巖土工程師

1.設計基本資料

1.1　基本概況

高鳥橋電站位于榕江縣西北面、平永河上游，距榕江縣城35公里，地處縣內平江鄉與平永鎮交界。距平永鎮所在地4公里，平江鄉所在地15公里。壩址以上集雨面積為240Km2，多年平均年徑流量為1.832億m3，多年平均徑流5.81m3/S，多年最枯日平均流量0.7m3/S.由于流域植被較好，兩岸大部分都是基巖，故除短暫洪水期外，河水清澈，含泥量較少。高鳥橋電站工程設計水頭為15米，攔河壩高28.77 m，工程等別為四等，攔河壩為Ⅳ級建筑物。

1.2　水文氣象資料

1.2.1　水庫特性

本方案電站壩址選在上軸線。按電站工程洪水計算規范，校核洪水取200年一遇，設計洪水取30年一遇進行計算。壩址下游無防洪要求，溢流壩堰頂不設閘門，故取正常蓄水位與堰頂高程一致。經計算，其特征水位及相應下泄流量。

1.2.2　氣象資料

本流域位于雷公山暴雨中心邊緣，系黔東南地區穩定多雨區，年平均降雨量約為1345.6㎜，多年平均徑流深655㎜，年平均氣溫16.4℃，極端最低氣溫-7.6℃，極端最高氣溫37.5℃，年平均相對濕度80%，無霜期282天。全年氣候溫和，雨量充沛，屬中亞熱帶濕潤季風氣候。

1.3　壩址地質條件

擬建壩址為陡立型橫向河谷，巖層傾向上游，持力層巖石堅硬，強度高，基巖節理裂隙雖然比較發育，但傾角都比較大，未發現緩傾裂隙的存在，對大壩穩定影響不大;壩址下游雖然存在一小斷層F4，但未發現其貫穿庫區，對水庫的影響不大;此外，河床比較狹窄，覆蓋層較薄。根據提供的地質報告資料，壩址巖石摩擦系數f為0.5～0.65，內聚力C為0.25～0.3㎏/㎝2。不足之處是壩肩巖體卸荷裂隙比較發育，風化程度較深，開挖量較大;斷層F4延伸至壩址左岸山體，若建拱壩對左壩肩的穩定可能有一定影響。

1.4　天然建筑材料

本區附近只有一處天然砂場，在弄子口寨腳河道轉彎處，距工地約500米，該砂場儲量較小(約1000立方米)，且砂礫中含軟弱顆粒及含泥較重，質量較差，建議不用。在壩址上游約100米及300米處，下游約150米處，基巖裸露，分布著厚至塊狀變余砂巖和中厚層粉砂質板巖，巖石堅硬，強度較高，可供開采塊石及機械加工砂石料，其儲量豐富，可以滿足工程建筑材料的需求。建議壩址上游石場開采4000立方米左右，其余的在壩址下游石場開采。

1.5　水庫淹沒

重力壩溢流堰高15米，蓄水后，淹沒農田1.33畝，旱地0.25畝，林地118.66畝，浸沒公路涵洞、橋梁基礎各一座，需加固處理;淹沒區內未發現具有經濟價值和開發價值的礦產及文物古跡分布，水庫淹沒損失較小。

2.樞紐總體布置

2.1　壩軸線選擇

在壩址地形圖上選兩條壩軸線，即上壩軸與下壩軸進行比較。通過比較，上壩址基巖傾向上游，兩岸基巖裸露，河床覆蓋深在6米以內，滲漏問題不嚴重。根據釬探資料，河床覆蓋層最厚6米，最薄0.3米，清基工程量不大。該壩址河流順直，水流條件好，下泄水流離主河道左岸彎曲段遠。綜合上述地質、地形、水流等方面的條件，上壩軸線較下壩線條件優越，故采用上壩線作為本工程壩軸線。

2.2　壩型選擇

根據上述所提供的地形、地質條件及水文氣象資料，進行綜合分析如下：

電站擬選壩址河谷呈“U”型，寬高比達3.1以上，拱的作用小，兩岸山體穩定性較差，并因洪水流量大，泄洪建筑物較難布置，故放棄拱壩設計方案。電站附近，筑壩土料缺乏，同時壩址位置較窄，無法布置溢洪道，如布置溢洪道，還需對左壩肩進行大面積的開挖，有可能造成壩體穩定性差，工程量大，造價高，也是不可取的。

