馬 凱

(本溪市水利電力勘測設(shè)計研究院，遼寧 本溪117022)

1 工程概況

大石河為山區(qū)性河流，蜿蜒曲折，河道多急流淺灘。其河流域面積為140 m2，河道總長30.2 km，河道平均比降為10.9‰。大石河攔河壩工程共3 座攔河壩，上游至下游編號為1#至3#攔河壩，本文以2#壩為例進(jìn)行說明。2#壩由溢流壩段和擋水壩段組成。

溢流壩段長60 m，堰頂高程為310.00 m，壩高為3.6 m，基礎(chǔ)埋深為巖面線下0.6 m(不含齒墻)。堰頭采用WES 曲線，迎水側(cè)為直立面，背水側(cè)直線段坡比1∶1.5，坡面布設(shè)景觀石。壩體采用C25F200毛石混凝土砌筑，迎水面及溢流面設(shè)600 mm 厚鋼筋混凝土面板，面板混凝土強(qiáng)度等級C25，抗凍等級F200，抗?jié)B等級W4。溢流壩采用底流消能，下設(shè)消力池，池長15 m，深0.8 m，池后設(shè)6.6 m 拋石護(hù)底。

擋水壩段總長45 m，其中左岸擋水壩段34 m，右岸11 m。壩頂高程為313.55 m，壩頂寬為3 m，最大壩高6.73 m，基礎(chǔ)埋深為巖面線下0.6 m(不含齒墻)。擋水壩上游面直立，設(shè)0.6 m 厚鋼筋混凝土防滲面板，面板混凝土強(qiáng)度等級C25，抗凍等級F200，抗?jié)B等級W4。下游面坡比為1∶1.5，折坡點高程為308.84 m，下游坡面布設(shè)景觀石［1］。

2 2#壩壩高及溢流斷面設(shè)計

2.1 壩頂高程確定

該工程位于內(nèi)陸峽谷地區(qū)，根據(jù)規(guī)范要求采用官廳公式計算，正常運用時設(shè)計計算風(fēng)速取最大風(fēng)速的1.5 倍，17.55 m/s，非常運用(校核洪水位)時取最大風(fēng)速11.70 m/s。波浪要素公式為:

式中:2hl為浪高，m;2Ll為波長，m;vf為計算風(fēng)速，m/s;Df為 吹程，km。

2.2 波浪中心線至攔河壩靜水位的高度

波浪中心線至計算水位高度ho的計算，采用下列公式為:

式中:h0為波浪中心線至攔河壩靜水位的高度，m;Hl為壩前水深，m。

2.3 壩頂高程的確定

根據(jù)規(guī)范，壩頂至計算水位的高差Δh 采用下列公式，計算成果見表1。

式中:Δh 為壩頂至攔河壩靜水位的高度，m;hc為安全超高，m。壩頂高程計算結(jié)果見表1。

2.4 溢流壩斷面設(shè)計

溢流壩段長60 m，堰頂高程為310.00 m，壩高為3.6 m，基礎(chǔ)埋深為巖面線下0.6 m(不含齒墻)。堰頭采用WES 曲線，迎水側(cè)為直立面，背水側(cè)直線段坡比1∶1.5，坡面布設(shè)景觀石。壩體采用C25F200 毛石混凝土砌筑，迎水面及溢流面設(shè)600 mm厚鋼筋混凝土面板，面板混凝土強(qiáng)度等級C25，抗凍等級F200，抗?jié)B等級W4。溢流壩采用底流消能，下設(shè)消力池，池長15 m，深0.8 m，池后設(shè)6.6 m拋石護(hù)底。

表1 壩頂超高計算成果表 m

根據(jù)表1 計算成果，取計算水位312.43 m(P =10%設(shè)計洪水位)時超高計算成果，則本次設(shè)計擋水壩段壩頂高程為313.55 m。

溢流壩堰面曲線方程為:

式中:x、y 分別為以堰頂為原點的坐標(biāo);Hd為不包括行近流速水頭在內(nèi)的設(shè)計水頭;k、n 為與上游迎水面坡度有關(guān)的參數(shù)，由于上游迎水面鉛直，則k =2，n =1.85。計算結(jié)果見表2。

表2 溢流壩堰面曲線表

3 2#壩體穩(wěn)定分析

3.1 溢流壩段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

3.1.1 荷載計算

穩(wěn)定分析采用《水利水電工程PC—程序集》(88版)中的“混凝土重力壩抗滑穩(wěn)定及壩基應(yīng)力計算程序”計算，荷載組合同擋水壩段。

3.1.2 抗滑穩(wěn)定計算

溢流壩抗滑穩(wěn)定計算成果見表3。

表3 溢流壩抗滑穩(wěn)定計算成果表

從表3 可以看出，溢流壩段混凝土墊層與建基面及壩體混凝土墊層之間的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求值。

3.1.3 壩踵、壩趾垂直應(yīng)力計算

計算成果見表5。計算公式為:

式中:σy為壩踵、壩趾垂直應(yīng)力，kN/m2;∑M 為全部作用力對壩基面形心的力矩之和，KN·m;J 為壩基面對形心軸的慣性距，m4;X 為壩基面截面上計算點到形心軸的距離，m。計算成果見表4。

表4 壩踵、壩趾垂直應(yīng)力計算成果表

從表4 可見，壩踵計入揚(yáng)壓力和不計入揚(yáng)壓力的垂直應(yīng)力均大于零，壩趾計入揚(yáng)壓力和不計入揚(yáng)壓力的垂直應(yīng)力均遠(yuǎn)小于C20 素混凝土墊層允許抗壓強(qiáng)度及基巖抗壓強(qiáng)度72 MPa。

3.2 擋水壩段穩(wěn)定分析

擋水壩段抗滑穩(wěn)定計算成果見表5。

表5 擋水壩段抗滑穩(wěn)定計算成果表

從表5 可以看出，擋水壩段混凝土墊層與建基面及壩體與混凝土墊層之間的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求值。

3.3 壩踵、壩趾垂直應(yīng)力計算

壩踵、壩趾垂直應(yīng)力計算采用規(guī)范公式同上，計算成果見表6。

表6 壩踵、壩趾垂直應(yīng)力計算成果表

從表6 可見，各種情況下壩踵的垂直應(yīng)力均大于零，壩趾的垂直應(yīng)力均遠(yuǎn)小于C20 素混凝土墊層允許抗壓強(qiáng)度及基巖抗壓強(qiáng)度72 MPa。

［1］劉金輝，奚晶瑩. 臺階式溢流壩的消能設(shè)計與試驗［J］.吉林水利，2009(08):59 －60.