保丰水库坝址坝型方案论证及结构设计计算

杨秀东

摘 要：对比保丰水库优选的1.3 km建坝河段的上、下坝址，下坝址在工程地质条件、水库淹没赔偿、枢纽布置、投资经济性等方面均较上坝址优越。结合坝址区地质条件，设计优选地形地质条件适宜性好、枢纽布置紧凑、施工度汛安全性高、投资经济效益好的碾压混凝土重力坝坝型。大坝结构设计计算结果表明：重力坝枢纽布置及体型参数设计合理，大坝结构应力和抗滑稳定指标均在设计要求范围内，可为工程施工提供强有力的技术支持。

关键词：建坝河段;坝型比选;重力坝;保丰水库

中图分类号：TV642.3     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）4-0127-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.028

Comparison and Selection of Dam Site and Type and Structural Design Calculation for Baofeng Reservoir

YANG Xiudong

（Zunyi Water Resources and Hydropower Survey， Design and Research Institute Co.， Ltd.， Zunyi 563002，China）

Abstract： Comparing the upper and lower dam-sites of the preferred 1.3km dam construction river section of Baofeng Reservoir， the lower dam-site is superior in terms of engineering geological conditions， reservoir inundation compensation， hub layout， investment economy， etc. Combined with the geological conditions in dam site area， the RCC gravity dam type with good suitability of topographical and geological conditions， compact hub layout， high construction flood safety and good investment and economic benefits is designed and optimized. The calculation results of the dam structure design show that the layout and structure parameters of gravity dam are reasonable， and the dam structure stress and anti sliding stability indexes are within the design requirements， which can provide strong technical support for the project construction.

Keywords： dam construction section; dam type comparison and selection; gravity dam; Baofeng reservoir

1 工程概况

保丰水库位于贵州省遵义市习水县双龙乡境内，距遵义市城区154 km。坝址处于桐梓河右岸一级支流沙溪河上游的官仓坝河段。水库正常蓄水位为900 m，总库容为1 277万m，兴利调节库容为830万m。工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。水库挡水建筑物为碾压混凝土重力坝，坝顶高程为906 m，最大坝高为67 m，坝顶宽为8 m，坝轴线长为175 m。

2 工程选址及坝址坝型比选

2.1 建坝河段选址

保丰水库工程任务是农田灌溉和农村人畜饮水供水，灌区主要集中在沙溪河右岸的官店镇和二里乡境内，灌区控制高程为880 m至450 m。结合保丰水库工程规模及沙溪河沿线地形地质条件，沙溪河干流杨寺岩村白家河汇口以下的官仓坝河段（汇口以下1.3 km河段）河床两岸虽有一定数量的人口及耕地分布，但对整个工程投资不起控制作用，且该河段具有一定流域面积，来水量丰富，出露奥陶系下统湄潭组（O1m）至志留系下统石牛栏组 （S1sh）地层，具备成库建坝条件，优选官仓坝河段作保丰水库建坝坝段。

2.2 坝址比选

根据保丰水库工程规模，在所选坝段沙溪河干流白家河汇口以下1.3 km范围内河段附近，选择相距约0.9 km的上、下坝址进行比选，位置如图1。

为优选与工程实际相匹配的坝址，从技术、经济等方面进行比选，①地形条件：上坝址较下坝址河床宽度宽，上坝址左、右岸地形坡度缓于下坝址，下坝址河谷相对狭窄。②地质条件：上下坝址岩溶发育情况、岩体完整性、河床覆盖层及强风化深度基本相同;上坝址坝基肩岩体强度及均一性较下坝址差;上下坝址可溶岩分布区均存在渗漏可能，上下坝址水文地质条件基本相同，但下坝址工程地质优于上坝址。③水资源利用效益：为了充分利用水资源，上、下坝址正常蓄水位分别为922 m、900 m，正常蓄水位库容分别为1 065万m和1 050万m。上下坝址供水规模、供水范围相同，从充分利用水资源方面，上下坝址总体效益相同。④水库淹没：上坝址比下坝址淹没搬迁人口少85人，拆迁房屋少821.22 m，淹没耕地少16.05 m，林地多178.61 m。上坝址淹没搬迁人口、房屋和耕地较下坝址少，但林地较下坝址多，总的水库淹没赔偿费上坝址略多于下坝址。⑤施工条件：两方案施工条件差别不大，但下坝址临时工程部分投资要节省。⑥水工布置和工程总投资：上坝址坝轴线比下坝址长近200 m，因坝型不同，土石方开挖量及填筑量均大很多，灌溉管道长0.6 km左右，下坝址较上坝址单位投资省，工程施工和運行管理较方便。综上所述，下坝址在工程地质条件、水库淹没赔偿、枢纽布置、投资经济性等方面均较上坝址优越，优选下坝址。

