水库坝型设计方案论文

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1枢纽工程选址对坝型影响

芣兰岩河又称虹霓河、寺头河，是露水河的一级支流，全长54km，在山西境内长47km。河道在虹霓村至槐树坪村形成长约2.5km的峡谷地带，两岸岸坡陡立，河谷底宽20～70m，且两岸山坡多基岩裸露，因此，将虹乙水库枢纽工程选在该河段。该段河道呈深“U”型，两岸陡崖、陡坡基本对称分布，从下至上有3道垂直陡崖及陡崖间陡坡组成，3道陡崖分别高约40m，20m，30m，崖顶高程分别为715．00～720．00m，735．00～750．00m，780．00～810．00m，在虹霓村口处有一滚水坝，滚水坝后为一陡坎，水流在陡坎处形成瀑布跌落河谷，瀑布高约55m。上游河段（上坝址）虹霓村滚水坝下游约1700m处河谷狭窄对称，两岸陡峭、岩石出露，坝址区无断层通过，两岸卸荷裂隙有发育，岩体相对较完整，地形地质条件比较适合混凝土拱坝、重力坝，泄洪、排沙及取水建筑物可与大坝整体布置，泄洪、排沙效果有保证；水库正常蓄水位较高，有利于提高自流灌溉面积；大坝总体工程量较小，总体投资较省。但河谷狭窄，泄洪排沙、取水建筑物布置受到限制，在施工组织、质量控制等方面技术难度较大。下游河段（下坝址）距滚水坝约1880m处河谷相对上游较开阔，适宜坝型为混凝土重力坝，泄洪、排沙及取水建筑物可与大坝整体布置，泄洪、排沙效果有保证；泄洪排沙、取水建筑物布置相对便利。但大坝工程量大，总体投资较大。经综合比较，两坝址地质条件相近，工程规模相同，从主体工程投资来看，上坝址投资较少，确定上坝址为推荐坝址。

2工程地质条件

坝址区地层为单斜构造，各岩层呈整合接触，岩层倾角平缓，呈水平状。两坝肩下部均为近垂直的陡崖，上部为陡坡，两侧地形基本呈均匀对称状，出露地层均为中厚层状石英砂岩夹薄层粉砂质页岩，巨厚层状石英砂岩，岩层产状呈近水平状，略倾向左岸；两岸发育较多顺河床向的卸荷裂隙，近垂直状；左坝肩陡崖中不存在无倾向河道的缓倾角裂隙面，斜坡中钻孔揭露弱风化基岩层厚约11.8m，推测陡崖部位弱风化基岩层厚6～10m，自然岸坡和开挖切坡较稳定；右坝肩地质条件与左坝肩基本相同，但右岸岩层略倾向河道，岩层中软弱夹层可能存在软化现象，受扰动时岩块可能会沿卸荷裂隙及粉砂质页岩层面产生滑移，易产生失稳现象。坝基基岩主要为中厚层状石英砂岩，局部夹薄层粉砂质页岩，上部弱风化岩体中裂隙较发育，岩体完整性差，下部微风化岩体较完整。覆盖层厚约10.5m，为砂卵石层。坝基抗滑稳定主要受粉砂质页岩夹层层面控制，其各力学参数较低，坝基抗滑稳定较差，坝基可能会沿粉砂质夹层层面产生滑移。

3坝型比选

3.1枢纽布置方案

根据地形地貌、地层岩性、地质构造等条件，经综合分析，由于河谷较狭窄，且两岸陡立，坝外布置泄洪建筑物难度较大，成本过高，不具备修建堆石坝条件。坝址区附近有丰富的石料及砂砾石料，主要成分为灰岩、石英砂岩，其中灰岩约占90%，具有较好的砂石料场，且料场距坝址区仅约1.0km，能够满足混凝土坝砂石料需求。从泄洪建筑物布置条件来看，由于坝址河谷宽仅25m，局限于河谷地形条件，泄洪建筑物宜与枢纽工程结合布置，适宜布置混凝土溢流坝。为此，选择拱坝和混凝土重力坝两种方案重点对挡水建筑物、泄洪建筑物的工程布置和主要技术经济指标进行比较。

