广西壮族自治区河池水利电力勘测设计研究院 广西河池 547000
摘要：2009年8月至2010年5月，我国西南地区云南、贵州、广西、四川、重庆等省（自治区、直辖市）发生了持续特大干旱，给人民生活特别是城乡居民饮水带来很大困难。我国西南地区水源充足，然而由于地方发展滞后，水利投资有限，造成工程性缺水。本工程通过新建水库拦截山槽来水，解决地方乡镇水源单一、水量不足的问题。我国西南地区水源充足，然而由于地方发展滞后，水利投资有限，造成工程性缺水。本工程通过新建水库拦截山槽来水，解决地方乡镇水源单一、水量不足的问题。希望能够为其他水源工程提供借鉴。
关键词：混凝土重力坝；坝高计算；大坝安全稳定
1.工程概况
新建水源水库位为截山槽支沟成库蓄水，通过引水管线供水受水区，工程的任务是以村镇供水为主，无其他工程用途。新建水库周边为山林地，主要种植杉木，植被条件好。集雨面积0.67km2，主河长1.94km，河道平均坡降67‰。多年平均来水量50.4万m³。
区域地貌为构造剥蚀中低山中切割地貌。地形起伏变化较大，高差悬殊，河流切割较深，山坡冲沟发育，呈“V”字型，坡降大于50‰。坝轴线河床高程约为410～425m，河床窄，坡降较大，局部基岩裸露。河床两岸山坡呈基本对称的“V”型溪谷，自然坡度为20～45°。上覆第四系主要为残坡积成因（Qel+dl）粘土，下伏基岩为三叠系中统百蓬组下段（T2b1）砂页岩，薄～中厚层状，岩层走向北西，倾向北东，倾角44～69°，全～弱风化。坝基岩体分为CⅢ及CⅤ两类。CⅢ类为弱风化砂页岩，
新建水库集雨面积0.67km2，总库容40万m3，兴利库容33.6万m3，为一座小（2）型水库。水库大坝为混凝土重力坝，最大坝高为29.5m，轴线长98m。工程等别为Ⅴ等工程，主要建筑物按5级设计，其他次要建筑物按5级设计。水库正常蓄水位450.00m，20年一遇设计水位450.86m，200年一遇校核洪水位451.16m，死水位432.00m。
2. 大坝设计
2.1 大坝布置
大坝为混凝土重力坝，由左、右岸非溢流坝段、河床溢流坝段组成，总长116m，坝顶高程452.50m，最大坝高29.5m，坝顶宽度5.0m。
河床溢流坝布置为主河槽上，段长8m，溢流堰堰型为“WES”型实用堰，为开敞式溢流堰，堰顶过流净宽6m（1孔×6m）。溢流坝堰顶高程450.00m，上游坝面垂直，下游坝面斜槽段坡度1：0.75，与非溢流坝面坡度相同，泻槽段两侧设导水墙，厚度1.0m，高出坝面2.0m。消能方式为底流消能，消力池底板高程427.00m。堰顶设置连接左右岸非溢流坝段的交通桥，交通桥采用梁板桥设置，桥面宽5.0m，桥面高程452.50m。
非溢流坝总长108m，其中左岸非溢流坝布置于左侧坡面上，长57m；右岸非溢流坝布置于右岸坡面上，长度51m；大坝由4道横向将大坝分为7个坝块，其中溢流坝及取水口放水塔布置于河槽中间的坝块上，左右两侧各布置两坝块。左右岸非溢流坝坝顶宽度为5.0m，坝顶高程为452.50m，最大坝高29.5m；大坝上游铅直，下游起坡点高程为447.00m，447.00m以上为垂直，以下坡比为1:0.75。
放水塔布置在大坝中部坝块靠右侧，进口底板高程432.00m，进口设拦污栅、事故闸门各1扇，下游设一道工作蝶阀。
2.2 坝体材料分区
挡水坝为混凝土重力坝，根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）及本工程的特点，将分成6个分区，分别为：
Ⅰ区—下游坝体外部表面混凝土，采用C15混凝土；
Ⅱ区—上游水位变化区的坝体外部表面混凝土，采用C20混凝土；
Ⅲ区—上游最低水位以下坝体外部表面混凝土，采用C20混凝土；
Ⅳ区—坝体基础混凝土，采用C20混凝土；
Ⅴ区—坝体内部混凝土，采用C15混凝土；
Ⅵ区—抗冲刷部位的混凝土，采用C25混凝土；
2.3 坝基处理
拦河坝坝防渗处理拟采用坝基帷幕灌浆，拦河坝坝基帷幕灌浆采用单排防渗帷幕，其河床段深度伸入透水率为5Lu的岩体以下5m，防渗帷幕长度延伸至正常蓄水位与地下水相交处，并与河床部位的帷幕保持连续性。
3.坝顶高程计算
（1）计算方法
根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005）规定，坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，应选择两者中防浪墙顶高程的高者作为选定高程。
Δh=h1％十hZ+hc（5.6.8-1)