若采用重力壩方案。其筑壩材料可用砼和漿砌石兩種材料，能使該工程充分利用現有的自然條件，且泄洪建筑物容易布置，施工導流易于解決。居于漿砌石和純混凝土兩種壩型而言，漿砌石重力壩雖然水泥用量少，投資小，但不能實現機械化施工，人工砌筑，壩體質量難以控制，工期長，是不可取的;另外，隨著改革的深入，施工質量和進度都將受到合同和國家法律的約束。因此，唯有混凝土重力壩才是較理想的壩型，它能滿足由于施工工藝、組織管理和機械設備使用水平的迅速提高而使工程早日完工的要求。

重力壩按壩體的結構形式，可分為實體重力壩、寬縫重力壩和空腹重力壩三種。實體重力壩的結構形式簡單，設計施工方便，其問題是揚壓力大，材料抗壓強度不能充分發揮?？崭怪亓?、寬縫重力壩則可以利用空腹和寬縫排除壩基的滲透水流，有效減少揚壓力，較好地利用材料的抗壓強度，可減少10%～30%的工程量，可降低工程造價，但其模板用量大，施工工藝復雜，需專業隊伍進行施工。

綜合上述多方面因素，實體壩雖然工程量大，但由于其體型簡單、施工方便、工期短，工程可提前發揮效益，從而使工程投資可以得到補償，混凝土實體重力壩有利條件較多，故擬定為本工程的最優壩型。

3.工程布置與壩體構造

根據規范規定，大壩工程等級為四等，主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別5級。大壩防洪標準按30年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核。攔水壩為實體重力壩，壩頂總長62米，最大壩高28.77m，主要由非溢流壩段、溢流壩段和兩側導流墻組成，其建筑材料均為C15混凝土澆筑。

3.1　非溢流壩結構與構造

根據前述，非溢流壩壩頂高程為356.17m，擬定壩頂寬3m，上游壩坡為垂直面;下游壩坡在高程356.17m～349.82m段為垂直面，351.42m以下坡度為1：0.6.重力壩根據工程地形地質條件，未考慮設排水溝和防滲帷幕，壩頂不設防浪墻。工程不考慮地震及冰凍作用，其抗滑穩定計算按分項系數極限狀態法計算;應力分析計算采用概率極限狀態設計法。經計算，穩定及應力均滿足規范要求。

3.2　溢流壩結構與構造

溢流壩段位于河床中間，有利于泄洪時水流順暢，主河槽基巖好，抗沖能力強。結合實際情況，本工程壩頂溢流采用不設閘門的壩面溢流形式，堰頂高程與正常蓄水位齊平，即堰頂高程為349.82m，堰寬40米，堰上最大水頭5.39m.溢流堰上游堰頭曲線采用三圓弧形曲線，堰面曲線采用冪曲線，曲線末接1：0.6的直線段，其末端則以挑角15o、曲線半徑為3.8m的反弧鼻坎。溢流壩最大堰高22.42m，最大底寬16.5mm(基礎)，堰頂最大下泄流量為1079.9m3/s.根據鼻坎應高于下游水位1m左右的要求，確定挑流鼻坎高程為▽坎=337.4m.

4.導流墻

導流墻是溢流壩邊墩的延長，其作用是分隔溢流壩和非溢流壩，通過水力計算決定出其高度和長度，最后按結構要求擬定出厚度。

本方案不考慮洪水對壩下建筑物的影響，水流壅高及超高取1.53m，鼻坎處導流墻高度為3.0m，導流墻在鼻坎處坎頂高程為340.4m.經計算，堰頂外側邊緣末高程為349.28m，導流墻高度為3.0m，根據溢流面曲線特征，則壩面導流墻高度與壩面法向高度為3米，即按壩面線平移3米得出導流墻邊緣線，其下游與鼻坎處導流墻相交。據此得壩頂導流墻高程為352.52m.最終擬定導流墻頂厚0.5m，迎水坡度1：0，背水面坡度1：0.3.

結論：通過對高鳥橋電站混凝土重力壩的選型及方案比較，所確定的混凝土壩為當前應用較普遍的壩型，其穩定及應力計算是大壩設計的關鍵環節。通過采用分項系數極限狀態法和概率極限狀態法計算的大壩穩定及應力設計值均已滿足規范要求。在今后的工作實踐中，如何合理擬定壩體尺寸，有效確定分項系數及結構系數等基本參數將是我們值得研究和探討的主要課題。

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（責任編輯：）

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