2.3 坝型比选

下坝址坝基肩较大范围内基岩属中硬岩，河谷为对称性较差的“V”型横向河谷结构，坝基岩体为志留系下统石牛栏组（S1sh）中厚层夹薄层瘤状泥灰岩、泥质灰岩和泥灰岩，岩体完整性差，但均一性较好。岩石强度较高，无大的不利物理地质现象分布，经适当工程处理后，可建刚性坝或柔性坝。由于坝址河谷较开阔，宽高比在3.0以上，且受冲沟切割地形对称性和延续性差，对坝肩抗滑岩体影响较大。顺河向的裂隙发育，虽未见缓倾的结构面分布，但顺河向和斜切岸坡的裂隙与岩层组合对坝肩抗滑稳定不利，尤其是石牛栏组第三层内极薄层泥灰岩和钙质粉砂岩夹层多分布在坝肩1/2至2/3坝高以内，对坝肩压缩变形极为不利，处理工作量较大，对于刚性坝而言不宜修建拱坝。结合当地石料较多而土料较少条件，优选重力坝和面板坝进行比较论证，如表1所示。

从表1可知，碾压混凝土重力坝（刚性坝）和混凝土面板堆石坝（柔性坝）综合比选可知：重力坝较面板坝其建筑工程总投资要少2 460万元。重力坝方案泄水、取水建筑物等布置简单、紧凑，工程占地较少，且大坝体量相对较小，开挖和填筑工程量均较少，对生态环境影响较小;而面板坝方案泄水、取水建筑物等布置分散，工程占地较多，大坝体量大，开挖和填筑工程量大，对生态环境影响较大。另外，重力坝施工度汛安全性较高，而面板堆石坝为土石结构，坝身不允许过水，不仅施工压力大，还存在较大度汛安全风险。故设计优选碾压混凝土重力坝坝型。

3 重力坝结构设计计算

3.1 大坝枢纽布置

保丰水库位于沙溪河上游的官仓坝河段，选定坝型为碾压混凝土重力坝，如图2所示。

大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程为906 m，建基面高程为839 m，最大坝高为67 m，坝顶宽为8 m，坝轴线长为196 m，上游坝面铅直，下游坝坡1∶0.8，起坡点高程为900 m，坝底最大宽度为56 m。大坝左、右两侧为非溢流坝段，总长为158 m;中间溢流坝段总长度为38 m。坝体主要建筑材料采用三级配90 d龄期C15碾压混凝土。坝内设一道灌浆主排水廊道和两道交通廊道，灌浆主排水廊道长为51 m，底部高程为844 m;灌浆主排水廊道向左右岸设斜坡廊道与左右坝肩交通廊道之间连接;左右坝肩连接坝外的交通廊道分别长37.6 m，底部高程为857 m。

3.2 大坝结构设计计算

3.2.1 坝顶高程计算。根据调洪计算成果知，保丰水库校核洪水位为904.68 m，正常蓄水位为900 m。经量算水库计算吹程D=1.2 km，根据气象统计，多年平均最大风速为12.0 m/s，风速正常情况为18 m/s，校核情况为12 m/s。坝顶高程计算成果如表2所示。

从表2可知，坝顶高程的控制情况为校核洪水位情况，计算坝顶高程为905.58 m，实际坝顶高程取906.00 m，即可满足设计要求。

3.2.2 大坝应力分析。按照《混凝土重力坝设计规范》推荐公式计算，得大坝应力分析成果，如表3所示。

从表3可知，四种运行工况下坝体应力分布均匀，最大压应力、拉应力均较小，均在允许范围值内，基岩承载力也满足要求。

3.2.3 大坝抗滑稳定计算。根据《混凝土重力坝设计规范》推荐公式计算，得大坝抗滑稳定分析成果，如表4所示。

从表4可知，左（右）岸非溢流坝段、溢流坝段基本荷载组合条件下安全系数最小值为3.07，大于规范规定的K=3.0;特殊荷载组合条件下安全系数最小值为2.93，大于规范规定的K=2.5。左坝肩深层单滑裂面滑动模式下最小安全系数为3.21（基本荷载组合）和3.05（特殊荷载组合），均大于规范规定的K=3.0和K=2.5的技术指标，大坝结构断面设计合理，安全稳定性较高。

4 结语

①沙溪河干流杨寺岩村白家河汇口以下的官仓坝河段（汇口以下1.3 km河段）建库地形地质条件好。在工程地质、水库淹没赔偿、枢纽布置、投资经济性等方面下坝址均优于上坝址，选定下坝址为保丰水库建坝坝址。

②重力坝具有枢纽布置紧凑、坝体体量小、施工质量控制较容易、生态环境影响较小等特点，同时重力坝建筑工程总投资为14 850万元，较面板坝节省2 460万元，优选碾压混凝土重力坝坝型。

③大坝结构设计计算成果表明：四种荷载组合工况条件下，大坝应力和抗滑稳定指标均在设计要求范围内，坝体结构体型及参数设计合理、可行。

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