剑河县打脑水库坝型比选设计探讨

2021-08-12 07:07裴师虎
建材与装饰 2021年23期
关键词:重力坝堆石坝箱涵

裴师虎

(贵州海河建设工程有限公司,贵州 贵阳 550000)

1 工程案例

打脑水库混凝土重力坝最大坝高38m,总库容112m3;面板堆石坝最大坝高35.0m,总库容112万m3;打脑水库为剑河县新城区居民生活供水量149.10万m3/年,下放生态水26.90万m3/年。

2 坝型比选

本工程筑坝材料均为购买,考虑采用养门砂石料场作为料场该料场,可采储量为30.0万m3,完全满足本工程所需。从经济角度,C15混凝土重力坝投资为2063.76万元,而C15埋石混凝土重力坝的投资为2045.70万元,C15埋石混凝土重力坝比C15混凝土重力坝节省18.06万元,但埋石混凝土重力坝,由于施工速度较慢,工期长,导致工程总工期增加,进而影响施工期的成本,同时也增加了不可抗力或不利气候条件对施工的影响,所以,本次考虑在下坝线修建C15混凝土重力坝,并与面板堆石坝做比选后确定最终坝型。

2.1 地形地质条件比较

坝址处河谷断面呈对称的“V”型河谷,谷宽15m,河床高程510~514m,宽高比为1.7,正常蓄水位河宽73m。,两岸坡顶高程在670~700m,山体宽厚,河床高程在510~514m,相对高差160~186m;两岸冲沟发育,山体宽厚,总体较完整,山脊和宽谷大致呈北西向平行相间布列;两岸自然坡度30°~55°,自然边坡较稳定,坝址所在河流直段长224m,该坝址可布置混凝土重力坝与面板坝。

从地形上看,坝址河谷两岸较对称,河谷较宽,适宜修建埋石重力坝和面板堆石坝,但考虑大坝两岸较为陡峭,无天然垭口,不利面板堆石坝方案泄洪建筑物布置。

弱风化中部基岩地基允许承载力1~1.5MPa,泊松比0.28,其强度相对较低,抗变形能力较弱,修建重力坝存在一定的风险。面板堆石坝岩体承载力要求相对较低,坝基的适应性较强,修建面板堆石坝风险性相对于重力坝低。

由于本工程大坝下游已被回填,不利用布置泄洪建筑物,就布置而言,重力坝体型相对于面板坝较小,有利于结合施工布置,重力坝略优一些。从地质条件考虑,面板堆石坝对地基要求较低,而重力坝对地基要求较高,存在抗滑稳定等较复杂的工程地质问题,在地质条件方面,混凝土面板堆石坝方案优于重力坝方案。

2.2 枢纽布置比较

重力坝方案枢纽布置为C15混凝土重力坝+“龙抬头”式明流无压溢洪隧洞+坝后井筒式取水和放空;挡水建筑物为C15混凝土重力坝,坝顶全长85.75m,全由非溢流坝段组成,全长85.75m。坝顶高程为542.0m,河床段及岸坝段坝基置于弱风化基岩中上部,建基面高程为504.00m,最大坝高38m,坝顶宽5m,坝底最大宽度31.8m,坝顶设置高1.2m防浪墙;溢流前缘净宽12m,水平面为圆弧形状,圆弧半径35m,中心角19.644°,圆弧中心坐标为X:2959586.2393,Y:545069.0674,堰面曲线由上游双圆弧曲线和下游面WES曲线组成,曲线末端接坝面泄槽段,泄槽末端经渐变后直接接入隧洞。上游堰头曲线为用3:1斜坡+圆弧组成;下游面曲线方程为y=0.316x1.836;泄槽段平面长度30.76m,斜面长度33.411,底坡坡度i=0.5547,底板宽度由11m收缩至3.752m,后接渐变段,渐变段水平长度1.94m,斜面长度2.331m,底坡为0.5547,底板宽度右3.752m渐变至3.5m,渐变段侧墙平面采用圆弧形收缩,圆弧半径为15m,平面转角位7.428°;渐变段后接斜面直线段和反弧段隧洞标准断面,斜面直线段平面长度4.99m,斜面长度6m,反弧段反弧半径15m,中心角31.245°,圆弧长8.18m,反弧段后接隧洞洞身,隧洞洞身长675.47m,底坡i=0.4266,采用圆拱直墙形断面,断面净宽3.5m净高4.6m,直墙段高3.8m,顶拱中心角98.269°,顶拱半径2.314m,洞身末端为隧洞出口段,为2m长导向墙,再接17m箱涵穿过滨江公路,箱涵净断面5m×5m,箱涵末端接面流消能跌坎,跌坎长11m,宽5m,高7m,表孔溢流面、导墙、溢流头均,隧洞洞身、出口箱涵及消能跌坎均采用C30钢筋混凝土浇筑,临时支护及边坡支护采用挂网喷锚支护,重力坝枢纽建筑物枢纽布置参见图1。

