蔡俄堡水源地挡水建筑物设计探讨

刘丽君

(辽宁省水文局，沈阳 110043)



蔡俄堡水源地挡水建筑物设计探讨

刘丽君

(辽宁省水文局，沈阳 110043)

蔡俄堡水源地挡水建筑物建成后，改变了天然河道的水文情势，变成了人工控制的河道径流，对上、下游水文特性必然产生影响。上游河流水位在坝前壅高后，产生一定范围的回水，形成水源地水文特性。水源地的调蓄作用可削减洪峰，减轻下游防洪负担，同时，水源地主要任务是担负下游用水，故改变了径流的年内分配特性，可增加枯水流量、枯水期水位，对枯水期河道水质具有改善作用。

水源地;坝址及坝线;挡水建筑物；必要性

1 自然条件及社会经济状况

蔡俄堡水源地工程位于桓仁满族自治县铧来镇，工程区位于浑江流域大二河支沟油瓶沟内。铧来镇地处桓仁县西部，距县城40 km，距本溪市区140 km，濒临本桓公路。该地区东邻二户来镇，南隔佛顶山与八里甸子镇相接，西以丫头岭为界与抚顺新宾满族自治县大四平镇接壤，北与铧尖子镇相邻。工程区有村级路相通，交通十分便利。地势西南高，东北低，平均海拔高程530m。境内山体纵横。该地区属温带季风型大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季湿热多雨，年降水量860mm，年均气温5.8℃，无霜期120d。风向冬季西北风，夏季东南风。

浑江流域属温带季风型大陆性气候。冬季寒冷干燥，夏季湿热多雨。流域内多年平均气温6.3℃左右。一月最冷，实测最低气温达-37℃；7-8月气温最高，最高气温达42℃。流域内多年平均降雨800-1000mm，降雨年内分配极不均匀，7-8月份降雨量占全年50%以上。流域内多年平均蒸发量800-1100mm。实测最大风速16m/s，相应风向为NW，最大冻土深度达1.40cm。

铧来镇下辖5个村委会：木盂子、暖河子、蔡俄堡、高俭地、仙人洞，人口1.30万人，多为农业人口。辖区面积146km2，其中耕地面积933hm2。当地农村人均占有耕地0.08hm2，种植水稻是该地区农村经济的主要支柱产业，年人均收入2300元左右。

2 水源地建设的必要性

蔡俄堡村农村饮水困难，工农业经济发展滞后，为了解决当地人民生活及生产用水问题，提高当地人民群众的生活水平，促进工农业发展，增加群众的收入，桓仁县满族自治县移民局拟在蔡俄堡村境内建设供水水源工程。蔡俄堡水源地工程主要任务是解决当地居民的生活用水，同时兼顾农业灌溉用水。该工程建成后，使当地2300人生活用水得到了保障，其中受益移民人口822人，增加水田灌溉面积20hm2，彻底解决了当地生活及生产用水问题，为该地区经济的持续发展奠定了基础，有利于该地区全面小康社会的建设。

3 坝线、坝型的选择及工程总体布置

3.1 坝址及坝线的选择

由于水库所在坝址以上集雨面积仅为5.79km2,河长也仅约3.86km，除去下游开阔地带，又要保证足够的集水面积，外坝线可比选的范围不大。本次设计通过查看万分之一地形图及现场查勘实测图，本次设计本着合理设计、节约投资的原则，并结合当地建筑材料情况，选定坝址位于蔡俄堡村上游3km处、油瓶沟沟口，坝轴线坐标右岸B1点为：X=78695.90，Y=15674.04；坝轴线坐标左岸B2点为：X=78777.40，Y=15554.11。

根据地勘报告和现场料场调查，坝址附近及库区内有大量的冲洪积砂砾石料及碎石土料，在库区上下游总长约500m，宽约60-140m的条型地带，采用挖掘机开挖，深度3-4m，砂砾石料储量为10万m3,水上部分碎石土储量约为12万m3，质量满足筑坝要求；坝址附近无可做均质坝的壤土或砂壤土，缺少做黏土心墙的黏土土料。

根据料场情况，并结合选定的坝线地形和地质情况，该方案坝顶全长145m,其中挡水坝段顶长131.40m，挡水坝顶高程498.10m，坝顶宽度5m，最大坝高18.22m；筑坝料采用砂砾石料，坝体上游坡坡比1∶2.5，下游坡比1∶2.5；坝体防渗采用钢筋混凝土面板，面板厚度300mm；基础防处理采用固结灌浆，固结灌浆深度5m；基础防渗采用帷幕灌浆,帷幕灌浆深度至相对不透水层为单位吸水率小于5Lu。泄水建筑物采用坝顶溢流方式，溢流坝段布置在坝顶中部，桩号0+34.70-0+51.30，溢洪道堰顶高程497.00m，溢流堰共2孔，净宽14m，中墩厚0.6m,边墩厚0.8m。溢流堰采用3×7m(高×长)水力自控翻板闸，堰顶长10.5m，堰体下游紧接陡槽，陡槽净宽15m,采用“U”型钢筋混凝土结构，底板厚0.4m，下设0.1m厚混凝土垫层。陡槽出口采用挑流消能，挑流坎基础坐落在岩面下1.5m处，挑流坎坎下设10m长、0.5m厚铁丝石笼护底。输水工程布置在大坝右岸，由渗渠、供水管和放空管组成，渗渠长50m，供水管、放空管均采用坝下沟埋式，管道均DN315PE管，供水管全长89.95m，进口高程488.85m，坡降为8%；放空管全长128.64m，进口高程485.50m，坡降为3%；坝下游设置阀门室以控制流量。右岸设上坝公路175.01m，宽4.5m泥结石路面,直达坝顶，大坝左侧设置20m宽回车场。

