松溪供水工程大壩壩型設(shè)計(jì)方案比選

李 嶸

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

松溪供水工程大壩壩型設(shè)計(jì)方案比選

李 嶸

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

介紹了重力壩與拱壩壩型的優(yōu)缺點(diǎn)，從山西省昔陽(yáng)縣口上水庫(kù)壩址處地形、地質(zhì)氣象條件、筑壩材料、工程總布置、施工條件、工程量及投資等方面對(duì)重力壩與拱壩兩種方案進(jìn)行分析比較，最終選擇采取堆石混凝土重力壩方案。

大壩；重力壩；拱壩；松溪供水工程

1 工程概況

松溪供水工程包括水源工程和輸水工程兩部分，水源工程口上水庫(kù)位于昔陽(yáng)縣東冶頭鎮(zhèn)口上村附近松溪河下游河道上，壩址距昔陽(yáng)縣城35 km。輸水工程從口上水庫(kù)庫(kù)區(qū)取水，經(jīng)東冶頭、界都，至昔陽(yáng)縣城，線路全長(zhǎng)29.2 km。

2 壩址氣象地質(zhì)條件

2.1 氣象條件

口上水庫(kù)工程區(qū)氣候類(lèi)型屬大陸性干旱氣候，四季分明，多年平均蒸發(fā)量1 831 mm；平均氣溫9.7℃，極端最高氣溫38.7℃，極端最低氣溫零下20.9℃。由于區(qū)域內(nèi)地形變化大，無(wú)霜期各不相同，海河流域東北部的孔氏、東冶頭2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)無(wú)霜期達(dá)160 d以上，中部地區(qū)在150 d左右，黃河流域及海河流域東南部分地區(qū)為130～140 d，多年平均降水量499.5 mm，主要集中在7—8月，最大日降雨量153.9mm。區(qū)內(nèi)最大凍土深度70 cm?？菟跒楫?dāng)年10月至次年5月。

2.2 地質(zhì)條件

壩址區(qū)位于口上村至董鄭橋的松溪河灰?guī)r峽谷中，壩址距河口下游口上村100 m。河谷呈“U”字形，谷底寬38m，河床高程608.2～609.3m，河水位高程608.0m，河流流向?yàn)镹16°E；壩址兩岸山體渾厚，為基巖山區(qū)，山梁最高770 m，相對(duì)高差150m。河谷兩岸下部為懸崖陡壁，上部（高程635 m以上）岸坡變緩。地貌上屬溶蝕侵蝕低中山峽谷區(qū)。壩基巖性為寒武系張夏組中厚層鮞狀灰?guī)r，為中硬巖，巖體較完整，局部完整性差，抗滑、抗變形性能在一定程度上受結(jié)構(gòu)面和巖石強(qiáng)度控制，穩(wěn)定性好。壩基覆蓋層為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土，為強(qiáng)透水層，存在滲漏、滲透變形破壞和基坑涌水問(wèn)題，需采取防滲及排水措施。左、右壩肩巖層平緩，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，局部存在邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，建議采取護(hù)坡工程措施。左右壩肩繞壩滲漏，需進(jìn)行防滲處理。右壩肩山梁穩(wěn)定，不存在抗滑穩(wěn)定問(wèn)題。

3 壩型方案比選

根據(jù)壩址區(qū)的實(shí)際情況，初擬了混凝土重力壩和混凝土拱壩兩種壩型。重力壩具有安全可靠、對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，樞紐泄洪問(wèn)題易解決，便于施工導(dǎo)流且施工方便。但壩體剖面尺寸大，材料用量大，最好能夠就地取材。壩體應(yīng)力低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，而且壩體與地基接觸面大，會(huì)產(chǎn)生較大的揚(yáng)壓力，不利于壩體穩(wěn)定。拱壩是固結(jié)于基巖的空間殼體，其所受的水平壓力主要通過(guò)拱的作用傳向兩岸，因此修建拱壩最理想的地形是左右兩岸對(duì)稱(chēng)、岸坡平緩無(wú)突變、在平面上向下游收縮的峽谷。當(dāng)河谷不對(duì)稱(chēng)時(shí)，壩體受力條件較差，設(shè)計(jì)施工復(fù)雜。拱壩有利于材料強(qiáng)度的發(fā)揮，故壩體輕薄、節(jié)省材料。同時(shí)拱壩屬高次超靜定結(jié)構(gòu)，超載能力強(qiáng)、彈性好，故抗震性強(qiáng)。但拱壩壩身不設(shè)永久伸縮縫，溫度變化和基巖變形對(duì)壩體應(yīng)力的影響比較顯著，同時(shí)拱壩剖面薄、幾何形狀復(fù)雜，對(duì)施工質(zhì)量、筑壩材料和防滲要求都較重力壩嚴(yán)格。此外，拱壩對(duì)地質(zhì)條件的要求較高，需要基巖均勻、堅(jiān)固完整、有足夠的強(qiáng)度、耐風(fēng)化、岸坡穩(wěn)定且無(wú)大斷裂，都需對(duì)地質(zhì)條件采取妥善處理措施，如果處理工作量過(guò)大、費(fèi)用過(guò)高，則應(yīng)另選其他壩型。

