关于云南省澜沧县平水河水库工程9度高地震区大坝设计的探讨
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作者: 杜剑才
摘 要：文章详细介绍了平水河水库工程的情况，希望能够为相关工作提供借鉴。
关键词：平水河水库；大坝设计；探讨
1 基本概况
平水河水库工程位于云南省澜沧拉祜族自治县；该县位于云南省西南部，是全国唯一的拉祜族自治县，也是一个多民族的山区贫困县，全县辖20个乡（镇）、158个村（居）委会，总人口49.41万人。全县国土面积8807km2，有林业用地面积806万亩，森林覆盖率为55.91%。全县水库控制灌溉面积7.98万亩，共建有大小引水沟渠13869条，灌溉面积24.66万亩，2010年现有水利工程年实际供水能力25028万m3，占全县水资源总量的3.0%，工程型缺水严重。本工程位于澜沧县东北部的大山乡平水村，芒海河右岸一级支流平水河上游段，平水河径流面积48.4km2，水库坝址以上控制流域径流面积11km2，河长6.81km，河道比降49.2‰，水库流域多年平均降雨量为1600mm，多年平均年径流量764万m3。全乡辖8个村民委员会，152个村民小组，3976户，16169人，其中，农业人口15727人，实有耕地面积40848亩，其中水田16230亩，旱地24618亩，目前保灌面积897亩，只占到灌区总耕地面积1.31万亩的7.5%，大部分耕地灌溉用水无保证。全乡农村经济总收入2443万元。流域内经济发展落后，区域面积小，耕地零散，水域分散，蓄水工程设施少，基本靠天吃饭，农业灌溉用水无保障，烟区集镇居民饮水困难，因此，修建平水河水库工程十分必要。
2 工程任务和规模
水库是一座以农业灌溉为主，兼顾人畜饮水、集镇供水的小（1）型水利工程。水库总库容378.3万m3，设计灌溉面积1.31万亩，主要分布在高程1400m～1965m范围之间。水库总供水量472.3万m3，其中农业灌溉供水量423.4万m3，占总供水量的89.6 %，设计灌溉保证率75%；灌区人畜和集镇生活供水量48.9万m3，占总供水量的10.4%，设计供水保证率95%。
3 工程等别及设计标准
平水河水库工程为Ⅳ等小（一）型水库。主要建筑物大坝、溢洪道、导流输水隧洞按4级建筑物设计，枢纽次要建筑物、临时建筑物、灌溉渠道及渠系建筑物均按5级建筑物设计。水库设计洪水标准按30年一遇，校核洪水标准按300年一遇，消能防冲按20年一遇。
4 坝址区地质条件简介
坝址区为构造剥蚀低中山峡谷地貌，谷底为侵蚀堆积河谷地貌。两岸山顶高约2050m，河床高程为1940～1970m。两岸地形呈不对称“V”字型，两侧岸坡较陡，地形坡度45～55°。
由于坝址区地处Ⅸ度地震区，根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录P土的液化判别规定：“对于粒径小于5mm的颗粒含量质量百分率大于30%的土，其中粒径小于0.005mm的颗粒含量质量百分率（ρc）相应于地震动峰值加速度为0.10g、0.15g、0.20g、0.30g和0.40g分别不小于15%、16%、17%、18%、19%和20%时，可判为不液化”，结合颗分试验成果，坝基内全风化岩体，粒径小于5mm的颗粒含量质量百分率为100%，粒径小于0.005mm颗粒含量质量百分率为15.5～19.0%，小于20%，初判其有存在地震液化的可能性。经现场标贯试验成果分析（详见下表），坝基地表5m以内全风化砂土为液化砂土，坝基地表5m以下全风化砂土为不易液化砂土。
5 工程总体布置