3.2 工程总体布置

蔡俄堡水源地坝轴线座标为：B1点x=78779.03，Y=15551.71；B2点x=78695.85，Y=15674.12。工程由挡水坝段工程、溢流坝段工程、上坝公路工程、输水工程4部分组成。其中，溢流坝段位于坝体左侧，长75.94m，堰顶高程494.00m，堰型采用宽顶堰，堰顶净宽14m，设2扇水力自控翻板闸门；挡水坝位于溢流坝两侧，全长131.40m，上游面采用1∶2.5的迎水坡，300厚混凝土面板护坡；下游采用1∶2.5的背坡；输水工程由渗渠和供水涵管和放空管组成，渗渠长50m，涵管采用坝下沟埋式，供水管全长89.95m，进口高程488.85m，坡降为8%，放空管全长128.64m，进口高程485.50m，坡降为3%，管材均采用DN315PE管，坝下游设置阀门室以控制流量。右岸设上坝公路175.01m，坝顶可通车，左侧设置20m宽回车场。

4 挡水建筑物

4.1 结构布置和材料

4.1.1 坝顶、坝体布置

挡水坝段全长131.40m，坝顶高程498.10m，宽5.0m，上游侧设1.3m高防浪墙，防浪墙露出坝顶0.3m。坝顶交通采用200mm厚泥结石路面，1%横坡，右侧与上坝公路相通。坝体上游采用1∶2.5迎水坡，0.3m厚C25F200W8钢筋混凝土面板，面板每10m设分缝一道，缝中填塞采用20mm厚L-600接缝板；下游采用1∶2.5的背坡，最大坝高18.22m；输水工程采用坝下沟埋式，全长218m，管道采用DN315PE管。

4.1.2 坝体防渗布置

为满足坝体防渗要求，坝体采用钢筋混凝土面板防渗，面板厚0.3m,底部与混凝土趾板相连接，上部与防浪墙相接；面板止水采用JHZ-1橡胶止水带，上覆SR柔性填料。

4.1.3 坝体填筑材料

蔡俄堡水源地的筑坝材料，根据现场察勘和地质勘察，选用砂砾料，料场选用了库区内及坝下游100m处的砂卵砾石。该料场储量丰富，质量上能够满足设计要求，适于筑坝；且运距较短，易于运输。筑坝材料碾压后相对密度不小于0.75，其它填筑指标如：碾压后干密度、孔隙率及碾压边数通过现场碾压试验确定。

4.2 设计计算

砂砾石面板坝校核洪水标准为200a一遇，设计洪水标准为20a一遇。按《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)规定，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，取设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高与校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高二者的最大值。坝顶超高计算公式如下：Y=R+e+A

(1)

式中：Y为坝顶超高，m；R为累积频率为5%的波浪爬高，m；e为最大风壅水面高度，m；A为安全加高，按《规范》规定，4、5级建筑物设计情况下，取0.5m，校核情况下取0.3m。

波浪的平均波高和平均波周期采用莆田试验站公式计算，即：

ghm/W2=0.13th[0.7(gHm/W2)0.7]th

Tm=4.438hm0.5

(2)

式中：hm为平均波高，m；Tm为平均波周期；s；W为计算风速，正常运用条件下的V级坝，设计风速采用多年平均年最大风速的1.5倍，非常运用条件下，采用多年平均年最大风速，多年平均年最大风速取13.75m/s；D为风区长度，正常运用条件下取258m，非常运用条件下取262m；Hm为水域平均水深，正常运用条件下取4.48m，非常运用条件下取4.68m；g为重力加速度，取9.81 m/s2。

平均波长可按下式计算：

Lm=gTm22πth(2πH/Lm)

(3)

式中：Lm为平均波长，m；H为坝迎水面前水深；m。

计算结果见表1。

表1 平均波长计算表

波浪爬高按下式计算：

(4)

式中：Rm为平均波浪爬高，m；K△为斜坡的糙率渗透性系数，取0.9；KW为经验系数；m为单坡的坡度系数，取m=2.5。

风壅水面高度按下式计算：

(5)

式中：e为计算点处的风壅水面高度，m；K为综合摩阻系数，取3.6×10-6；β为计算风向与坝轴线法线的夹角，°。

计算结果见表2。

表2 砂砾石面板坝坝顶高程计算成果表

考虑到大坝沉降，参照同类工程，确定坝顶高程为498.40m。考虑到防浪墙高度0.3m，最后大坝坝顶高程为498.10m。

5 结 语

经计算,挡水坝体安全可靠，防渗面板施工质量易于控制，利用溢流坝段挡水，节省了大量土方开挖。缺点是坝体分区多，作业面相互交叉，坝体和溢洪道施工相互干扰，混凝土防渗面板造价较高。

[1]吴立新.溪口水电站挡水建筑物技术改造的实践[J].小水电，2009(06)：43-44.

[2]晏成明,周春飞,唐德善.河道挡水建筑物优选的模糊层次综合评判模型[J].水电能源科学，2009(05)：149-152.

1007-7596(2017)05-0108-02

2017-04-12

刘丽君(1965-)，女，河南邓州人，工程师，从事水利工程预算等相关工作。

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