根據(jù)該工程的地形地質(zhì)及氣象條件分析，考慮堆石混凝土石料用量大、施工速度快，擬對(duì)堆石混凝土重力壩和混凝土拱壩兩種壩型進(jìn)行比選。

3.1 堆石混凝土重力壩方案

松溪河洪量較大，所需泄洪設(shè)施規(guī)模大，而壩址處河谷狹窄，重力壩長(zhǎng)度小，泄洪設(shè)施布置困難。為方便泄洪建筑物的布置，減少下泄水流對(duì)下游岸坡的沖刷，把重力壩軸線布置在壩址區(qū)河谷相對(duì)較寬處，距峽谷出口90 m，壩軸線布置為曲線形，壩頂高程647.9m，最大壩高58.4m，壩頂長(zhǎng)120m，寬6.0m。泄洪設(shè)施為表孔和底孔，表孔布置在壩體中部，共5孔，每孔凈寬8.0 m，堰頂高程637.0 m，設(shè)5扇弧形鋼閘門(mén)控制，5孔共用一套疊梁檢修門(mén)。表孔下壩體內(nèi)布置2孔泄洪排沙底孔，孔口尺寸8 m×5 m（寬×高），進(jìn)口布置平板事故檢修門(mén)和弧形工作門(mén)，底孔與表孔上、下層對(duì)應(yīng)布置，共用閘墩。壩體上游面設(shè)2.0m厚的鋼筋混凝土面板防滲，面板與堆石混凝土之間用錨筋連接。大壩施工導(dǎo)流采用全斷面圍堰，導(dǎo)流洞導(dǎo)流。導(dǎo)流洞全長(zhǎng)194 m，城門(mén)洞形斷面，凈寬3.0 m，凈高3.5m，隨機(jī)錨桿，噴混凝土支護(hù)。

3.2 混凝土拱壩方案

考慮拱壩壩肩推力對(duì)兩岸巖體的作用，拱壩壩軸線布置在重力壩軸線上游40m處，采用雙曲拱壩，壩頂拱圈圓心角110°，壩頂長(zhǎng)120m，壩頂高程647.6m，最大壩高58m，壩頂寬6m，壩底寬21m。泄洪設(shè)施為表孔和導(dǎo)流泄洪洞：表孔布置在壩體中部，共7孔，每孔凈寬8.0 m，堰頂高程636.0 m，設(shè)7扇弧形鋼閘門(mén)控制，7孔共用2套疊梁檢修門(mén)。大壩施工導(dǎo)流采用全斷面圍堰，導(dǎo)流泄洪洞導(dǎo)流的方式。導(dǎo)流泄洪洞布置在右岸，進(jìn)口距上游壩面約100 m，在平面上呈直線布置，全長(zhǎng)220m，底坡1%，進(jìn)口底高程609.0m，為圓形壓力洞，洞徑6m，進(jìn)口設(shè)平板檢修門(mén)，出口設(shè)弧形工作門(mén)。

兩種壩型方案壩基均采用固結(jié)灌漿，壩基防滲采用帷幕灌漿。兩種壩型方案的工程量及投資見(jiàn)表1。

重力壩采用堆石混凝土填筑，混凝土面板防滲；拱壩較單薄，全部采用混凝土填筑，筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，工程量較小。重力壩泄流建筑物布置在壩上，運(yùn)行管理方便。壩址處河岸陡立，拱壩左、右壩肩巖體中節(jié)理裂隙、卸荷裂隙發(fā)育，對(duì)拱座穩(wěn)定不利。拱壩施工較重力壩復(fù)雜，對(duì)壩肩地質(zhì)條件要求較高，壩肩處理費(fèi)用大，且利用導(dǎo)流洞泄洪排砂，排砂效果較底孔差。盡管拱壩工程直接費(fèi)用較重力壩方案節(jié)約258萬(wàn)元，但考慮到壩址處河谷狹窄，泄洪設(shè)施布置困難，拱壩壩肩條件較差，重力壩型更適宜泄洪沖砂底孔的布置，本工程推薦采用堆石混凝土重力壩。

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際施工中，并沒(méi)有理想的天然條件，都要經(jīng)過(guò)不同程度的處理，因此選擇修建哪種壩型必須從地形、地質(zhì)條件、筑壩材料、工程總布置、施工條件、工程量及投資等方面進(jìn)行全面分析比較，從工程安全、建設(shè)經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)確定壩型設(shè)計(jì)方案。

表1 拱壩和重力壩工程量及投資對(duì)照表

TV642

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1004-7042（2013）10-0042-02

李嶸（1984-），女，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)農(nóng)業(yè)水土工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師。

2013-08-13；

2013-09-20