龙宫河水库工程选址与建筑物选型分析

韦 凯

（安顺海锦工程设计有限公司，贵州 安顺 561000）

1 工程概述

龙宫河水库多年平均径流量1612万m3，推荐坝址控制集雨面积26.86km2。水库校核洪水位1195.21m，总库容628万m3，水库正常蓄水位1192.00m，相应库容482万m3，死水位1176.00m，相应库容82.40万m3，兴利库容399.58万m3。龙宫河水库工程任务包含灌溉、农村人畜饮水及村镇供水。

按SL252—2017《水利水电工程等级划分和洪水标准》规定，水库总库容0.01亿～0.1亿m3处于标准范围内，工程等别属于Ⅳ等，工程规模属小（Ⅰ）型。

2 工程选址

2.1 地形

火麦河河段作为拟选的上坝址，其对岸基本对称、冲沟较少、河道较顺直，河床较平缓、负地形不显著，露岩层岩性为中硬岩的优质工程地质条件成为上坝址的最佳选择；反观拿门寨河流转弯以下河段，河流左岸出露岩层岩石性质复杂，包括泥质灰岩白云岩及少量砾状灰岩，负地形得以发育，基岩主要以中等～强岩溶层、中等～强透水层为主，使得建坝水库渗漏问题更为显著，防渗难度持续扩大。只有拿门寨附近原拿门寨小山塘坝址处为较好的坝址河段，本工程拟选为下坝址。

2.2 地质

就上坝址而言，坝址往上时集雨面积偏小；中间河段的地质条件选择类似于上坝址，但其河床及地形条件相较上坝址不够优越，作为顺向坡的河床左岸并不利于建坝；最后谈及距离上坝址0.9～1.5km范围内下坝址，已知往上河床拓宽，河床及两岸覆盖沉积，不适于建坝，此时再往下选，同理河床将持续扩宽，河道右岸为顺向坡，不具备建坝条件，故只有火麦河上坝址具有显著优越性。

综上分析，可确定最优坝址为火麦河上坝址。

3 工程建筑物选型分析

3.1 坝型选择

从地形条件看，坝址河谷两岸地形较对称，适宜修建重力坝和面板堆石坝，而修建面板堆石板左、右岸坡地形较陡，需要大面积开挖边坡（高达15～25m）方可修建溢洪道的条件，而且在大坝左岸布置放水隧洞及右岸布置冲沙隧洞，需要修建进闸门房路及人行步梯，土石方开挖量大（1220.0～1187.0m），边坡处理工程量大，致使后期的水土保持及环境影响投资增大。

根据上坝址的工程地质条件，上坝址较为适宜的坝型有面板堆石坝、重力坝，重力坝的材料可考虑浆砌石、混凝土或碾压混凝土。受地形条件的制约，不适宜建拱坝，受天然建筑材料的制约，不适宜建土坝。

下坝址较为适宜的坝型有面板堆石坝、重力坝，重力坝的材料可考虑浆砌石、混凝土或碾压混凝土。受地形地质条件的制约，不适宜建拱坝，受天然建筑材料的制约，不适宜建土坝。

经综合比选，推荐上坝址浆砌石重力坝为下阶段重点研究坝型。综合实际情况与需求，在本阶段，主要采取重力坝方案。

3.1.1 坝顶高程计算

大坝为4级建筑物，按30年一遇（P=3.33%）洪水设计和300年一遇（P=0.333%）洪水校核的控制工况来确定坝顶高程。水库正常蓄水位1192.00m，根据调洪计算结果，设计洪水位1194.27m（P=3.33%），校核洪水位1195.21m（P=0.333%）。

按照SL25—2006《浆砌石坝设计规范》和SL319—2005《混凝土重力坝设计规范》规定设计，防浪墙顶或坝顶高程，根据各种运行情况的水库静水位加上相应超高后的最大值确定。防浪墙顶超高Δh按式（1）计算：

式中 Δh为坝顶超高（m）；hc为安全加高（m），大坝为4级建筑物，按SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定，正常运用情况0.3m，非常运用情况0.2m；hz为最大风雍水面高度（m）；hb为最大波浪在坝坡上爬高（m）。

