水庫混凝土重力壩方案設計及抗滑穩(wěn)定與應力計算

摘 要：陜西某V等?。?）型多功能水庫，其大壩樞紐方案為混凝土重力壩+開敞式溢洪道+取水兼放空管。大壩壩頂高程

789.00m，最大壩高54m，壩頂壩寬5.0m，筑壩材料為C15四級配常態(tài)混凝土。在工程設計階段，對大壩樞紐布置、結構體型、大壩抗滑穩(wěn)定和大壩應力等進行了詳細分析計算，結果表明設計方案合理，大壩安全穩(wěn)定性較高，各項技術指標均滿足《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL319-2005）、《混凝土重力壩設計規(guī)范》（NB/T 35026-2014）等規(guī)范指標要求。

關鍵詞：水庫；樞紐布置；重力壩；抗滑穩(wěn)定；應力計算

1 工程概況

陜西某水庫以城市供水為主，兼顧灌溉、養(yǎng)殖和下游防洪等功能。壩址集水面積3.67km2，壩址斷面處多年平均徑流量為176萬m3，多年平均流量0.325m3/s。水庫校核洪水位（P=0.5%）768.50m，總庫容323.80萬m3，正常蓄水位766.00m，相應庫容305.80萬m3，死水位746.50m，相應庫容88.60萬m3，興利庫容276.80萬m3，年供水總量637.8萬m3。根據《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》（DL5180-2003），該水庫總庫容323.80萬m3，屬于100萬m3～1000萬m3范疇，其工程等別為V等，為?。?）型水利工程，防洪級別一般[1]。

2 工程區(qū)主要水文地質概況

水庫大壩，其推薦壩址壩軸線長約825m，河流流向自東向西，兩岸高山，壩址區(qū)河谷呈基本對稱“V”字型谷，屬于典型河谷型水庫。大壩壩基河床高程738.20～750.50m，設計正常高水位766.00m時，谷口寬約100m，寬高比5.2。河床及兩岸覆蓋層不均勻，約1.5～8.3m，強風化深14～18m，弱風化深17～21m。工程區(qū)地下水橫向補給河水，水質較好。

3 混凝土重力壩方案設計

在對工程區(qū)巖性、壩址壩線分析、施工料場、施工便捷性等進行技術、經濟等方面的綜合經濟性對比分析后，最終推薦采用碾壓混凝土重力壩。大壩主要由混凝土重力壩、開敞式溢洪道以及取水兼放空管等功能結構組成。

3.1 混凝土重力壩結構體型設計

根據《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL319-2005）、《混凝土重力壩設計規(guī)范》（NB/T 35026-2014）等規(guī)范要求進行重力壩結構體型設

計，設計結果為：大壩軸線總長828m，壩頂高程789.00m，建基面高程735.00m，壩高54m，壩頂寬5.0m，最大壩底寬度32.86m，上游面鉛直；下游面坡比1：0.75，起坡點高程784.00m。大壩共分成三個部分，采用壩體溢流方式，即分別為：中部溢流壩段及左、右岸非溢流壩段。其中：溢流壩段采用WES型堰面，布置在大壩中部，凈寬24m，邊墩寬1.2m，堰頂高程786.50m。在溢流壩出口段采用底流消能，設置消力池、消能底坎等泄水建筑物。大壩左、右兩岸設置非溢流壩，其中樁號為：壩0+000.00～壩0+289.50、壩0+313.50～壩0+828.00。為了提高大壩的防滲性能，在壩基和兩壩肩分別采用帷幕灌漿進行防滲加固，并在大壩體內設置兩道灌漿排水廊道，設置在752.50m和586.50高程，灌漿廊道斷面尺寸為3.0m×4.5m（寬×高）。大壩主體材料為C15四級配常態(tài)混凝土，其混凝土料石主要從距離大壩壩址區(qū)約1.5km的料場直接開采，大壩迎水面采用厚1.0m的C20W6F200混凝土進行防滲加固。

3.2 開敞式溢洪道

結合大壩總體樞紐布置，設計采用進口控制段為開敞的、且下泄水流具有自由表面的開敞式溢洪道，其樁號為壩0+289.50m～壩0+313.50m，采用壩頂雙孔開敞式溢流防滲，溢流堰總凈寬24m，邊墩厚1.2m，采用C20鋼筋混凝土板梁結構。溢洪道內坡及下游泄洪坡段采用C25鋼筋混凝土進行防滲護面加固，溢洪道兩側分別設置0.8m厚的C25鋼筋混凝土翼墻進行加固，高2.5m。在溢洪道出口處設置消力池等泄水建筑物，其中：消力池總長25m，消能底坎高3.0m，底板采用1.0m厚C25鋼筋混凝土進行加固，高程741.5m，側墻高度為5.2m，為1.0m厚加筋C25鋼筋混凝土。

4 大壩抗滑穩(wěn)定與應力計算

4.1 荷載組合

基本荷載組合：工況1：正常蓄水位766.00m及相應尾水位（無）+壩體自重+設計正常溫降+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力；工況2：設計洪水位767.4m與相應尾水位725.5m+壩體自重+設計正常溫升+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力；工況3：死水位748.50m與相應尾水位（無）+壩體自重+設計正常溫升+揚壓力+泥沙壓力。

特殊荷載組合：工況4：校核洪水位768.50m與相應尾水位737.25m+壩體自重+設計正常溫升+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力。

4.2 抗滑穩(wěn)定及應力計算結果

根據《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL319-2005）、《混凝土重力壩設計規(guī)范》（NB/T 35026-2014）等規(guī)范要求，按抗剪斷強度來計算大壩抗滑穩(wěn)定安全系數，而對于壩體應力則運用多拱梁法進行應力應變的計算，經計算分析得表1和表2所示成果。

從表1可知，基本組合各工況條件下抗剪斷安全系數K>3.0，特殊組合抗剪斷安全系數K>2.5，壩體抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。從表2可知，混凝土重力壩結構應力計算成果和地基承載力均滿足規(guī)范要求。

5 結束語

在混凝土重力壩優(yōu)化設計過程中，結合工程前期地質勘探資料，嚴格按照《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL319-2005）、《混凝土重力壩設計規(guī)范》（NB/T 35026-2014）等規(guī)范要求，從技術、經濟、施工等方面，優(yōu)選工程量小、技術可靠性高、施工便捷的混凝土重力壩方案。經抗剪斷強度大壩抗滑穩(wěn)定和多拱梁法大壩應力計算，結果表明，該水庫大壩是穩(wěn)定的，結構體型斷面設計是科學合理的，為工程施工建設提供了重要技術指導設計方案。

參考文獻

[1]袁勇福.東焦河水庫大壩穩(wěn)定分析應力計算[J].山西水利科技，2013（3）：50-52.

[2]陳廣華.興隆崗水庫大壩穩(wěn)定分析計算研究[J].黑龍江水利科技，2014（7）：77-79.