水库碾压混凝土坝枢纽方案设计

摘 要：某水库大坝是一座主要采用C15三级配的碾压混凝土坝，最大坝高46m，坝基地质条件较复杂，需要在规划设计阶段进行深入研究。结合工程实际水文地质条件，对大坝设计方案进行适当优化调整，使碾压混凝土坝枢纽布置能够满足SL319-2005技术规范要求，达到技术上可行、经济上合理的安全可靠性水平。

关键词：水库；农业灌溉；碾压混凝土；大坝

1 工程概况

某水库是一座以农业灌溉为主，兼有农村人畜饮水、城镇供水的水利工程。坝址以上流域面积4.28km2，多年平均流量0.5m3/s。水库采用碾压混凝土重力坝坝型，正常蓄水位981.50m，校核洪水位983.19m。水库总库容120万m3，为Ⅳ等小（1）型工程，主要建筑物挡水、泄水、取水建筑物为4级，施工导流及其他临时建筑物为5级。

2 碾压混凝土重力坝枢纽布置

重力坝枢纽由C15碾压混凝土重力坝+坝顶开敞式溢洪道+左岸放空冲砂底孔等组成。

2.1 大坝枢纽结构布置及防渗处理

（1）结构布置。重力坝坝轴线长161.00m，坝顶高程983.80m，建基面高程937.80m，坝高46m，坝顶宽4.0m，最大坝底宽度37.20m，上游面坡比1：0.3（952.50m高程以下），下游面在978.80m高程以上铅直，以下坡比1：0.7。大坝由溢流坝段及左、右岸非溢流坝段组成，溢流坝段布置在河床中部偏右岸，长20m，堰顶高程981.50m，为WES型实用堰，下游面采用挑流消能。非溢流坝段左、右岸分别长94.65m、46.35m。坝身采用C15三级配碾压混凝土，迎水面采用C20二级配变态混凝土（厚0.5m）和C20二级配碾压混凝土（上部厚1.5m，下部厚2.0m）防渗，抗渗标号为W6。大坝基础设置1.0m厚的C15二级配混凝土垫层。

（2）基础处理。大坝基础置于弱风化中上部，为防止坝基浅层滑动对于基础局部不良地质段采用固结灌浆，固结灌浆采用梅花形布置，间、排距为3.0m，深入基岩5.0m。另外，为加强帷幕灌浆效果，在帷幕灌浆孔上下游侧设置3排固结灌浆，孔间距3.0m。

（3）防渗处理。根据坝肩钻孔地下水位分析，左岸地下水水力坡降为10～40%；右岸地下水水力坡降为10～30%。坝址区岩体较破碎，节理裂隙较发育，可能会出现绕坝风化裂隙型渗漏，需对坝基和两岸进行防渗处理。防渗处理原则及防渗线路选择：两岸接地下水位与正常蓄水位交点水平伸入5～10m作为防渗端头，防渗线路按垂直于山体布置，防渗下限深入岩体透水率不大于3Lu。经计算，防渗总进尺4797m，有效进尺3050m，无效进尺1747m。

2.2 取水、冲砂建筑物

为节省投资，将坝内取水设施与冲砂底孔上下重叠布置，井筒中心桩号为坝0+070.55，位于大坝左岸紧靠溢洪道布置。冲砂底孔进口底板高程955.50m，孔长28.96m，进口孔口尺寸1.2×1.5m（宽×高），设置检修闸门及相应的启闭设备；出口采用1：5的压坡，压坡段长1.0m，孔口尺寸1.2×1.3m（宽×高），设置弧形工作闸门一道。孔身采用C35钢筋混凝土衬砌厚1m。

取水管为坝内埋管，进口底板高程960.50m，长16.70m，管径0.9m，采用Q235焊接钢管，壁厚6mm，管周边采用1.0m厚的C20的外包混凝土，进口设置固定式拦污栅和1.2×1.2m（宽×高）检修闸门及相应的启闭设备。

