比选设计

田晓卿

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司 山西太原030024）

1 杜家沟水库工程概况

杜家沟水库位于山西省忻州市静乐县杜家沟河上。杜家沟河发源于静乐县神峪沟乡胡家庄村，属黄河流域汾河的一级支流。水库总库容347.4 万m3，是一座以供水为主的小（1）型水库。

水库的工程任务是：调节万家寨引黄南干线供水量，每年8、9月份共58 天向静乐县2 个坑口电厂供水，供水量为158.9 万m3。

水库枢纽工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4 级，洪水标准采用30年一遇设计，300年一遇校核。

2 坝型适宜性及拟定

坝址位于杜家庄村下游约2.8 km，河床左低右高，河谷呈宽缓的“U”字型，底宽约150 m。该处河流流向约为N63°W。左岸坡度约34°～45°，最高点高程高于河床最低点106.8 m，右岸坡度约33°～59°，最高点高程高于河床最低点130.7 m。两岸山坡及河谷底部多被松散层覆盖，基岩局部裸露。

坝址区覆盖层有第四系全新统松散覆盖层，以河床中的洪冲积物（Q4pal）为主，两岸山坡底部的坡洪积（Q4dpl）次之。Q4pal厚度0.5～2.8 m，下伏为三叠系中统铜川组（T2t）长石砂岩和泥岩地层。两岸山坡表层多为松散覆盖层，岸坡有基岩出露。覆盖层自上而下依次有第四系上更新统风积黄土（Q3eol）、中更新统洪积（Q2pl）低液限黏土，第三系上新统（N2）地层低液限黏土和卵石混合土，下伏基岩为三叠系中统铜川组（T2t）长石砂岩和泥岩地层。

根据工程区地形地质条件，库区两岸山坡及山顶土层覆盖较厚、河床及岸坡多有岩石裸露，石料丰富，宜采用当地材料建坝。

因此，选用混凝土面板堆石坝与堆石混凝土重力坝进行比较。

方案A：混凝土面板堆石坝

混凝土面板堆石坝结合泄水建筑物布置情况考虑两个方案，即单采用泄洪冲沙洞泄洪方案（方案①）和采用溢洪道、泄洪冲沙洞联合泄洪方案（方案②）。

方案①枢纽建筑物由大坝、泄洪冲沙洞及供水建筑物三部分组成。

大坝：大坝的最大坝高37.4 m，坝顶长217 m，宽6.0 m，防浪墙高1.2 m，上下游坝坡均为1∶1.4。面板和趾板采用抗渗等级W8、抗冻等级F200 的现浇C30 钢筋混凝土；其中面板厚度40 cm、趾板厚度60 cm，垫层和过渡层的水平宽度均为3.0 m。面板及趾板的分缝采用止水铜片和GB 塑性填料。趾板放置于强风化岩层下部，趾板下设帷幕灌浆和固结灌浆。

泄洪冲沙洞：泄洪冲沙洞布置于大坝右岸山体中，全长218.31 m，由进口段、有压洞身段及出口段组成，最大泄量169.3 m3/s。洞轴线平面设置转弯段，转角350，转弯半径150 m。进口闸室孔口尺寸4.0 m×4.5 m（宽×高），闸室内设平板事故检修闸门1 扇；出口闸室孔口尺寸为3.0 m×3.0 m（宽×高），闸室内设弧形工作门1 扇；洞身进口段采用龙抬头，在底高程一致处与导流洞合并，夹角14.656°，共用段长85.6 m，洞身为内径4.0 m 的圆形断面；出口采用挑流消能。

供水建筑物：供水建筑物布置于大坝右岸，供水建筑物结合泄洪冲沙洞布置，进口与泄洪冲沙洞共用一个进水塔。输水管道总长310 m，管材采用DN600钢管，埋设于泄洪冲沙洞底板下，其末端位于泄洪冲沙洞下游130 m 处，设控制阀对出水量进行控制。

