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海子灣水庫工程大壩設(shè)計的探討

文檔作者：吳曉虎文檔來源：山西省水利建筑工程局		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月19日
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上一篇：基于生態(tài)水利的合水鎮(zhèn)防洪工程設(shè)計方案

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２０１６ 年第８ 期
２０１６ Ｎｕｍｂｅｒ ８
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１４６ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１４６
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１６．０８．００８
收稿日期：２０１６ －０６ －２２ 作者簡介：吳曉虎，男，助理工程師，從事水利工程設(shè)計與建設(shè)工作。
海子灣水庫工程大壩設(shè)計的探討
吳曉虎
（山西省水利建筑工程局，山西太原 ０３０００１）
摘要：介紹了海子灣水庫建設(shè)的必要性、大壩結(jié)構(gòu)尺寸及壩頂高程的確定，對壩體防滲、壩基防滲、繞壩防滲、土壩滲流
及壩坡穩(wěn)定進行了分析，經(jīng)計算分析，大壩設(shè)計、防滲處理、各項穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。
關(guān)鍵詞：海子灣水庫；工程建設(shè)；大壩設(shè)計
中圖分類號：ＴＶ６４１ 文獻標(biāo)志碼：Ａ 文章編號：１６７１ －３３５４（２０１６）０８ －００２９ －０３
Design of the Dam in Haiziwan Reservoir Project
ＷＵ Ｘｉａｏｈｕ
（Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｕｒｅａｕ ， Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００１， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍ ｉｎ Ｈａｉｚｉｗａｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ
ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍ， ａｎｔｉ－ｓｅｅｐａｇｅ ｄｅｓｉｇｎｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄａｍ ｂｏｄｙ ， ｄａｍ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｄａｍ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍ， ａｎｔｉ－ｓｅｅｐａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ａｌｌ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
Key words： Ｈａｉｚｉｗａｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ； ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ； ｄａｍ ｄｅｓｉｇｎ
海子灣水庫位于山西省朔州市右玉縣，控制流域
面積２ ０２２ ｋｍ２ ，流域內(nèi)包括右玉、平魯兩縣。右玉縣
地處晉西北黃土高原，水資源是制約右玉經(jīng)濟發(fā)展的
主要因素。
海子灣水庫的建設(shè)任務(wù)是：以供水為主，兼顧攔
沙、旅游、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用。海子灣水庫總庫容
為９８０ 萬ｍ３ ，最大壩高１０ ｍ，屬?。ǎ保┬退こ蹋?
程等級為Ⅳ等，主要建筑物為４ 級，次要建筑物為５
級。按５０ 年一遇洪水設(shè)計，３００ 年一遇洪水校核?？?
震設(shè)防烈度為７ 度，地震動峰加速度值為０．１ ｇ。海子
灣水庫建成后，每年可供水６００ 萬ｍ３ ，可大大緩解右
玉縣的缺水狀況；攔沙４６０ 萬ｍ３ ，減少黃河下游河道
淤積，具有顯著的水保效益；同時具有一定的旅游、防
洪、養(yǎng)殖、林業(yè)和生態(tài)環(huán)境效益。
１ 壩頂高程及大壩結(jié)構(gòu)尺寸的確定
根據(jù)５０ 年一遇洪水設(shè)計，３００ 年一遇洪水校核，
經(jīng)水文調(diào)洪計算后，設(shè)計洪水位１ ２６２．８９ ｍ，校核洪水
位１ ２６４．６６ ｍ。
根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》［１］ 壩頂高程計算
公式：
y ＝R ＋e ＋A （１）
式中：y 為壩頂高，ｍ；R 為最大波浪在壩坡上的爬高，