坝顶高程按规范取大于校核洪水位高程，防浪墙顶高程要求分2种情况计算：①设计洪水位+正常运用情况的墙顶超高；②校核洪水位+非常运用情况的墙顶超高。

防浪墙顶高程根据规范取为坝顶高程+1.2m，坝顶高程计算成果如表1。

表1 上坝址重力坝坝顶高程计算成果

从表1结果可以看出，计算坝顶高程1194.50m，根据规范坝顶高程大于校核洪水位1195.21m，根据泄水坝段交通桥纵梁高度控制，因此坝顶高程以协调泄水坝交通桥高最终取1196.10m，防浪墙顶取1197.30m。

3.1.2 坝体断面设计

挡水坝段剖面上游面1175.0m以上铅直，1175.0以下坡比1∶0.2，下游面坝坡1∶0.8，起坡顶点高程1189.85m，上、下游坡面直线交点位于坝顶。溢流坝段剖面参照挡水坝段剖面拟定。

非溢流坝及溢流坝主要建筑材料均为常态C15混凝土砌石，坝基础面设置2.5m厚C20垫层混凝土，上游面混凝土防渗面板厚度1175以下为1.2m，1175.0～1185.90厚度1.0m，1185.9以上厚度0.8m，溢流坝段溢流面面层设1.0m厚的C25抗冲磨钢筋混凝土，溢流面导墙为C25抗冲磨钢筋混凝土。

3.1.3 大坝稳定应力计算

龙宫河水库上坝址主要结构面为岩石层面。不存在影响坝基或坝肩稳定的楔体或棱体，坝基无构成双面滑动的裂隙组合。重力坝的滑动模式仍以表面滑动为主。

沿建基面滑动按照抗剪断公式进行计算：

式中 K′为按照抗剪断公式计算的抗滑稳定安全系数；f′为坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断系数；C′为坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力（kPa）；A为坝基接触面截面积（m2）；∑M为作用在坝体上的全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值；∑P为作用在坝体上的全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的切向分值。

根据SL25—2006《浆砌石坝设计规范》及SL319—2005《混凝土重力坝设计规范》，采用安全系数法对大坝应力及稳定进行复核。坝体应力计算采用材料力学法计算，根据SL319—2005《混凝土重力坝设计规范》规定，计算公式：

式中 J为计算截面对形心轴的惯性矩（m4）；∑W为作用于计算截面上法向力总和（kN）；∑M为全部荷载作用于计算截面形心轴的的力矩之和（kN·m）；A为计算截面面积（m2）；x为截面上计算点到形心轴的距离（m）。

将大坝相关数据代入公式运算，挡水坝段与溢流坝段的抗滑稳定及应力计算结果如表2，将所得数据与国家标准进行比对，均满足规范要求，因此拟定的大坝基本剖面是可行的。

表2 大坝坝基面应力与抗滑稳定计算结果

3.2 工程量与投资分析

通过计算分析，混凝土面板堆石坝枢纽建筑物和砌石重力坝枢纽建筑的投资分别为4516.36万元和4906.94万元。从大坝坝体工程投资来说，面板坝的投入较小，但加上施工考虑，面板坝在操作难度上更大，所需工时与劳动力更多，可能面临更高的投入风险，经风险预算与可能投资预估，砌石重力坝静态总投资比混凝土面板堆石坝省3209.65万元。因此本阶段推荐混凝土砌石重力坝为代表的当地材料坝型。龙宫河水库坝型枢纽布置方案主要经济技术指标比较如表3。

表3 主要经济技术指标比较

续表3

3.3 泄洪建筑物布置选择及控制型式选择

龙宫河水库坝址左岸坡坡角约30°～35°，右岸坡坡角约为40°～45°，坝顶高程处河谷宽高比3.3。由于本工程为小（1）型水库，水库对上游水位稍有增高所加大的淹没损失和加高坝身及其他建筑物的工程费用都不是很大，从施工简单等各方面考虑，本工程不设置闸门；根据地形地质条件，溢流堰顶可设置闸门，也可不设置闸门。由于该工程下游为保证自由泄流，按洪水重现期确定的洪水流量有一定的不确定性，采用溢流表孔较为安全，综上所述，采用无闸门控制。

4 结语

本工程对龙宫河水库选址、建筑物选型进行了分析，并确定了合理施工方案，避免出现不必要的误差，但影响工程建设外在因素复杂多变，在水库工程建设过程中应进行多次测量分析，提高准确性。