张峰水库大坝坝体结构设计

KEYWORDS: Zhangfeng Reservoir；dam body；structure design
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张峰水库大坝经比较后确定坝体类型为粘土斜心墙堆石 坝。坝体结构按照规范要求进行设计，使得大坝在正常和非常运 用条件的荷载组合情况下，能满足稳定、渗流、变形以及规定的 超高等要求，并保证大坝能长期安全运行，充分发挥其经济效益 和社会效益。
Structure Design of the Dam Body of Zhangfeng Reservoir Yang Haiqin
张峰水库大坝防渗体为粘土斜心墙，考虑机械化施工的需 要，墙顶宽度采用 4 m。为便于斜心墙顶面与防浪墙的连接，斜 心墙顶面靠上游布置，其中心线距坝轴线 3 m。根据规范要求，并 考虑当地的冻土深度，粘土斜心墙顶部高程确定为 762.8 m，距 坝顶 1 m，高于最高静水位（校核洪水位 762.63 m）17 cm。底部 厚度根据防渗土料与基岩接触面的允许比降确定，最大厚度为
山西科技 SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY
2009 年第 3 期 5 月 20 日出版
●应用技术
张峰水库大坝坝体结构设计
杨海琴
（水利部山西水利水电勘测设计研究院，山西太原，030024）
摘 要：张峰水库是一个集饮水、发电、防洪于一体的综合型水库，初步设计经过综合比较后，推
荐采用粘土斜心墙堆石坝的坝体型式。根据所选用的坝型，按照规范要求，经过合理计
坝址河床覆盖层厚 7 ～ 8 m，其表层局部有低液限粘土、粉细 砂层，下部的混合土卵石层相对密度大，承载力达 850 kPa，但基岩 内有软弱夹层存在。枢纽附近有丰富的土石料，适宜修建土石坝。 2 坝体结构设计
根据坝址区的地形、地质条件以及可行性研究报告的审查
作者简介：杨海琴，女，1973 年出生，1998 年毕业于河海大 学，工程师，030024，山西省太原市
收稿日期：2009-02-05
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意见，初步设计阶段从施工、运行、投资等方面对各坝型进行了 全面的比较，最终确定合理坝型为粘土斜心墙堆石坝，坝体结构 设计具体如下。 2．1 坝顶高程确定
为了保证库水不溢过或溅过坝顶，坝顶高程在水库正常运用 和非常运用的静水位以上应有足够的超高。坝顶高程等于水库 静水位与坝顶超高之和，依据《碾压式土石坝设计规范》（SL2742001），坝顶超高应分别按以下运用工况计算，取其最大值：①设 计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；②校核洪水位加非常运 用条件的坝顶超高；③正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高， 再加地震安全加高。
坝顶超高按下式确定： y=R+e+A
式中：y—— —坝顶超高（m）； R— ——最大波浪在坝坡上的爬高（m）； e—— —最大风壅水面高度（m）； A— ——安全加高（m）。 张峰水库正常蓄水位 759 m，设计洪水位 760.8 m，校核洪水
位 762.63 m，多年平均最大风速 18.3 m/s，水库吹程 1.8 ～ 1.82 km。 按照《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）的有关规定，7
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度地震区不考虑地震沉降，只计入地震涌浪高度 0.5 ～ 1.5 m，因 此取地震安全加高 1.0 m。
按上述公式及条件，计算结果见表 1。 根据表 1 计算结果，考虑防浪墙挡水，确定防浪墙顶高程为 765 m，防浪墙高 1.2 m，则坝顶高程为 763.8 m，最大坝高 72.2 m。 2．2 坝顶构造 张峰水库大坝坝顶长 635 m，最大坝高 72.2 m，依据《碾压式 土石坝设计规范》（SL274-2001），坝顶宽度采用 10 m。坝顶公路 为 8 cm 厚的沥青碎石路面，路面横向坡度 2%，坡向下游，以便 排除坝顶积水。坝顶上游侧设顶宽 40 cm、高 1.2 m 的钢筋混凝 土防浪墙，下游侧设置 20 cm 宽、20 cm 高的混凝土路缘石，防浪
90 km，是一座以城市生活、工业用水及农村人畜饮水为主，兼 顾防洪、发电等综合利用的大型水利枢纽工程。坝址区河谷为 U 型，坝基覆盖层主要由混合土卵石构成。坝址以上沁河干流 长 224 km，控制流域面积 4 990 km2，最大坝高 72.2 m，总库容 3.94 亿 m3。枢纽工程包括大坝、溢洪道、导流泄洪洞、供水发电洞、 渠首输水电站和渠首泵站。大坝采用粘土斜心墙堆石坝，坝顶高程 763.8 m，坝顶长 627 m，坝顶宽 10 m，水库正常蓄水位为 759 m。 斜心墙顶宽 4 m，最大底宽 39 m，大坝坝基基础帷幕灌浆轴线通过 防渗体与基岩接触面的中部，并与左岸混凝土防渗墙结合，全长 741.6 m。大坝与溢洪道之间的单薄山梁，作为挡水坝断考虑，宽约 450 ～ 750 m，长约 1 000 m，地面高程在 770 m 以上，其下游东南侧 即导流泄洪洞出口右侧有一滑坡体，目前处于稳定状态。