平水河水库枢纽工程主要建筑物有大坝、溢洪道、导流输水隧洞。大坝为粘土心墙石碴坝，大坝坝顶高程2013.2m，上游侧设1.0m高的钢筋混凝土防浪墙，由于工程位于Ⅸ度区，工程主要建造物按Ⅸ度设防，坝顶宽度为7.0m，坝高58.6m，坝顶轴线长194.8m。
溢洪道布置于右岸坝肩，紧靠大坝，由进口明渠、控制段、泄槽段、消力池、出口明渠及护岸6部分组成，总长212.2m。溢洪道设计洪水最大泄量（P=3.33%）为20.21m3/s，校核洪水位时最大泄量（P=0.33%）为31.93m3/s。
6 大坝设计及清基原则
6.1 大坝设计
（1）坝体设计。粘土心墙石碴坝方案拦河坝由上游堆石区、粘土心墙、上下游反滤层、棱体、上下游护坡、防浪墙及坝顶结构等部分组成。大坝坝顶高程2013.2m，上游侧设有高1.0m的钢筋混凝土防浪墙，由于工程位于Ⅸ度区，工程主要建筑物按Ⅸ度设防，故坝顶宽度为7.0m，坝高58.6m，坝顶长194.8m。上游坝坡自上而下1：2.0～1：2.2，下游坝坡自上而下1：2.0～1：2.2。（2）坝体分区。粘土心墙石碴坝全部坝壳料均来源于坝壳料料场，土料主要来自土料场，根据料场分布及料源情况、按坝体结构布置、坝体各部位功能将大坝分为心墙、上下游反滤层、坝体、棱体、上下游护坡、防浪墙及坝顶结构等部位，各部位按用料要求填筑，由于是Ⅸ地震区，特别是下游坡，设计考虑在坝面采用大粒径块石填筑。（3）防渗心墙设计。防渗心墙顶高程心墙顶宽4.0m，上下游边坡均为1：0.3，心墙基础灌浆轴线处设厚度为0.8m宽为8m的C20砼垫层作为灌浆盖板，并固结灌浆，固结灌浆在1/3坝高以上采用两排，1/3坝高以下采用四排，固结灌浆轴线距坝轴线1.5m，孔距3m，孔深6m；心墙基础其他部位在开挖后浇注厚度为0.4m的C20砼垫层将开挖部位封闭，减少基础开挖后由于裸露的进一步风化。（4）反滤过渡层设计。心墙上游面与坝壳风化料间设有二层水平宽度分别为2.0m的砂石混合过渡料，下游面与坝壳风化料间设置了二层平均水平宽分别为2.0m的反滤过渡料。反滤材料及过渡料均采用坝壳石碴料场下部弱风化开采料进行加工。反滤料、过渡料、心墙料、堆石料应保持相同填筑上升高度，并进行同时碾压，层间结合面不得有本层最大粒径的填筑料，以保证层间结合紧密。（5）堆石区设计。大坝上游坝体全部采用强弱石碴料进行填筑，但下游坝体在高程1973.2m处进行分区，高程1973.2m以上采用强弱石碴料填筑，高程1973.2m以下采用弱石碴料填筑，利于坝体下游排水。
6.2 清基原则
（1）心墙基础开挖。由于坝基全风化岩体承载力能满足建筑物承载及抗滑稳定要求，但存在压缩变形及渗透变形问题。水库属Ⅸ度地震区，根据地质建议对于心墙部位开挖，建基面置于全风化密实岩体中。故设计在坝基清理时，心墙部位开挖为：河床段开挖深8m，岸坡坝基段开挖原则为进入残破积层下4m，最深达9m。（2）周边坝基开挖。坝基为全风化花岗岩沙土，土经现场标贯试验成果分析，坝基5m以下存在设防烈度下液化的可能。为满足坝基抗震安全，结合工程实例，沿大坝周边开挖宽7m，深5m的槽。（3）其他开挖。其余坝基开挖：原则进入残坡积层以下2.0m。（4）防渗设计。根据地形地质条件，地质建议坝基和右岸沿坝轴线灌浆帷幕防渗，左岸结合垭口邻谷渗漏灌浆帷幕防渗。灌浆帷幕底界线总体原则深入相对隔水层（q<10Lu）5.0m。
水库灌区土地资源丰富，土壤较肥沃，区内降雨径流量大，水资源丰富，但因缺少蓄水工程，农业灌溉用水无保证，严重制约了当地农业生产和社会经济的发展，当地政府和区内群众盼水迫切，因此工程建设是必要的。平水河水库的新建在技术上是可行的，经济上是合理的，工程的兴建将对地方国民经济发展具有重要的意义。
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