葉雄俊

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

圍灘水電站位于晉城市東部，跨澤州縣和晉城市城區(qū)2縣（區(qū)），工程樞紐位于澤州縣金村鎮(zhèn)圍灘村東北的丹河干流上，距晉城市區(qū)30 km，是晉城市生活和工業(yè)用水的水源地之一。樞紐壩址以上控制流域面積2418.5 km2。

工程為樞紐大壩為漿砌石（堆石混凝土）重力壩，工程等別為Ⅳ等，樞紐大壩防洪標準為50年一遇設計，500年一遇校核。樞紐大壩由溢流壩段、擋水壩段和沖沙閘段組成，總庫容878萬m3，最大壩高55.5m。

2 大壩設計

2.1 壩型選定

樞紐位于石山區(qū)，河道狹窄，適宜于修建重力壩，設計對砌石壩和混凝土壩進行比較，綜合兩種材料壩的優(yōu)點，設計選用砌石重力壩型式，壩體采用M7.5小石子砂漿砌塊石，表面采用混凝土及鋼筋混凝土。

2.2 大壩體形設計

擋水壩段壩頂寬8m，上游面高程449.0m以上為垂直邊坡，以下邊坡為1∶0.2，下游面高程475.0m以上為垂直邊坡，以下邊坡為1∶0.8，壩頂高程480.5m，防浪墻頂高程481.7m，最大壩高55.5m，最大壩底寬51.32m。

溢流壩段布置在主河槽，總長44m，最大壩底寬52.45m，溢流堰凈寬40m，堰頂高程471.0m，堰面采用“WES”曲線，曲線下接1∶0.85的陡坡段，陡坡末尾設挑流反弧，反弧半徑18m，挑流鼻坎高程444.0m，挑角21°，反弧圓心角50°。為便于交通，在堰頂布置交通橋，橋寬5m。上游側449.0m高程以上采用垂直邊坡，449.0m以下邊坡為1∶0.267，溢流面采用1.0m厚的C40抗沖磨鋼筋混凝土。壩基上游側設4.0m深的齒槽，下游側設3.0m深的齒槽，并設1.5m厚的C15素混凝土墊層。

沖砂閘段布置在溢流壩段右側，單孔布置，長7.5m，底板高程443.0m。底孔進口設檢修平板鋼閘門，閘門尺寸3.5m×3.5m，壩頂設啟閉機房，采用卷揚機啟閉；尾部設弧形工作閘門，閘門尺寸3.5m×3m，閘墩頂部設啟閉機房，采用卷揚機啟閉。底孔四周采用鋼筋混凝土結構，內側為1.0m厚的C40抗沖磨混凝土，外側為1.0m厚的C25鋼筋混凝土結構。壩體結構與擋水壩段一致。

2.3 水力計算

2.3.1 溢流壩泄流計算

根據《溢洪道設計規(guī)范》，開敞式“WES”型實用堰的泄流能力按相關公式計算，泄流能力見表1。

2.3.2 沖沙底孔泄流能力計算

沖沙閘底板高程442.3m，根據徑流調節(jié)確定的正常蓄水位為471.0m，洞頂高程445.8m，其進水口全部淹沒在水面下，水流為壓力流，泄量計算采用《混凝土重力壩設計規(guī)范》孔口泄流能力計算公式，經計算，水位—泄量關系見表1。

表1 堰頂水位與泄量關系表

2.3.3 下游消能設計

溢流壩段消能方式采用挑流消能，其中：設計洪水和校核洪水情況下挑距分別為55.4m和67.3m；設計洪水和校核洪水情況下最大沖刷坑深度分別為9.23m和18.20m。

沖刷坑深度是從河道地面算至沖坑底部，根據地質資料，河床的實際覆蓋層厚度為10~12m，設計洪水時不會在基巖面形成沖坑；校核水位下，為1/8.22，小于許可的最大后坡1/2.5，因此，沖刷坑不會危及壩趾安全。

