榆树沟溢流混凝土面板堆石坝设计与施工

摘 要 榆树沟面板堆石坝坝高67m，坝顶长300m，坝坡为1：1.4，坝体填筑方量57万m³。其设计特点为：1、采用了布置在坝体上的溢洪道进行泄洪，简化了枢纽布置；2、堆石坝体全部采用枢纽开挖料填筑，未设专门的料场。因此，加快了施工进度，取得了显著的经济效益。本文将对坝体溢洪道有关研究成果、设计和施工问题予以简要介绍。
关键词 溢流混凝土面板堆石坝 坝体溢洪道 溢洪道
 
榆树沟水库位于新疆哈密地区榆树沟河中游河段上，距哈密市50km，是一项以工业供水、灌溉并兼顾改善生态环境的中型水利工程。枢纽由混凝土面板堆石坝、坝体溢洪道、导流兼输水洞等建筑物组成。
 
1  水文、地质条件
坝址区多年平均径流量为0.49×10^８m³，多年平均流量为1.57m³/s,年内分配变化较大。设计洪水重现期为50年，相应洪峰流量126m³/s；校核洪水重现期为1000年，相应洪峰流量398 m³/s 。水库正常蓄水位：1994.7m；死水位：1953m，调节库容848×10⁴m³ ；总库容：1072×10⁴m³ 。
水库处于高山峡谷区，两岸山势陡峻，山体雄厚，河谷深切，河道纵坡较大。坝址区主要出露的地层岩性为粉砂质凝灰岩及凝灰质粉砂岩，岩层产状340°～355°NE∠60°～80°。工程区属北天山向斜褶皱带，测区内构造运动强烈，沟谷发育，表明工程地质构造较复杂。有大小断层20余条，对建筑物稳定影响不大，但需采取工程措施进行处理。
通过补充地质测绘确认坝址右岸Ⅲ阶地（1965～1971m）以上是一规模较大滑塌体，高程为1965～2080m，底部距河床约30m，分布范围上至坝轴线上游100m，下至坝轴线下游154m，底宽254m，呈圆锥形。对防渗和稳定都是不利的。枢纽区地震设计烈度为7°。
 
2  工程概况
2.1  枢纽布置
榆树沟水库工程由混凝土面板堆石坝、坝体溢洪道和导流输水洞组成。为避免溢洪道布置在基岩上引起高边坡的开挖，将溢洪道布置在右岸阶地以上填筑密实的堆石坝体上，这不仅降低了溢洪道的落差。同时，也为避免导流输水洞与溢洪道工作时的交叉干扰，将导流输水洞调整布置在河的左岸。这样的枢纽布置（图1）运行管理方便，安全可靠，减少施工干扰，可降低工程投资。

图1  枢纽平面布置图
2.2  混凝土面板堆石坝
混凝土面板堆石坝最大坝高67.5m，坝顶高程1998.50m，防浪墙顶高程1999.70m，平宽度3m；在坝轴线以下设利用料区，以充分利用坝区各种开挖料。 混凝土防渗面板在1970.00m高程以下为40cm等厚，1970.00m以上为30cm等厚；在河床部位9块较长板块采用钢筋混凝土面板，在两侧阶地上坝高小于40m的坝段上，一律采用素混凝土的分离式面板。面板和趾板采用强度标号：C45级高性能混凝土，抗冻标号：F300，抗渗标号：S10。大坝最大特点是结合滑塌体的处理，全部采用清除滑塌体的开挖料填筑坝体，不必另设料场。
2.3  导流输水洞
导流输水洞布置在左岸，为临时工程与永久工程相结合的建筑物。导流输水洞洞径2m，总长293.38m，正常放水流量为4m³/s，遇校核洪水时参加泄洪,闸门全开时其最大泄流量为68m³/s。在导流期间为无压洞，临时进口高程为1937.50m。运用期为有压洞，流量控制阀门设在洞的出口，采用两台直径为1.0m的锥形阀, 进水口高程为1953.00m，并设平塞式检修门两扇。导流输水洞出口高程1935.00m，洞身纵坡1/200。考虑到洞身围岩较破碎，旁山岩体较薄，故采用厚度为50cm双层钢筋的衬砌，并加强固结灌浆。
 
3  坝体溢洪道
3.1  坝体溢洪道设计应遵循的几项基本准则
坝体溢洪道是建筑在以松散介质为材料，人工碾压填筑的堆石体上，同时又经受高速水流的作用，这无疑给溢洪道带来负面的影响。在认真研究当地材料坝，特别是混凝土面板堆石坝的建设经验，深入总结布置在软基上溢洪道经验教训基础上，设计坝体溢洪道时应遵循以下基本准则：
3.1.1 选好筑坝材料，严格控制填筑密度，以提高堆石体的垂直变形模量和水平变形模量，最大限度的控制作为溢洪道地基的坝体的绝对变形量；

 
 
图2  坝体典型横剖面
3.1.2  对溢洪道的平面布置和纵横向体型，应力求缓变、平顺和规整，以防止折冲水流的发生，并减小动水荷载（含拖曳力、脉动压力和冲击力等）对设置在堆石体上泄槽的不利影响，防止结构失稳情况的出现；
3.1.3  选择合理的掺气结构，以防止空蚀所造成的局部破坏；
3.1.4  作好出口段的消能，防止溯源破坏的发生；
3.1.5 坝体溢洪道的底板和边墙在结构上均应适当分段，并采用搭接-铰接连接，以消除因填筑坝体的变形而产生的超静定应力，防止出现结构断裂；
3.1.6  做好接缝止水，以严格防止动水压力（如脉动压力、射流冲击压力、拖曳力等）传入泄槽底板下形成顶托力，造成结构破坏；
3.1.7  合理设计堆石体的排水能力，以消除泄槽底板下的浮托力；
3.1.8  强化溢洪道与堆石体锚固结构，以增加其间的连接强度，提高泄槽斜坡稳定性,加大系统的整体性；
3.1.9  选择合理的溢洪道结构、体型和尺寸，使其自振频率远离高速水流脉动的基频，避免因共振导致结构失稳；
3.1.10 选择高性能混凝土材料，提高泄槽自身抗空蚀破坏能力，并提高限裂抗裂能力。
3.2  坝体溢洪道地基变形控制和渗流控制
3.2.1 坝体溢洪道地基坝料的选择：
由于溢洪道是布置在堆石坝体上的混凝土结构，它对地基的变形非常敏感，因此堆石坝体填筑时必须达到合适的相对紧密度，使其具有较大的变形模量，以控制溢洪道的变形在安全的数量级内。表1 给出了一些工程的原型观测成果，它表明：
（1）堆石坝体施工时的沉降量很小，蓄水期的沉降量更小。如以沉降量与坝高之比表示相对沉降，一般的工程施工期均不超过0.5%，而运行期仅接近或小于0.1%，但也有例外，如阿里亚坝尽管采用玄武岩等硬岩填筑，施工期相对沉降量达2.23%，蓄水期相对沉降量为0.13%；

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