侯 驥

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽550000)

1 工程概況

盤縣西得泥水庫工程位于貴州省六盤水市盤縣西部灑基鎮(zhèn)木倉河下游河段上，屬于珠江流域北盤江水系。本工程正常蓄水位1 748 m，正常蓄水位以下庫容為503 萬m3，設(shè)計(jì)洪水位為1 750.62 m，相應(yīng)庫容為570 萬m3，校核洪水位為1 751.85 m，總庫容為610 萬m3。興利庫容322 萬m3，工業(yè)P =97%年供水量440 萬m3，鄉(xiāng)鎮(zhèn)P =95%年供水量98 萬m3。上下壩址大壩面板堆石壩方案永久性水工建筑物級(jí)別為4 級(jí)，其大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 a一遇。

2 工程選址

本工程規(guī)劃河段在磨嘎橋附近，即在匯口以上2.2 ～3.5 km范圍，該河段河道坡降較陡，河谷較深，地形相對(duì)較窄，工程地質(zhì)條件相對(duì)較好，施工條件較好，壩高合適，淹沒相對(duì)較小，成庫后古滑坡體位于庫內(nèi)，經(jīng)計(jì)算古滑坡體穩(wěn)定，不會(huì)形成較大的滑坡帶，滿足成庫條件，因此本次設(shè)計(jì)在磨嘎橋河段擬定上、下兩個(gè)壩址進(jìn)行比較［1］。

3 大壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 壩頂高程的確定

3.1.1 壩頂高程的計(jì)算參數(shù)

校核洪水位(P = 0.33% )為1 336.53 m，設(shè)計(jì)洪水位(P =0.33% )為1 335.68 m，洪水期多年的平均最大風(fēng)速為V =10 m/s，水庫吹程為D =0.40 km。

3.1.2 壩頂高程的計(jì)算

壩頂高程的計(jì)算公式為:

式中:y 為壩頂位于靜水位上的超高，m;R 為風(fēng)浪沿著壩坡的爬高，m;e 為最大風(fēng)壅水面的高度，m;A 為安全加高，m，在正常情況下是0.50 m，非常情況下是0.30 m。風(fēng)浪爬高的計(jì)算公式為:

風(fēng)壅水面高度的計(jì)算公式為:

式中:R 為平均波浪爬高，m;K△為護(hù)坡粗糙系數(shù)K△=0.90;KW為水深校正系數(shù)KW=1.05;hm為平均波高，m，由式ghm/W2= 0.0076W－1/12(gD/W2)1/3計(jì) 算;Lm為 平 均 波 長，m，由 式 ghm/W2=0.311W－1/2.15(gD/W2)1/3.75計(jì)算;m 為單坡的坡度系數(shù);W 為計(jì)算風(fēng)速，m/s;正常情況時(shí)，W =10 m/s ×150，非常情況時(shí)，W =10 m/s;D 為有效吹程，m，D=1000;g 為重力加速度，m/s2，g =9.18;K 為綜合摩阻系數(shù)，K =3.60 ×10－6;β 為計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角，°;Hm為水域平均水深，m。

3.1.3 壩頂高程的計(jì)算

本工程中:設(shè)計(jì)洪水hm=0.42 m，Lm=4.87 m;校核洪水hm=0.25 m，Lm=3.25 m;設(shè)計(jì)洪水R =0.70 m，e =0.000796 m;校核洪水R =0.44 m，e =0.000354 m。通過上述公式的計(jì)算最終得出以下結(jié)果:

設(shè)計(jì)洪水y1=1.20 m;校核洪水y2=0.74 m。

由前調(diào)洪計(jì)算:設(shè)計(jì)洪水位高程是1 335.68 m;校核洪水位高程為1 336.53 m。則:設(shè)計(jì)洪水位+0.5 =1 336.18 m;設(shè)計(jì)洪水位+ y1=1 336.8 m，校核洪水位+ y2=1 337.27 m。

根據(jù)上述計(jì)算，最終確定壩頂?shù)母叱虨? 337.90 m，而防浪墻頂?shù)母叱虨? 338.30 m。

3.2 大壩壩坡的穩(wěn)定分析

3.2.1 滲流計(jì)算

在該工程中，其水庫大壩屬于是風(fēng)化料土石壩，最高的壩高為28.00 m，壩體防滲使用的土工膜技術(shù)，該大壩的壩基基巖是二迭系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P21)所以其進(jìn)行滲流計(jì)算時(shí)主要使用的是水力學(xué)方法。