2.4 重力壩穩(wěn)定分析

重力壩穩(wěn)定分析包括溢流壩段和非溢流壩段兩部分。對壩體抗滑穩(wěn)定計算按規(guī)范要求考慮以下三種情況：沿壩體墊層混凝土與基巖接觸面滑動；沿漿砌面與墊層混凝土接觸面滑動；漿砌石體之間滑動，計算選取最不利的壩段，取單寬進行計算。

計算工況分為三種：基本組合情況下，正常蓄水位為自重+正常蓄水位時的靜水壓力+場壓力+泥沙壓力+浪壓力；設計洪水位為自重+設計洪水位時的靜水壓力+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力。特殊組合情況下，校核洪水位為自重+校核洪水位時的靜水壓力+揚壓力+泥沙壓力+浪壓力+動水壓力。采用《漿砌石壩設計規(guī)范》壩體抗滑穩(wěn)定計算公式。

溢流壩與非溢流壩各取最大壩斷面，取單寬進行計算。計算結果見表2。

表2 穩(wěn)定安全系數(shù)表

根據計算結果可知，上述三種工況與荷載組合下安全系數(shù)和安全系數(shù)均大于規(guī)范允許安全系數(shù)，滿足規(guī)范規(guī)定，因此重力壩滿足穩(wěn)定要求。

2.5 重力壩應力分析

重力壩應力計算的方法較多，目前常用的是材料力學法。根據《漿砌石壩設計規(guī)范》，實體重力壩以材料力學法為基本分析方法，根據壩高選定計算截面?zhèn)€數(shù)，中低壩可只計算邊緣應力，因此，本次僅計算壩基高程424m處的邊緣應力。

計算內容包括正常蓄水位、設計洪水位及校核洪水位時上下游面垂直正應力，分別按考慮揚壓力和不計揚壓力兩種情況計算。

計算截面選取溢流壩與非溢流壩最高壩段，并采用《混凝土重力壩設計規(guī)范》相應公式進行計算。計算結果見表3。

表3 大壩應力計算成果表 單位：kg/cm2

從表中可以看出，在各種荷載組合下，壩基應力均為壓應力，滿足規(guī)范要求。

2.6 壩體防滲與排水

2.6.1 壩體防滲

工程樞紐大壩采用漿砌石（堆石混凝土），壩體防滲采用在大壩上游面布設1.5m厚的C25鋼筋混凝土面板，壩后布設1.0m厚的C25鋼筋混凝土護面。

在大壩樁號0+033.5，0+077.5和0+97.5處設計3條壩體橫縫，同時兼壩面伸縮縫；在大壩樁號0+017.5，0+044.5，0+055.5，0+066.5 和 0+112.5 處設計5條壩面伸縮縫，縫寬20 mm，橫縫和伸縮縫在上游防滲面板內設2道止水，第一道為紫銅片止水，銅片厚14 mm、寬442 mm，第二道為651橡膠止水帶，止水帶厚12 mm、寬300 mm；在擋水壩段伸縮縫的下游混凝土護面內水位以下設一道橡膠止水帶，溢流壩面伸縫全斷面設兩道止水，一道為橡膠止水，一道為紫銅片止水。

2.6.2 壩體排水

排水分為壩內排水和壩基排水。壩內排水在壩體內的廊道下游側布置一排排水管，排水管中心距廊道下游側墻0.5m，采用直徑150 mm的預制無砂混凝土排水管，間距3.0m。壩基排水孔布置在底部廊道的下游側，孔距3.0m，排水孔深取0.4～0.6倍的帷幕深，且不小于10m。樁號0+026.0—0+093.0段排水孔底高程 407.5m，兩側以 1∶0.5的坡度向兩岸延伸至470.0m高程。

3 結語

圍灘水電站的興建，對合理開發(fā)利用丹河水資源，調整晉城市水源結構，改善工業(yè)和城市生活用水供水條件，緩解當?shù)毓こ绦匀彼偷叵滤畤乐爻傻木置?，具有十分重要的作用?/p>