汉阴县洞河水库枢纽工程碾压砼拱坝坝轴线比选研究

汉阴县洞河水库枢纽工程碾压砼拱坝坝轴线比选研究

喇路

陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001

摘要：本文通过对汉阴洞河水库工程挡水建筑物碾压砼拱坝上、中、下坝线进行多方面综合比选，最终确定中坝线方案作为拱坝布置的推荐方案。

关键词：拱坝坝线比选

1、工程概况

洞河水库枢纽工程位于安康市汉阴县以东8km的涧池镇境内，地处汉江北岸月河一级支流洞河下游，枢纽距洞河入月河口4.5km。洞河水库枢纽工程是一座以灌溉、供水为主，兼顾发电等综合利用效益的Ⅲ等中型工程，水库总库容4627万m³，可控制灌区面积4.57万亩，向灌区四镇一乡11万人口及汉阴县工业园区年供水量2032万m³，电站装机容量3430kW，年发电量797.52万kW•h。

洞河水库枢纽工程属Ⅲ等中型工程，永久性主要建筑物碾压砼拱坝按3级设计。大坝枢纽防洪标准为50年一遇洪水设计；500年一遇洪水校核。

枢纽建筑物由拦河坝、泄洪表孔、泄洪底孔、引水洞、电站厂房和变电站组成。拦河坝为碾压混凝土抛物线双曲拱坝，坝顶高程397.50m，最大坝高65.50m，坝顶宽6.5m，拱冠底宽15.645m水库的正常蓄水位391.00m，设计洪水位394.58m，校核洪水位396.73m。

工程区地震动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期0.40s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度，工程设防烈度为Ⅵ度。

2、水文、地质

洞河坝址以上河道流域面积426km²，主河道长50km，平均比降10.9‰。洞河多年平均径流量1.37亿m3。水库多年平均入库泥沙总量为67万t。

工程区属于秦岭地槽褶皱系的南秦岭印支褶皱束南缘部分，所处构造部位属凤凰山复式背斜的北翼，构造单元上属相对稳定地区，基本地震烈度为Ⅵ度，地震动峰值加速度为0.05g，动反应谱特征周期为0.45s。

坝基岩体主要由变质Za1～Za6绿帘石片岩组成，河床及两岸下部以Ⅱ级岩体为主，两岸边坡以Ⅲ～Ⅳ级岩体为主。地下水类型属裂隙式潜水，水量不丰，连通性差。

3、坝线比选

可行性研究阶段确定夏家沟坝址作为大坝的推荐坝址。坝址位于洞河中下游段，距夏家沟口上游约400～500m，地貌形态属侵蚀中低山区，洞河在此呈NE向，河谷左岸地形较陡，坡度50°～600，局部呈直立状；右岸山体与夏家沟相邻为单薄山梁，地形破碎。坝址区河段为较平直开阔的“U”型横向谷，河水自北东向南西流。平水期水面高程339.0m，河面宽10～15m、水深0.5m。河床卵石层厚2.20～5.82m。基岩顶板高程334～336m。

坝轴线的比较是在总体布置相同的前提下进行的，即泄洪表孔布置在河床坝段，采用3孔，单孔净宽12.0m，堰顶高程391.00m，溢流面采用WES实用堰型，底孔布置在溢洪表孔右侧河岸坝段，进口底板高程348.00m，洞身断面为4.0×4.5m的矩形，出口在孔身末端变为4.0×3.5m，泄洪表孔及底孔消能方式均采用挑流消能，电站布置在洞河右岸台地，采用坝身取水，进口紧邻底孔右侧布置，进口高程354.0m，其后接引水发电洞，引水发电洞穿越右岸单薄山梁与电站相连。

3.1地形地貌条件

设计根据地形地质条件在夏家沟坝址初选了上、中、下三条坝线进行研究，上坝线距中坝线约40m，下坝线距中坝线约60m。上坝线上游河道进入了转弯段，对大坝泄洪不利，下坝线下游右岸地形线低于400m，不满足坝高要求，因此，上坝线往上游，下坝线往下游均不宜布置坝线，中坝线左岸位于突出山体的中上部，右岸位于松动体sd上游边缘岩石出露位置。从地形地貌条件来看，中坝线更具优势，因此，推荐中坝线方案。上、中、下坝线位置及工程布置见图1。