Z防浪墙顶=Z静+Δh （5.6.8-2)
式中：Δh——坝顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）；
h1%——积频率为1％的波高（m）；
hZ————波浪中心线至正常或校核洪水位的高差 (m)；
hC——安全超高(m)；
Z防浪墙顶——防浪墙顶高程（m）；
Z静——静水位，正常蓄水位或校核洪水位（m）；
本工程拦河坝按5级建筑物，正常蓄水位hc取为0.4m，校核洪水位hc取为0.3m。
波浪计算按《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005）附录B.6有关公式计算。
① 波浪计算
式中：h一波浪中心线至计算水位的高度（m)；
Hcr一使波浪破碎的临界水深（m)；
H1%一累积频率为1％的波高（m)；
H—挡水建筑物迎水面前的水深（(m)；
Lm—平均波长（m)；
② 波浪要素计算
内陆峡谷水库波浪要素按官厅公式计算
式中： h一当gD/V02=20-250时，为累积频率5％的波高h5%；当gD/V02=250～ 1000时，为累积频率10％的波高h10%；
g一重力加速度9.81(m/s2)；
D一风区长度（有效吹程)(m)，取D=400m（设计）、450m（校核）；
V0一计算风速（m/s)，设计水位时取V0=16.5m/s，校核洪水位时取V0=11m/s,计算结果见表5.6.8-1。
根据现场调查，本工程左岸有较多的经济林，林业部门要求设计时适当考虑大坝左右两岸交通连通的问题。本工程考虑设计坝顶宽度5.0m，以满足坝顶交通要求，同时溢洪道顶部设置交通桥，连通左右岸非溢流坝，故坝顶高程除满足工程挡水要求外，还需要与交通桥桥面基本持平。
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG.D60-2004)规定：“桥下水位应根据计算水位（设计水位计入壅水、浪高等）或最高流冰水位加安全超高确定”。本工程所在地极端最低温度为-5℃，河（库水）面基本不会结冰，最高流冰水位按校核洪水位计。洪水期无大漂流物，安全超高取设计洪水时取0.5m，校核洪水时取0.75m，交通桥设计桥板梁高度0.6m，则溢洪道交通桥桥面高程可按以下公式计算：
本次设计桥面高程取452.50m，由于需要考虑左右按交通问题，本次设计坝顶高程取452.50m。
4 大坝稳定安全计算
（1） 计算方法
按照《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005）有关公式进行抗滑稳定及应力计算，计算工况及荷载组合见表4-1。
根据大坝剖面，对溢流坝段，非溢流坝段按抗剪断强度公式，沿建基面进行抗滑稳定及应力计算。
坝体抗滑稳定按下式计算：
式中：K/——抗剪断计算的抗滑稳定安全系数；
f/——沿滑动面上的抗剪断摩擦系数；
C/——沿滑动面上的抗剪断凝聚力；
A——建基面上截面积；
W——作用于计算截面以上坝体的全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值；
ΣP——作用于计算截面以上坝体的全部荷载对滑动平面上的切向分值。重力坝坝基截面的垂直应力应按材料力学公式计算：
式中：ΣW——计算截面上全部垂直力之和；
A——计算截面面积；
ΣM.X——计算截面上全部垂直力及水平力对于计算截面形心的力矩之和；
J——计算截面面积矩。
（2）计算简图
（3）计算成果与结论
上述计算结果表明，大坝抗剪断公式计算正常工况K’均大于3.0，校核工况K’大于2.5重力坝抗滑稳定满足要求。坝基上游端均未出现拉应力，坝基最大压应力为391KPa，小于其承载力标准值2000KPa坝基承载力满足要求。
5 结束语
本工程于2016年开工建设，截至2019年3月大坝工程已建成完工。待管线工程完工后即可发挥其供水功能，解决区域供水水源单一，供水水量不足的问题。
参考文献
[1]《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）；
[2] 中国水利水电出版社 《水工设计手册》（第二版）；
[3] 中国水利水电出版社 《水力计算手册》（第二版）
论文作者:莫永胜
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第07期
论文发表时间:2019/9/3
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