3.1.1拱坝方案

根据工程地质情况，两坝肩作为双曲拱坝坝肩时稳定性较差。因此，拱坝方案拟选用混凝土重力拱坝方案。大坝由非溢流坝段、溢流坝段、泄洪排沙孔、取水口等组成。采用6拱券5不等段设计，从上而下每段高度分别为10m，10m，10m，10m，11m。每层拱券弦长68.4m，60.2m，55.6m，49.4m，45.6m。拱坝中心线与河道中心一致，坝基高程668.00m，坝顶高程729.00m，最大坝高61m。下游拱券平面采用左右岸同半径的单圆心圆弧拱，中心角度96°，外半径41.1m，坝顶厚度5m，坝底厚度20m，厚高比0.33，属中厚拱坝。溢流坝段位于河床位置，分3孔布置，堰顶高程722.36m，溢流坝曲线采用WES型幂曲线，不设闸门。泄洪排沙孔位于溢流坝段，进口高程692.00m，2孔布置，孔口尺寸2.0m×2.0m。进口段设椭圆进口及渐变段，设弧形工作闸门，闸门半径3.625m。取水口进口高程710．00m，位于左侧非溢流坝段，采用坝式进水口，进水口孔口尺寸1.0m×1.0m。孔口前设拦污栅，拦污栅装在上游坝面的支撑结构上，检修闸门为1.2m×1.2m的钢平板闸门，位于坝体内。渐变段长度2m，侧面扩散角7°，在坝后采用直径500mm的钢管沿710．00m等高线顺延而下，与灌溉管道相连。大坝左岸公路现已通至芣兰岩村，故从左岸坝顶布置3.0km公路至芣兰岩村作为上坝公路。

3.1.2混凝土重力坝方案

坝顶长95m，坝顶高程729.30m，最大坝高60m，坝顶宽4m，由非溢流坝段、溢流坝段、底孔坝段等组成。左岸非溢流坝段长43m，泄洪排沙底孔及取水孔位于该坝段。泄洪排沙孔进口高程692.00m，单孔布置，中心线桩号0+040.4，孔口尺寸2m×2m；取水孔单孔布置，进口高程709．00m，中心线桩号0+036，坝内埋直径500mm的钢管，垂直坝轴线布置，出大坝处设直径500mm的阀门。溢流坝段长34m，堰顶高程722.36m，溢流净宽30m，堰型为幂曲线，采用挑流消能。

3.1.3枢纽布置方案比较

重力拱坝方案可充分利用当地丰富的天然建筑材料，综合拱坝突破地基础承载力方面限制和重力坝对坝肩处理相对容易的优势，同时有利于减少工程量，降低成本，且建筑物外形美观，结合当地旅游开发，有较高的环境效益和社会效益。但拱坝施工难度大，曲面混凝土浇筑对模板制安精度要求较高，同时建筑物分布集中，施工组织安排难度较大，施工措施费用较高。混凝土重力坝方案可充分利用当地丰富的天然建筑材料，坝肩处理难度不大，坝型单一，施工设备少，便于施工的总体安排。但混凝土重力坝对地基承载力要求较高，基础开挖量大，基础处理费用较高；且坝体本身体量较大，比重力拱坝混凝土量增加约1/3，增加了工程投资。

3.2坝型选择

地形地质条件：坝址处的地形条件对于重力拱坝明显优于混凝土重力坝。在坝肩处理难度和投资方面，重力拱坝较混凝土重力坝难度大、投资多。坝基基岩完整性差，抗滑稳定性较弱，在坝基处理上混凝土重力坝较重力拱坝处理难度及投资会有大幅增加。工程布置条件：两种坝型采用材料相同，均可充分利用当地建筑材料；枢纽工程建筑物布置条件略有不同，仅对施工难度稍有影响，对工程投资影响不大。工程投资：重力拱坝投资为2940万元，混凝土重力坝投资为4003万元。坝型选择：从以上分析可以看出，重力拱坝除在对坝肩地质条件的适应性和处理难度及投资方面略有劣势外，在其他方面均有较大优势，故推荐采用重力拱坝方案。

4结论

虹乙水库根据实际地质条件，充分考虑筑坝材料、运输条件、施工条件、建筑物布置、建设工期、工程造价等影响因素，经过系统的技术分析论证和技术经济比较，推荐采用重力拱坝方案。

作者:赵云雷单位:长治市水利建设投资管理中心