方案①的平面布置图见图1。

方案②枢纽建筑物由大坝、溢洪道、泄洪冲沙洞及供水建筑物四部分组成。

大坝及供水建筑物同方案①；泄洪冲沙洞除进出口闸室孔口尺寸分别为3.0 m×3.5 m 和2.5 m×2.5 m、洞身为内径3.0 m 的圆形断面外，其布置、结构等均同方案①，最大泄量152.9 m3/s。

溢洪道：根据坝址地形，左岸存在天然垭口，考虑将溢洪道布置于大坝左岸，布置形式为河岸式溢洪道。溢洪道全长266.0 m，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎段组成，最大泄量48.1 m3/s。控制段采用无底坎宽顶堰，净宽10 m，堰顶高程低于坝顶高程3.1 m，末端采用挑流消能。

方案②的平面布置图见图2。

方案B：堆石混凝土重力坝

堆石混凝土重力坝的组成为溢流坝段和非溢流坝段。溢流表孔设置在河床中部，同时考虑水库建成后便于运行和管理，同时为了便于冲沙和排沙，在溢流坝段左侧设置泄洪冲沙底孔一孔，挡水坝段位于溢流坝段和冲沙泄洪底孔坝段的两侧。大坝全长221 m，大坝自左向右依次为左岸挡水坝段、底孔坝段、溢流坝段、右岸挡水坝段。堆石混凝土重力坝座落于弱风化基岩中上部，最大坝高为41.4 m，坝顶长221 m。非溢流坝段的坝顶宽度为6.0 m，上游面为折坡式，在坝高12 m 高程以下的坝面坡度为1∶0.2，以上垂直；下游在坝高37.1 m 高程以下的坝面坡度为1∶0.75，以上垂直。最大坝底宽度为34.4 m。

图1 方案①平面图

图2 方案②平面图

3 各方案优缺点分析

3.1 地形及地质条件

通过对工程地质条件的分析，面板堆石坝适应地基变形的性能较好，对地基承载力的要求不高，基础处理简单。重力坝基础对岩层要求比较高，大坝需座落在弱风化基岩上，因此需清除坝基所有覆盖层以及强风化层，基础处理工程量大。因此，从地形及地质条件来看，面板堆石坝比堆石混凝土重力坝更优。

3.2 筑坝材料

两种坝型所需天然建筑材料可在坝址上游库区就近采取，运距约1 km，混凝土粗细骨料的运距为25～45 km。从筑坝材料方面来看，混凝土面板堆石坝和堆石混凝土重力坝两种坝型都不具备明显优势。

3.3 施工条件

施工布置方面，堆石混凝土重力坝的泄洪建筑物布置在坝体中部，施工干扰大，工期延长；面板堆石坝的大坝与泄洪建筑物分别布置，互不影响施工，工期可以缩短。从施工布置看，面板堆石坝比堆石混凝土重力坝更优。

3.4 运行及管理

堆石混凝土重力坝的筑坝材料强度高，同时耐久性也好，泄洪建筑物可以结合大坝布置，不需要单独布设岸边泄洪建筑物，便于运行和管理；混凝土面板堆石坝在运行的过程中需要对上、下游坝坡经常进行维护。从运行和管理方面来看，堆石混凝土重力坝比混凝土面板堆石坝更优。

3.5 工程量及投资

经过综合比较，混凝土面板堆石坝两个方案比堆石混凝土重力坝投资均少，且施工技术简单，因此混凝土面板堆石坝更优；同时，对混凝土面板堆石坝方案①和方案②比较，方案①比方案②直接投资节省约471 万元，并且方案①单采用泄洪冲沙洞泄洪，建筑物较方案②少，运行维护方便。综合比较，混凝土面板堆石坝方案①更优。

4 结语

文中主要针对杜家沟水库的坝型设计，比选了混凝土面板堆石坝和堆石混凝土重力坝这两种坝型，选择了经济上合理，技术上可行的混凝土面板堆石坝方案。