水库工程设计考究

1坝型比选

根据工程推荐坝址的地形、地质条件，以黏土心墙砂砾石坝、沥青混凝土心墙砂砾石坝、混凝土面板砂砾石坝三种坝型进行比选，最终选定沥青混凝土心墙砂砾石坝为推荐坝型。1沥青混凝土心墙砂砾石坝设计大坝坝型为沥青混凝土心墙砂砾石坝，全长120m，坝顶高程1218.32m，坝顶宽5m，最大坝高565m。浇筑式沥青心墙厚度为0.5m，采用等厚布置。大坝上游坝坡1∶0，下游坝坡1∶25，拟定大坝坝体与围堰相结合，围堰顶高程1195m，围堰顶宽5m，围堰上游坝坡1∶0，下坝坡为1∶0，采用砂砾石填筑。大坝部分投资2449.89万元(含围堰)。2黏土心墙砂砾石坝设计大坝坝型为黏土心墙砂砾石坝，大坝全长120m，坝顶高程1218.16m，坝顶宽5m，最大坝高55.63m。黏土心墙顶宽3m，上下游边坡均为1∶0.25。大坝上游坝坡1∶25，下游坝坡1∶25，大坝坝体与围堰相结合，围堰顶高程1197m，围堰顶宽5m，围堰上游坝坡1∶25，下游坝坡为1∶0。围堰也采用砂砾石填筑。坝体防渗体采用黏土心墙，心墙轴线位于坝轴线上游1.0m处，与坝轴线平行。心墙顶宽0m，最大底宽29.5m，心墙上下游侧依次设水平宽度0m的反滤料、0m的砂砾料过渡层。心墙基座处的砂砾石全部清除，黏土心墙基座坐落在基岩强风化层底线上，黏土心墙底部浇筑C20混凝土基座，坝址处的基岩较发育，进行固结灌浆和帷幕灌浆处理，固结灌浆的深度为5m，帷幕灌浆深度按岩石透水率小于5Lu控制。大坝部分投资2690.19万元(含围堰)。3混凝土面板砂砾石坝设计大坝坝型为混凝土面板砂砾石坝，坝顶宽5m，坝长119m。坝顶高程1218.44m，最大坝高48.04m。大坝上游坝坡1∶1.6。采用C30F300W8混凝土面板，面板厚度为40cm。下游坝坡1∶1.6。在下游坝坡上设两个马道，马道宽1.5m，高程分别为1205.00m、1195.00m。防渗混凝土面板砂砾石坝施工导流围堰与坝体分离，在大坝坝脚上游85m处，修建导流围堰，型式为砂砾石围堰，围堰顶高程1195m，堰顶宽5m，围堰上游坝坡1∶5，下坝坡为1∶0，采用砂砾石填筑。根据地质条件左右岸趾板基础将表层的砂砾石层全部清除，基岩开挖至强风化层下部，河床段基岩开挖至强风化层下部，然后浇筑混凝土趾板。趾板处基岩进行固结灌浆和帷幕灌浆处理。固结灌浆的深度为5m，帷幕深度按岩石透水率小于5Lu控制。大坝部分投资2050.16万元，围堰部分投资510.08万元，合计总投资2560.24万元。4比选结论通过综合分析，在坝址处沥青混凝土心墙砂砾石坝、黏土心墙砂砾石坝、混凝土面板砂砾石坝都有建坝的条件，但从基础处理、施工条件、适应变形能力、投资等角度来看，沥青混凝土心墙砂砾石坝基础容易处理，施工方法、技术简单;冬雨季都可以施工，沥青混凝土心墙在坝体中间，适应变形能力较好，工期最短、投资最省，并且此坝型在塔城地区已建成多座并安全运行，拥有相对丰富的施工、管理经验。黏土心墙砂砾石坝施工条件复杂(不利于冬雨季施工)，机械化施工相互干扰大，工期相对较长，且投资明显偏大。混凝土面板砂砾石坝投资也偏大，工期也比心墙坝多半年。综合以上各方面分析、比较，沥青混凝土心墙砂砾石坝的优越性较明显，故推荐沥青混凝土心墙砂砾石坝为设计坝型。

2工程布置

麦海因水库由沥青混凝土心墙砂砾石坝、导流放水涵洞、溢洪道等建筑物组成。沥青混凝土心墙砂砾石坝坝轴线大致呈东西方向，东偏南2°14''''57″。导流放水涵洞布置在河床右岸一级阶地上，其轴线与坝轴线斜交呈81.44°夹角。导流兼放水涵由进口引渠段、闸井段、无压埋涵段、出口矩形槽段、出口消能防冲段等部分组成，系统总长252m。溢洪道为开敞式溢洪道，位于大坝右岸，溢洪道全长1906m，由进水渠段、溢流堰段、渐变段、陡槽段组成，堰顶高程1215.93m。