26.85 m。为增加防渗体上游堆石厚度，提高坝体上游边坡的稳定 性，粘土斜心墙在 752.5 m 高程以上采用心墙形式，752.5 m 以下 上游面坡度1 ∶ 0.75，下游面坡度1 ∶ 0.25。 2．5 反滤层和过渡层
由于坝体结构较复杂，设置反滤的部位较多，根据反滤料所 处的部位及重要性，把它们分为两大类：第一类为斜心墙下游侧 第一层和第二层、左岸坡坝段斜心墙下游坝基低液限粘土和坝 壳之间的水平第一层和第二层反滤；第二类反滤为斜心墙上游 侧的反滤、左岸坡坝段斜心墙上游坝基低液限粘土和坝壳之间 的水平反滤及斜心墙下游河床砂卵石和坝壳之间的水平反滤。 反滤层厚度的确定综合考虑防渗体与坝壳接触面的不均匀变 形、当地砂砾料特性、地震等因素及施工机械的要求，斜心墙上 游反滤层、斜心墙下游第一层反滤、第二层反滤水平向宽度均采 用 3 m，左岸坡坝段斜心墙下游坝基低液限粘土和坝壳之间的水 平第一层反滤厚度 0.6 m、第二层反滤厚度 0.4 m，其余部位反滤 层厚度为 1 m。
设计 760.80 27.4 1.80 2.814 0.006 1.0
洪水
764.62
校核 762.63 18.3 1.82 1.793 0.002 0.5
洪水
764.93
正常+ 759.00 18.3 1.80 1.793 0.002 0.5
地震
1.0 762.29
注：校核洪水位时，计算风速取多年平均最大风速 18.3 m/s； 设计洪水位时，计算风速取多年平均最大风速的 1.5 倍。 2．3 坝坡设计
算，对坝体结构进行全面设计，包括坝顶高程确定、坝顶结构、坝坡设计、防渗体设计、反
滤料和过渡料设计等。
关键词：张峰水库；坝体；结构设计
中图分类号：TV641．4+2
文献标识码：A
文章编号：1004-6429（2009）03-0120-02
1 工程概况及总布置 张峰水库位于山西省晋城市沁水县沁河干流上，距晋城市
ABSTRACT: Zhangfeng Reservoir is an integrated reservoir for drinking water, power generation and flood control, at the prelimi－
nary stage of design, after comprehensive comparison, the rock-fill dam body of clay sloping core is thought to be better. Based on the select－ ed dam type and the requirements of the standards, and after reasonable computation, the dam structure is designed comprehensively, includ－ ing the determination of the height of the dam top, the structure of the dam top, design of the slope and anti-seepage and design of filter ma－ terial and transition material.
杨海琴：张峰水库大坝坝体结构设计
2009 年第 3 期 5 月 20 日出版
墙底部座落在粘土防渗体上。 表 1 坝顶高程计算结果表
计算 工况
水库静 水位
(m)
计算 风速 (m/s)
吹程 (km)
波浪 爬高 R(m)
风壅 高度 e
(m)
安全 地震安 计算坝 加高 全加高 顶高程 A(m) ( m ) (m)
粘 土 斜 心 墙 堆 石 坝 的 上 、下 游 坝 坡 根 据 工 程 类 比 并 经 过 坝坡稳定计算确定，上游坝坡为 1∶1.75，下游坝脚 712 m 高程 以下设堆石贴坡排水，顶宽 3 m，坡度 1∶2，贴坡排水以上下游 坝坡为 1∶1.5，考虑大坝外部位移观测及维护管理的需要，下 游坝坡在 730 m、748 m 高程设马道，宽度 2 m。上游坝坡水位 变动区（725 m 以上）采用干砌石护坡，厚度 40 cm，下设 30 cm 厚的砂砾石垫层；下游贴坡排水以上坝坡结合库区美化设计，采 用浆砌石网格护坡，浆砌石厚 40 cm，网格内填 30 cm 厚河卵石。 2．4 防渗体设计
过渡料填筑在粘土斜心墙反滤层的上、下游侧、坝体堆石与 左岸土体接触部位、堆石坝壳与坝基基岩接触部位，具有反滤料 与坝壳堆石之间的粒径过渡和作为斜心墙的支撑体两种作用。 根据过渡料在各部位使用目的的不同，并考虑机械化施工要求， 过渡层采用不同厚度，斜心墙上游侧过渡层水平向宽度采用 3 m，斜心墙下游侧的过渡层布置成从顶部向底部逐渐加厚 的形式，顶部最小水平向宽度 3 m，上游边坡坡度与反滤层相 同，下游边坡坡度采用1 ∶ 0.1（倾向上游），其余部位厚度为 1 m。