图1上、中、下坝轴线比较及工程布置图

3.2地质条件

上坝线河床段坝基存在岩体破碎带，左坝肩存在高倾角F3断层及缓倾角f1断层，受破碎带及断层影响，坝基岩体的均一性、完整性、坚硬程度较中下坝线差，且1号塌滑体距大坝约80m，对大坝的安全有一定的影响；中下坝线坝基岩体主要为坚硬完整、均一性好的Za1绿帘石片岩，坝基防渗处理工程量相对较小，1号塌滑体距中坝线约150m，对大坝的影响较小。中下坝线的工程地质条件基本相同，两坝线右岸山体略显单薄，不够雄厚。上中下坝线均有建拱坝的条件，但从抗滑稳定条件看，上坝线左坝肩发育F3及f1断层，破坏了坝肩岩体完整性，中坝线右岸存在F13断层，下坝线左坝肩穿过了F2断层，且右岸在390.0m高程以上岩体属强风化，其纵波速度平均值为1540～1945m/s，变形模量仅0.5Gpa；综合以上分析，从工程地质条件比较，推荐中坝线方案。

3.3坝体应力条件

在上、中、下坝线比较中采用多拱梁分载法对各种布置方案的拱坝应力进行了比较计算，初步选出基本满足规范应力要求的拱坝体型参数。经计算，上、中、下坝线拱坝坝体应力成果见表1。

表1应力成果汇总表单位：MPa

由表1可知，上、中、下坝线拱坝坝体应力水平相当，且满足规范要求。

3.4拱坝抗滑稳定条件

上、中、下坝线拱坝坝肩稳定采用三维刚体极限平衡法分析，三条坝线建基面基本上开挖至新鲜基岩，根据地质报告中描述的不同地质情况，分别选取坝肩不利组合的可能滑移体进行计算分析。根据计算结果可知，上坝线基本荷载组合条件下坝肩抗滑稳定最小安全系数为3.02，特殊荷载组合条件下最小安全系数为2.53；中坝线基本荷载组合条件下坝肩抗滑稳定最小安全系数为3.01，特殊荷载组合条件下最小安全系数为2.81；下坝线基本荷载组合条件下坝肩抗滑稳定最小安全系数为3.01，特殊荷载组合条件下最小安全系数为2.52。由此可知，上、中、下坝线拱坝在不同荷载组合下的坝肩抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

3.5施工和工期条件

上、中、下坝线相距较近，坝体材料、曲线型式、泄洪表孔及底孔布置形式基本相同，因此三方案施工条件及总工期基本相同。本工程总工期为39个月，其中准备期10个月，主体工程施工期27个月，工程完建期为2个月。

3.6工程投资条件

经计算，上坝线工程可比投资为1.50亿元，中坝线工程可比投资为1.48亿元，下坝线工程可比投资为1.52亿元。从投资条件比较来看，中坝线方案投资更少，推荐中坝线方案。

4、坝线比选结果

通过地形地质、拱坝应力、抗滑稳定、施工条件及工程投资等方面综合比较，中坝线方案地质条件好，工程量较小，投资少，因此，选定中坝线方案作为拱坝推荐方案。

5、结语

洞河水库枢纽工程是安康市新增40万亩水田群体工程中的骨干工程，是月河川道统筹城乡一体化发展实验区的基础工程，又是洞河流域水资源综合开发利用中的关键项目和月河防洪工程体系的重要组成部分。对促进汉阴县月河川道工业园区建设，提高乡镇发展水平，缩小城乡差别，加快农村城镇化建设步伐及区域经济社会发展，都具有十分重要的意义。

截止2018年6月，工程通过蓄水安全鉴定，顺利实现工程总体节点目标。

参考文献

[1]《汉阴县洞河水库工程初步设计报告》

[2]SL282－2003.《混凝土拱坝设计规范》

[3]李瓒陈兴华郑建波王光纶.《混凝土拱坝设计》

[4]左东启顾兆勋王文修.《水工设计手册》（分册5：混凝土坝）

[5]崔冠英《水利工程地质》（第三版）