ｍ；e 為最大風(fēng)壅水面高度，ｍ；A 為安全加高，ｍ。
1．1 風(fēng)浪要素
風(fēng)浪要素包括風(fēng)浪周期、波高和波長。
非常運行條件下，計算風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)速
１５ ｍ／ｓ；正常運行條件下，計算風(fēng)速取多年平均最大風(fēng)
速的１．５ 倍。
波浪波高和平均波長采用鶴地水庫公式計算：
g ×h２％ ／W２ ＝０．００６ ２５ ×W１ ／６ ×（g ×D ／W２ ）１ ／３ （２）
g ×Lｍ ／W２ ＝０．０３８ ６ ×（g ×D ／W２ ）１／２ （３）
式中：W 為計算風(fēng)速，設(shè)計W ＝２２．５ ｍ／ｓ，校核W ＝
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水電與新能源２０１６ 年第８ 期
１５ ｍ／ｓ；Lｍ 為平均波長，ｍ；D 為風(fēng)區(qū)長度，設(shè)計D ＝
１ ０００ ｍ，校核D ＝１ ３００ ｍ；h２％為累積頻率為２％的波
高，ｍ；g 為重力加速度，g ＝９．８ ｍ／ｓ２ 。
1．2 風(fēng)壅水面高度e
風(fēng)壅水面高度按下式計算：
e ＝KW２ D
２gHｍ ｃｏｓβ （４）
式中：e 為風(fēng)壅水面高度，ｍ；D 為風(fēng)區(qū)長度；K 為綜合
摩阻系數(shù)，K ＝３．６ ×１０ －６ ；β為計算風(fēng)向與壩軸線法線
的夾角，β＝０°；Hｍ 為水域平均水深，設(shè)計Hｍ ＝３ ｍ，校
核Hｍ ＝４ ｍ。
1．3 風(fēng)浪爬高
風(fēng)浪爬高按下式計算：
Rｍ ＝k△ ×kｗ ×（hｍ ×Lｍ ）１／２ ／（１ ＋m２ ）１ ／２ （５）
式中：Rｍ 為平均波浪爬高，ｍ；m 為坡度系數(shù)，m ＝３；k△
為斜坡滲透性系數(shù)，混凝土k△ ＝０．９０；kｗ 為經(jīng)驗系數(shù)，
設(shè)計kｗ ＝１．１１，校核kｗ ＝１．０７。
大壩屬于４ 級土石壩，設(shè)計風(fēng)浪爬高值采用累計
頻率為５％的爬高值；設(shè)計安全加高值?。埃?ｍ，校核
安全加高值為０．３ ｍ［２ －３］ 。
根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果，“７ 孔泄洪閘方案”的設(shè)計洪
水位１ ２６２．８９ ｍ，設(shè)計泄量１ ０８７ ｍ３ ／ｓ，調(diào)洪庫容９８
萬ｍ３ ，安全超高為２．３５ ｍ；校核洪水位１ ２６４．６６ ｍ，最
大泄量１ ５３３ ｍ３ ／ｓ，調(diào)洪庫容３６９ 萬ｍ３ ，安全超高為
１．５ ｍ；壩頂設(shè)計高程確定為１ ２６６ ｍ，防浪墻高１ ｍ，
防浪墻頂高程１ ２６７ ｍ。
1．4 壩體結(jié)構(gòu)尺寸
大壩壩頂高程１ ２６６ ｍ，壩頂寬度６ ｍ，最大壩高
１０ ｍ，壩頂上游側(cè)設(shè)置漿砌石防浪墻， 墻頂高程
１ ２６７ ｍ，大壩上游壩坡坡比１ ∶３， 下游壩坡坡比
１∶２．５。下游壩腳設(shè)置排水棱體，棱體高２．５ ｍ，頂寬
１ ｍ，上游側(cè)坡比１∶１，下游坡比１∶１．５。大壩上游壩坡
采用１５ ｃｍ 厚混凝土板護坡，下游壩坡為草皮護坡，壩
頂、壩坡、壩端設(shè)排水溝［４］ 。
２ 大壩防滲
2．1 壩體防滲處理
由于大壩土料場土料為低液限粉土、低液限粘土
混合土，粘粒含量平均值８．７％低于１０％，土料質(zhì)量不
太理想，另外壩體后壩坡采用庫區(qū)右岸削坡土，因此壩
體須考慮防滲處理。
由于大壩高僅有１０ ｍ，因此上游壩坡采用復(fù)合土
工膜防滲完全可以滿足要求。復(fù)合土工膜選用兩布一
膜長絲土工布，要求不小于２５０ ｇ／ｍ２ ，膜厚不小于
０．４ ｍｍ，滲透系數(shù)不大于１ ×１０ －６ ｃｍ／ｓ，復(fù)合土工膜
與壩基防滲墻在壩坡腳采用槽式聯(lián)結(jié)。
2．2 壩基防滲處理
壩基采用高壓擺噴墻防滲。高壓擺噴墻就是利用
鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層預(yù)定深度以后，利
用高壓使?jié){液或水從噴嘴中噴射出來形成噴射流，來
沖擊破壞土層。當(dāng)能量大、速度快的脈動狀射流，動壓
力大于土層結(jié)構(gòu)強度時，土顆粒便從土層中剝落下來。
一部分細顆粒隨漿液或水冒出地面，其余土粒在射流
的沖擊力、離心力和重力的作用下，與漿液攪拌混合，
并按一定的漿土比例和質(zhì)量要求，有規(guī)律地重新排列，
漿液凝固后便在土層中形成固結(jié)體。用作垂直防滲體
的高壓噴射體，大都采用定噴或擺噴結(jié)構(gòu)。實踐證明，
高壓噴射灌漿法對淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃
土、砂土、碎石土和人工填土等地基都有良好的處理效
果。灌漿材料一般為水泥類，本工程采用普通型純水
泥漿，水泥采用強度等級不低于３２．５ 普通硅酸鹽水
泥，水灰比為１∶１ ～１．５∶１。
海子灣壩基覆蓋層最大厚度為３４ ｍ，主要為粉
土、粉沙和砂礫石層，鉆孔時未遇到孤石、漂石，壩基適
宜采用高壓擺噴防滲墻，噴射擺角２０°，鉆孔間距為
１．５ ｍ，防滲墻厚度為３０ ｃｍ，主河槽防滲墻頂高程
１ ２５６．５ ｍ，最大深度為３２ ｍ，最小深度為１５ ｍ。