需要注意的是，在對(duì)滲流進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)參數(shù):正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位以及校核洪水位等。最后，按照相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出該水庫大壩壩體的滲透系數(shù)為2.80 × 10－4cm/sec，而壩坡的滲流及其穩(wěn)定性都按照均質(zhì)壩進(jìn)行具體的計(jì)算，具體如下:

當(dāng)水位處于水位為正常高:L =58.55 m、△L=9.81 m，浸潤線的計(jì)算公式原點(diǎn)=116.61 m，浸潤線的起點(diǎn)X 坐標(biāo)=58.06 m，浸潤線的終點(diǎn)X 坐標(biāo)=119.49 m，單位寬度的滲流量q =2.69 m3/d·m;當(dāng)水位處于校核洪水位:L = 51.096 m、△L =11．066 m，則浸潤線的計(jì)算公式原點(diǎn)=116.61 m，浸潤線的起點(diǎn)X 坐標(biāo)=65.51 m，浸潤線的終點(diǎn)X 坐標(biāo)=119.84 m，h0=6.71 m，單位寬度的滲流量q =3.74 m3/d·m，浸潤線的坐標(biāo)(將上游的壩腳作為坐標(biāo)的原點(diǎn))如下表1 所示。

表1 壩體浸潤線的坐標(biāo)表

經(jīng)過分析計(jì)算可得出，浸潤線處于壩體之中，并未超過壩面，滿足了相應(yīng)的規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 壩坡的穩(wěn)定分析

1)壩坡的穩(wěn)定計(jì)算內(nèi)容在對(duì)壩坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，精確地計(jì)算出以下兩個(gè)數(shù)據(jù):①穩(wěn)定滲流期時(shí)，上、下游壩坡的穩(wěn)定性;②水庫大壩水位降低時(shí)，上游壩坡最小安全系數(shù)。

2)壩坡的穩(wěn)定計(jì)算

在進(jìn)行壩坡的穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，主要采取了以下參數(shù):最大壩高(28.00 m)、正常蓄水位(1 333.50 m)、設(shè)計(jì)洪水位 (1 335.68 m )、校核洪水位(1 336.53 m)、壩頂?shù)母叱?1 336.90 m)。選取土地的參數(shù)時(shí)，主要是把試驗(yàn)材料與以往工程材料進(jìn)行綜合考慮，從而實(shí)現(xiàn)較為精確的取值:天然容重(1.90 g/cm)、飽和容重(2.10 g/cm3)、內(nèi)摩擦角(15.004)、黏聚力(400 kPa)。

壩坡的穩(wěn)定計(jì)算公式為:

式中:W 為土條的重量;u 為作用在土條底面的孔隙壓力;V 為垂直的地震慣性力;Q 為水平的地震慣性力;a 為條塊重力線和通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑間夾角;b 為土條的寬度;c'φ' 為土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo);Mc 為水平地震的慣性力對(duì)圓心所產(chǎn)生的力矩;R 為圓弧的半徑。經(jīng)過上文中的計(jì)算，得到了水庫上游壩坡分別在正常運(yùn)行和非常運(yùn)行的條件下的最小安全系數(shù)，具體如表2 所示:

表2 水庫上游壩坡最小安全系數(shù)表

通過上表可以看出，在正常運(yùn)行時(shí)，水庫上游壩坡的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)較小，該值即使是上游水位處于對(duì)上游壩體或是壩殼最為不利的高程時(shí)，也能夠達(dá)到安全性的要求，使得大壩運(yùn)行穩(wěn)定。

3.3 大壩的沉降設(shè)計(jì)

因?yàn)楸竟こ讨袥]有相應(yīng)的沉降試驗(yàn)資料可以進(jìn)行參考，所以在進(jìn)行沉降計(jì)算時(shí)，缺少相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)，對(duì)此可在壩頂處預(yù)留下一定的沉降超高。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，本工程中的沉降超高取值為壩高的1%，即是300 mm。

［1］李旭光，王本德. 基于洪水預(yù)報(bào)調(diào)度方式的汛限水位設(shè)計(jì)方法探討［J］. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2009，28(03):27－31.