图1 C15混凝土重力坝平面布置

面板堆石坝方案枢纽布置为混凝土面板堆石坝+“龙抬头”式明流无压溢洪隧洞+库内井筒式取水和放空;坝为钢筋混凝土面板堆石坝,最大坝高35m,坝顶高程543.00m,坝顶宽度5m,坝顶长109.15m,河床坝段趾板建基面高程为508.00m。坝顶上游侧设L型混凝土防浪墙,高度为3.4m;洪建筑物布置于库区右岸,采用“龙抬头”式泄洪方案,溢流前缘净宽12m,水平面为圆弧形状,圆弧半径35m,中心角19.644°,圆弧中心坐标为X:2959586.2393,Y:545069.0674,堰面曲线由上游双圆弧曲线和下游面WES曲线组成,曲线末端接坝面泄槽段,泄槽末端经渐变后直接接入隧洞。上游堰头曲线为用3:1斜坡+圆弧组成;下游面曲线方程为y=0.316x1.836;泄槽段平面长度30.76m,斜面长度33.411,底坡坡度i=0.5547,底板宽度由11m收缩至3.752m,后接渐变段,渐变段水平长度1.94m,斜面长度2.331m,底坡为0.5547,底板宽度右3.752m渐变至3.5m,渐变段侧墙平面采用圆弧形收缩,圆弧半径为15m,平面转角位7.428°;渐变段后接斜面直线段和反弧段隧洞标准断面,斜面直线段平面长度4.99m,斜面长度6m,反弧段反弧半径15m,中心角31.245°,圆弧长8.18m,反弧段后接隧洞洞身,隧洞洞身长675.47m,底坡i=0.4266,采用圆拱直墙形断面,断面净宽3.5m净高4.6m,直墙段高3.8m,顶拱中心角98.269°,顶拱半径2.314m,洞身末端为隧洞出口段,为2m长导向墙,再接17m箱涵穿过滨江公路,箱涵净断面5m×5m,箱涵末端接面流消能跌坎,跌坎长11m,宽5m,高7m,表孔溢流面、导墙、溢流头均,隧洞洞身、出口箱涵及消能跌坎均采用C30钢筋混凝土浇筑,临时支护及边坡支护采用挂网喷锚支护,下坝线面板堆石坝平面布置图参见图2。

图2 下坝线面板堆石坝平面布置图(总库容112万m3)

就枢纽布置而言,重力坝方案较面板堆石坝方案优。

综上所述,从枢纽布置上来说,重力坝优于面板堆石坝。

2.3 施工条件比较

重力坝坝体填筑量小,施工技术简单,渡汛条件好,隧洞较短,对筑坝材料运输强度要求低,施工较为方便,但开挖基础深度大,坝基开挖量大,施工工期为20个月。

面板坝由于对建基面要求低,坝基开挖量少;但坝体填筑量大,施工技术要求较高,隧洞较长,渡汛条件相对较差,对筑坝材料运输强度要求高,施工工期为23个月。

从施工条件来说,重力坝优面板堆石坝。

2.4 运行管理比较

(1)重力坝及面板坝均采用库内泄洪的方式,泄洪方式相同,运行管理的工作相当。但是当出现超标洪水时,重力坝能抵抗短期洪水翻坝;而面板坝将发生溃坝,这对下游江北新城区居民将产生重大影响。

(2)在后期的运行中,面板坝的上游面板易发生裂缝,从而增加水库的后期运行管理费用。

从运行管理来说,重力坝优于面板堆石坝。

2.5 工程量和投资比较

因两坝型方案泄洪隧洞、放空布置一致,仅对大坝枢纽与取水建筑物进行投资比较,两坝型方案及取水方案直接投资比较见表1。

表1 两坝型方案枢纽投资比较 单位:万元

3 结语

综上分析,两种坝型各有优劣,从地形条件来看,重力坝坝优于面板堆石坝;从地质条件来看,面板堆石坝优于重力坝;从枢纽布置来看,重力坝坝优于面板堆石坝;从施工条件来说,重力坝优于面板堆石坝,特别是考虑到本工程面板堆石坝坝高较小,坝体填筑量太小,对合格的施工队伍的吸引力较小,故不易找到合格的施工队伍,重力坝施工条件简单,施工工期短;从运行管理方面来说,重力坝优于面板坝;从淹没占地方面来说,重力坝占地面积远小于面板坝;从投资方面来说,两个方案经济投资相当。

综合以上考虑,本阶段选定重力坝作为选定坝型。

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