3 碾压混凝土重力坝结构设计

3.1 坝顶高程确定

坝顶高程根据各种运行情况的水库静水位加上相应超高后的最大值确定。

从表1中看出，坝顶高程的控制情况为校核洪水位情况，坝顶高程取为983.80m，高于校核洪水位，满足规范要求。

3.2 大坝结构设计

（1）坝顶结构。坝顶高程为983.80m，顶宽4.0m，坝顶无交通要求，左、右岸非溢流坝段分别长94.65m、46.35m，上、下游侧均设栏杆，左岸坝顶与上坝公路相连接。

（2）坝体材料。结合坝体方量及工期要求，坝体主要采用C15三级配碾压混凝土；为满足防渗要求，上游迎水面采用C20二级配变态混凝土，厚度为0.5m；其后为C20二级配碾压混凝土，953.80m高程以上厚度1.0m，以下厚度2.0m；坝顶为厚0.2m的C20常态混凝土路面；下游面设有厚0.5m的C15三级配变态混凝土；垫层采用C15二级配常态混凝土，厚1.0m。

3.3 基础处理

（1）坝基开挖。最大坝高46.0m，属中坝，根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）要求，将坝基置于弱风化岩体中、上部。开挖边坡岩质边坡1：0.3，土质边坡1：1，对地质条件较差位置的开挖边坡采取锚、网、喷联合支护处理。坝基开挖揭露的软弱夹层及岩溶发育位置进行局部深挖回填混凝土处理，坝肩与两岸陡坡相接处作接触灌浆处理。

（2）固结灌浆。大坝基础开挖至弱风化基岩上部，为了提高基础的整体性，减少基础变位、降低沿基础的渗漏，拟对大坝基础存在地质缺陷的地方进行固结灌浆处理；同时为加强帷幕灌浆的效果，在帷幕灌浆孔上下游范围内增设3排固结灌浆。固结灌浆孔距拟定为3m，梅花型布置。固结灌浆压力根据灌浆试验确定。初步拟定固结灌浆深入基础5m。经计算，固结灌浆总进尺为2640m。

（3）坝基防渗帷幕。防渗下限深入地下水位5～10m，并满足岩体透水率不大于3Lu；两岸帷幕端点接水库正常蓄水位与地下水位交点水平伸入10m作为防渗端头。坝段防渗实施方案比选：设计时选择了在坝体内设置灌浆廊道和在坝顶施灌两种方式进行比较。经计算大坝下游最高水位1647.87m（P=0.5%），为保证廊道能自流排水至大坝下游，廊道底板高程需≥1647.87m，考虑廊道内径及衬砌厚其顶部高程为1651.67m（廊道高3.5m，衬砌厚0.3m），而冲砂底孔进口底板高程为1655.23m，两建筑物在高程上不矛盾，故降低廊道底板高程增加永久排水泵。坝段帷幕线长161.0m，总进尺2473m，有效进尺1992m。

两岸防渗实施方案比选：设计时选择了在两坝肩开挖灌浆平硐和采用露天灌浆两种方式进行比较。根据两岸防渗端头确定原则，左、右岸帷幕线分别为86m、39m，如采用两坝肩平硐内灌浆，其洞挖石方为1183m3，投资为17.4万元；如采用露天灌浆，将增加无效进尺764m，投资为10.8万元；故本次设计推荐投资较省的露天灌浆方式，两岸帷幕灌总进尺2324m，有效进尺1058m。

根据坝区工程地质条件及灌浆布置方式比选，帷幕线全长约286m，防渗帷幕总进尺4797m，有效进尺3050m，帷幕灌浆布置为单排孔，孔距3.0m。

4 结束语

根据坝址地形地质、水文气象等条件，结合建基面和坝体结构布置等因素，经详细计算验证，推荐采用的碾压混凝土重力坝枢纽布置方案。该方案具有工程量较省、施工简单、坝体外型与质量易控制、适应能力较强等优点，具有较强的施工技术指导意义，确保工程高效优质、节能经济的施工建设。

参考文献

[1]杨加智，袁翠平.喀腊塑克碾压混凝土重力坝坝体渗控方案研究[J].水利科技与经济，2007（5）：284-286.

[2]曹骏.哮天龙水库碾压混凝土重力坝设计[J].贵州水力发电，2011（2）：17-20.

作者简介：许祥（1979-），男，内蒙古赤峰人，本科学历，工程师，主要从事水利水电建筑工程设计工作。