水库混凝土重力坝方案设计及抗滑稳定与应力计算

水库混凝土重力坝方案设计及抗滑稳定与应力计算

陜西某V等小（1）型多功能水库，其大坝枢纽方案为混凝土重力坝+开敞式溢洪道+取水兼放空管。大坝坝顶高程

789.00m，最大坝高54m，坝顶坝宽5.0m，筑坝材料为C15四级配常态混凝土。在工程设计阶段，对大坝枢纽布置、结构体型、大坝抗滑稳定和大坝应力等进行了详细分析计算，结果表明设计方案合理，大坝安全稳定性较高，各项技术指标均满足《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）、《混凝土重力坝设计规范》（NB/T 35026-2014）等规范指标要求。

标签：水库；枢纽布置；重力坝；抗滑稳定；应力计算

1 工程概况

陕西某水库以城市供水为主，兼顾灌溉、养殖和下游防洪等功能。坝址集水面积 3.67km2，坝址断面处多年平均径流量为176万m3，多年平均流量0.325m3/s。水库校核洪水位（P=0.5%）768.50m，总库容323.80万m3，正常蓄水位766.00m，相应库容305.80万m3，死水位746.50m，相应库容88.60万m3，兴利库容276.80万m3，年供水总量637.8万m3。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），该水库总库容323.80万m3，属于100万m3～1000万m3范畴，其工程等别为V等，为小（1）型水利工程，防洪级别一般[1]。

2 工程区主要水文地质概况

水库大坝，其推荐坝址坝轴线长约825m，河流流向自东向西，两岸高山，坝址区河谷呈基本对称“V”字型谷，属于典型河谷型水库。大坝坝基河床高程738.20～750.50m，设计正常高水位766.00m时，谷口宽约100m，宽高比5.2。河床及两岸覆盖层不均匀，约1.5～8.3m，强风化深14～18m，弱风化深17～21m。工程区地下水横向补给河水，水质较好。

3 混凝土重力坝方案设计

在对工程区岩性、坝址坝线分析、施工料场、施工便捷性等进行技术、经济等方面的综合经济性对比分析后，最终推荐采用碾压混凝土重力坝。大坝主要由混凝土重力坝、开敞式溢洪道以及取水兼放空管等功能结构组成。

3.1 混凝土重力坝结构体型设计

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）、《混凝土重力坝设计规范》（NB/T 35026-2014）等规范要求进行重力坝结构体型设

计，设计结果为：大坝轴线总长828m，坝顶高程789.00m，建基面高程

735.00m，坝高54m，坝顶宽5.0m，最大坝底宽度32.86m，上游面铅直；下游面坡比1：0.75，起坡点高程784.00m。大坝共分成三个部分，采用坝体溢流方式，即分别为：中部溢流坝段及左、右岸非溢流坝段。其中：溢流坝段采用WES 型堰面，布置在大坝中部，净宽24m，边墩宽1.2m，堰顶高程786.50m。在溢流坝出口段采用底流消能，设置消力池、消能底坎等泄水建筑物。大坝左、右两岸设置非溢流坝，其中桩号为：坝0+000.00～坝0+289.50、坝0+313.50～坝0+828.00。为了提高大坝的防渗性能，在坝基和两坝肩分别采用帷幕灌浆进行防渗加固，并在大坝体内设置两道灌浆排水廊道，设置在752.50m和586.50高程，灌浆廊道断面尺寸为3.0m×4.5m（宽×高）。大坝主体材料为C15四级配常态混凝土，其混凝土料石主要从距离大坝坝址区约1.5km的料场直接开采，大坝迎水面采用厚1.0m的C20W6F200混凝土进行防渗加固。

3.2 开敞式溢洪道

结合大坝总体枢纽布置，设计采用进口控制段为开敞的、且下泄水流具有自由表面的开敞式溢洪道，其桩号为坝0+289.50m～坝0+313.50m，采用坝顶双孔开敞式溢流防渗，溢流堰总净宽24m，边墩厚1.2m，采用C20钢筋混凝土板梁结构。溢洪道内坡及下游泄洪坡段采用C25钢筋混凝土进行防渗护面加固，溢洪道两侧分别设置0.8m厚的C25钢筋混凝土翼墙进行加固，高2.5m。在溢洪道出口处设置消力池等泄水建筑物，其中：消力池总长25m，消能底坎高3.0m，底板采用1.0m厚C25钢筋混凝土进行加固，高程741.5m，侧墙高度为5.2m，为1.0m厚加筋C25钢筋混凝土。

4 大坝抗滑稳定与应力计算

4.1 荷载组合

基本荷载组合：工况1：正常蓄水位766.00m及相应尾水位（无）+坝体自重+设计正常温降+扬压力+泥沙压力+浪压力；工况2：设计洪水位767.4m与相应尾水位725.5m+坝体自重+设计正常温升+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力；工况3：死水位748.50m与相应尾水位（无）+坝体自重+设计正常温升+扬压力+泥沙压力。

特殊荷载组合：工况4：校核洪水位768.50m与相应尾水位737.25m+坝体自重+设计正常温升+扬压力+泥沙压力+浪压力+动水压力。

4.2 抗滑稳定及应力计算结果

根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）、《混凝土重力坝设计规范》（NB/T 35026-2014）等规范要求，按抗剪断强度来计算大坝抗滑稳定安全系数，而对于坝体应力则运用多拱梁法进行应力应变的计算，经计算分析得表1和表2所示成果。

从表1可知，基本组合各工况条件下抗剪断安全系数K>3.0，特殊组合抗剪

断安全系数K>2.5，坝体抗滑稳定满足规范要求。从表2可知，混凝土重力坝结构应力计算成果和地基承载力均满足规范要求。

5 结束语

在混凝土重力坝优化设计过程中，结合工程前期地质勘探资料，严格按照《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）、《混凝土重力坝设计规范》（NB/T 35026-2014）等规范要求，从技术、经济、施工等方面，优选工程量小、技术可靠性高、施工便捷的混凝土重力坝方案。经抗剪断强度大坝抗滑稳定和多拱梁法大坝应力计算，结果表明，该水库大坝是稳定的，结构体型断面设计是科学合理的，为工程施工建设提供了重要技术指导设计方案。

参考文献

[1]袁勇福.东焦河水库大坝稳定分析应力计算[J].山西水利科技，2013（3）：50-52.

[2]陈广华.兴隆岗水库大坝稳定分析计算研究[J].黑龙江水利科技，2014（7）：77-79.