2．3 繞壩滲漏處理
根據(jù)《朔州市右玉縣海子灣水庫可行性研究階段
地質(zhì)勘察報告》，左右壩肩存在第四系全新統(tǒng)洪積及
上更新統(tǒng)洪積中粗砂、粉砂、砂礫石層，繞滲半徑（r０ ）
為１００ ｍ，左右壩肩總滲漏量為６ ３６７．１ ｍ３ ／ｄ。因此
兩岸壩肩須進行防滲處理。
繞壩滲漏處理也采用高壓擺噴防滲墻，這樣既便
于施工又便于與壩基防滲處理連接，防滲長度根據(jù)地
質(zhì)建議左右壩肩各１００ｍ，高壓擺噴防滲墻技術(shù)參數(shù)與
壩基防滲處理相同。
３０
吳曉虎：海子灣水庫工程大壩設(shè)計的探討２０１６ 年８ 月
３ 大壩穩(wěn)定分析
3．1 土壩滲流穩(wěn)定分析
滲流計算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《滲
流計算分析軟件》，計算方法為有限元法。滲流計算
考慮三種水位：校核洪水位１ ２６４．６６ ｍ，設(shè)計洪水位
１ ２６２．８９ ｍ，正常蓄水位１ ２６４．０ ｍ。
海子灣水庫大壩壩體土以低液限粉土和低液限粘
土混合土為主，壩基以低液限粉土、粉沙、中粗沙和砂
土為主，根據(jù)《朔州市右玉縣海子灣水庫可行性研究
階段地質(zhì)勘察報告》（２００６ 年９ 月），壩基土產(chǎn)生的滲
透破壞類型為管涌，允許水力比降為J允＝０．１。
根據(jù)經(jīng)驗判斷，壩體土產(chǎn)生的滲透破壞類型為流
土，允許水力比降為J允＝０．５。
壩體滲流計算后自動繪制出等勢線圖和水力比降
分布圖，依據(jù)水力比降分布圖可以找出壩體、壩基的最
大水力比降，庫水位為校核洪水位、正常蓄水位、設(shè)計
洪水位時，壩基出逸點、壩體內(nèi)滲透比降均小于允許水
力比降，滿足規(guī)范要求［５］ 。
3．2 壩坡穩(wěn)定分析
３．２．１ 計算條件
按照《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》，穩(wěn)定計算分為正
常運用條件和非常運用條件。
正常運用條件。
１）水庫水位處于設(shè)計洪水位１ ２６２．８９ ｍ 下的穩(wěn)
定滲流期。
２）水庫水位處于正常蓄水位１ ２６４．００ ｍ 下的穩(wěn)
定滲流期。
３）水庫水位自正常蓄水位１ ２６４．００ ｍ 降落至汛
限水位１ ２６２．００ ｍ，降速為１ ｍ／ｄ。
非常運用條件Ⅰ：
１）水庫水位處于校核洪水位１ ２６４．６６ ｍ 下的穩(wěn)
定滲流期。
２）水庫水位自校核洪水位１ ２６４．６６ ｍ 降落至汛
限水位１ ２６２．００ ｍ 形成的驟降。
非常運用條件Ⅱ：
１）水庫水位處于設(shè)計洪水位１ ２６２．８９ ｍ 下的穩(wěn)
定滲流期＋７ 度地震。
２）水庫水位處于正常蓄水位１ ２６４．００ ｍ 下的穩(wěn)
定滲流期＋７ 度地震。
３）水庫水位自正常蓄水位１ ２６４．００ ｍ 降落至汛
限水位１ ２６２．００ ｍ，降速為１ ｍ／ｄ ＋７ 度地震。
穩(wěn)定計算的一般特性指標(biāo)和主要特性指標(biāo)包括干
密度、天然密度、含水量、滲透系數(shù)、粘聚力、內(nèi)摩擦
角等。
３．２．２ 穩(wěn)定計算方法
大壩壩坡抗滑穩(wěn)定計算采用北京理正軟件設(shè)計研
究所編制的《邊坡穩(wěn)定設(shè)計軟件》（３．４ 版）計算，根據(jù)
《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》（ＳＬ２７４ －２００１），先計算滲流
穩(wěn)定及確定浸潤線的位置，然后采用簡化畢肖普法，計
算上、下壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。對于４ 級大壩，正常
運用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)不小于
１．２５，非常運用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)
不小于１．１５，地震條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)
應(yīng)不小于１．１０。穩(wěn)定計算采用公式簡化畢肖普法，在
穩(wěn)定滲流期或水庫水位降落期有效應(yīng)力法。大壩壩坡
穩(wěn)定采用簡化畢肖普法計算，經(jīng)計算可知上下游壩坡
抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求［６］ 。
４ 結(jié) 語
水資源將成為制約右玉經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。海
子灣水庫建成后，可以大大緩解右玉縣的缺水狀況，具
有顯著的水保效益；同時具有一定的旅游、防洪、養(yǎng)殖、
林業(yè)和生態(tài)環(huán)境效益。通過大壩設(shè)計的計算分析，可
知大壩設(shè)計滿足相關(guān)要求，防滲處理得當(dāng)，各項穩(wěn)定安
全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。
參考文獻：
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