3主要建筑物设计

1大坝设计1.1坝体轮廓设计大坝坝型为沥青混凝土心墙砂砾石坝，大坝全长120m，坝顶高程1218.32m，坝顶宽5m，大坝最大坝高565m。防浪墙顶高程1219.32m，防浪墙高7m，高出坝顶1.0m，采用钢筋混凝土现浇。浇筑式沥青心墙与防浪墙底部相连，心墙宽0.5m。大坝上游坝坡1∶0，采用15cm厚C20F200现浇混凝土护坡，下游坝坡1∶25，采用6cm厚混凝土预制六棱块护坡。大坝坝体与围堰相结合，围堰顶高程1195m，围堰顶宽5m，围堰上游坝坡1∶0，下坝坡为1∶0。围堰也采用砂砾石填筑。1.2坝体分区此次设计大坝分为五个区，从上游到下游分别为围堰砂砾石区、大坝砂砾石区、过渡料区、下游堆石区、沥青混凝土心墙。a.围堰砂砾石区。采用大坝清基料填筑，砂砾石相对密度Dr≥0.80。b.大坝砂砾石区。采用S3料场北部范围的砂砾石料填筑，砂砾石相对密度Dr≥0.80。c.过渡料区。过渡料设于心墙两侧，水平宽度0m，采用级配连续，最大粒径为80mm，小于5mm的粒径含量为25%～40%左右的砂砾料，含泥量(粒径小于0.075mm的颗粒)小于5%，渗透系数不应小于1×10－3cm/s，过渡料区从混凝土骨料场筛分制备。d.下游堆石区。下游堆石区采用溢洪道爆破料填筑，堆石区顶高程1207m，顶宽15m，底高程1192m，上游坡度1∶0.75，下游坡度1∶1.5，最大粒径600mm，小于0.075mm的颗粒小于5%，堆石区设计孔隙率不大于23%。e.沥青混凝土心墙。坝体防渗采用浇筑式沥青混凝土心墙，心墙轴线位于坝轴线上游1.9m处，与坝轴线平行。浇筑式沥青心墙与防浪墙底部相连，心墙厚度为0.5m，采用等厚布置，沥青占沥青混凝土混合料总重的10%～15%，填料占矿料总重的12%～18%，骨料的最大粒径为20mm，级配指数0.35。沥青采用A－100甲道路石油沥青。沥青混凝土要求孔隙率小于3%，渗透系数不大于1×10－8cm/s，水稳定系数不小于0.90。1.3基础处理坝址处两岸基岩裸露，左坝肩岸岩体可能形成大的坍滑体全部清除，其余部分清除0.5m厚的表层风化岩石;混凝土基座坐落在基岩面以下5m。由于右坝肩坝基处只清除0.5m厚的表层风化岩石，混凝土基座坐落在基岩面以下5m。主河床段心墙基座处的砂砾石全部清除，在主河床处混凝土基座坐落在基岩以下5m，河床其余段坝基砂砾石清除4m厚，清基完成后，沿沥青心墙轴线方向开挖基岩槽，然后浇筑C20混凝土基座，以封闭岩石裂隙，并可作为基础灌浆的盖板。该坝址处的基岩较发育，应进行固结灌浆，固结深度为5m。帷幕灌浆帷幕深度按岩石透水率小于5Lu控制。两岸最大帷幕灌浆处理深度为397m，帷幕灌浆总进尺2307.91m。2导流放水涵洞设计导流放水涵洞由进口引渠段、闸井段、无压埋涵段、出口矩形槽段、出口消能防冲段等部分组成，系统总长252m。进口引水渠长40m，进口为现浇钢筋混凝土整体式矩形槽，底板高程1188.77m，底宽1.5m，衬砌厚度为0.8～0.3m。闸井顺水流方向长8m，采用岸塔式进水口，布置在坝轴线上游约38m处，与上游护坡结合，底板高程1188.77m，底宽1.5m，底板厚0m，边墙厚0m。闸井高程1199.87m以下部位埋于上游坝壳料之中，1199.87m以上露出坝面。闸井后接无压埋涵段，长130m，纵坡0.02，埋涵迎水面为城门洞形断面，背水面为矩形。底宽1.5m，直墙高1.05m，顶拱为半径0.75m的半圆，衬砌厚度为0.5m的钢筋混凝土。出口矩形槽段，长16m，纵坡0.02，为矩形断面，底宽1.5m，墙高1.2m，采用钢筋混凝土衬砌，厚0.4m。出口消力池段主要布置57.56m长陡坡段和13m消力池段，为矩形断面，底宽1.5m，墙高1.2～3m，采用钢筋混凝土衬砌，厚0.4～0.6m。该段大部分岩石属于较破碎强风化岩石，基础承载力标准值为0.5MPa。3溢洪道设计溢洪道为开敞式，位于大坝右岸，全长171m，由进水渠段、溢流堰段、渐变段、陡槽段组成。进水渠段长6.6m，边墙为C25F200混凝土八字墙，宽0.5m。溢流堰段长6m，采用无坎宽顶堰，堰宽20m，堰顶高程1215.93m，边墙为C25F200混凝土现浇重力式挡土墙，墙高8m，顶宽1m，底宽59m。渐变段总长30m，底坡0.033，始端宽20m，末端宽15m，单侧收缩角6°。陡槽段全长130.5m，底宽15m，底坡0.01。溢洪道底板及边墙均采用C25F200混凝土现浇，岩石开挖边坡为1∶0.5。溢洪道开挖高度小于10m处只喷5cm厚混凝土，高度大于10m处进行喷锚处理，锚筋间距1.5m，拉筋间距0.3m，然后喷10cm厚混凝土。

4结语

该工程于2011年10月开工建设，2012年6月下闸蓄水，运行正常，设计指标满足规范要求，说明工程设计是科学合理的。

作者：俞晓燕单位：新疆塔城地区水利水电勘察设计院