阳方沟水库主要建筑物设计_余登攀.pdf

河南水利与南水北调 2023年第2期勘测设计阳方沟水库主要建筑物设计余登攀（太原理工大学建筑设计研究院有限公司，山西 太原 030024）摘要：随着社会经济的快速发展，水库工程建设的规模越来越大。阳方沟水库是万家寨引黄南干线工程的配套建设项目，是山西省大水网规划的县域重点供水工程，建设内容包括水库工程、防护工程、环库大坝、进水和出水配套设施等。在进行水库工程建设中，对主要建筑物进行设计是一项重要的工作，对整个水库工程建设具有重要的作用。在保证阳方沟水库建筑物安全的前提下，对主要建筑物进行设计，使水库起到滞洪的作用，减少下游洪水灾害。关键词：水库枢纽；主要建筑物；设计中图分类号：TV641文献标识码：文章编号：1673-8853（2023）02-0058-03Design of Main Buildings of Yangfanggou ReservoirYU Dengpan（Taiyuan University of Technology Architectural Design and Research Institute CO.LTD.,Taiyuan 030024,China）Abstract：With the rapid development of social economy,the scale of reservoir construction is becoming larger and larger.Yangfanggou Reservoir is a supporting construction project of Wanjiazhai South Yellow River Diversion Trunk Line Project and a keywater supply project in the county area planned by Shanxi Province s Large Water Network.The construction contents includereservoir engineering,protection engineering,dam around reservoir,water inlet and outlet supporting facilities,etc.In the constructionof the reservoir project,It is an important work to design the main buildings,which plays an important role in the construction of theentire reservoir project.On the premise of ensuring the safety of Yangfanggou Reservoir buildings,the main buildings are designed tomake the reservoir play the role of flood detention and reduce downstream flood disasters.Key words：reservoir hub;main buildings;design1概况阳方沟水库位于宁武县阳方口镇大水口村西南、阳方沟右岸二级阶地上，为半挖半填式旁引式水库，型式上同蓄水池。开挖土料用于筑坝，拟选坝型为均质土坝。水库坝轴线为边长约500 m的正方形，设计库底高程为1 305 m，坝顶高程为1 318 m，坝顶宽6 m，正常蓄水位为1 316.70 m。阳方沟水库是万家寨引黄工程向宁武县供水的调蓄库，其位置距离阳方口工业园较近，工程修建后通过重力流向工业园区供水。坝址上游约6 km处即为万家寨引黄工程南干线7#隧洞小狗儿涧施工支洞，与主洞间有短洞连接，设有阀门控制，水源有保证，取水方便。从小沟儿涧取水口至水库项目区地形落差达190 m，铺设管道后无需泵送，经重力流就能到达项目区，能够节省供水成本，符合宁武县的节能规划。2气象及地质阳方沟水库位于宁武县，南北长约105 km，东西宽约45 km，总面积1 925 km2。由于古宁武城酷似一只展翅欲飞的凤凰，故又称“凤凰城”。2.1气象水库属于温带大陆性季风气候区，平均气温6.90，极端最高气温 36.70，极端最低气温-22.00，7 月平均气温21.60，一月最低气温-10.10，无霜期150 d。全县多年平均（19562008年，下同）年降水量为517.60 mm。2.2地质阳方沟水库位于阳方沟右岸二级阶地上，阶地面地形总体呈斜坡状，总体由南东倾向北西，向阳方沟方向倾斜。阶地上冲沟发育，库区范围内顺坡主要发育4条冲沟，冲沟蜿蜒曲折，岸坡陡直，冲沟深度一般510 m，顶部宽度一般1550 m，接近阳方沟处岸坡支沟发育，岸坡不完整。库区范围内阶地地面高程1 2901 325 m。3主要建筑物设计3.1工程等级与标准阳方沟水库库容261.50万m3，根据 水利水电工程等级划分及洪水标准，此项目水库工程的等别为等，小（1）型。水库枢纽主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级。3.2设计依据“山西省水利厅关于印发山西省小型水库更新建设工程设计指导意见（试行）的通知”，宁武县阳方沟水库工程可行性研作者简介：余登攀（1989.8-），男，工程师，主要从事水利工程设计方面工作。58河南水利与南水北调 2023年第2期勘测设计究报告（太原理工大学建筑设计研究院，2017.6），山西大水网万家寨引黄南干线宁武县供水规划（山西省水利勘测设计研究院，2014.6），水利水电工程初步设计报告编制规程 水利水电工程等级划分及洪水标准 碾压式土石坝设计规范水利水电工程进水口设计规范 水工混凝土结构设计规范水工建筑物荷载设计规范 水工建筑物抗震设计规范 室外给水设计规范 防洪标准 水利水电工程施工组织设计规范，相关的水文、测量、地质勘察资料。3.3设计方案3.3.1坝线选择及工程总体布置阳方沟水库为旁引式围封水库，水库库址选在宁武县阳方口镇大水口村阳方沟右岸二级阶地上。库址东北侧200 m左右为长城的保护范围控制线，西北侧为阳方沟河谷，西侧为宁武县精准扶贫生猪养殖场，南侧为阶地。库址东、北、西三个方向位置受限，南侧位置不受限，但若往南移阶地趋势变陡明显，在相同库容条件下挖填方均大幅增加，较不经济，坝线可选择余地较小，故此次不再进行坝线比选。阳方沟水库位于神池县东约7 km，二级公路崞五线南侧大水口村对岸的二级阶地上，交通便利。水库总库容261.50万m3，正 常 蓄 水 位 1 316.70 m，坝 顶 高 程 1 318 m，防 浪 墙 顶 高1 319.20 m，坝顶宽6 m，环库坝长1 902.30 m，其中填筑坝长1 341.90 m，挖方坝长560.40 m。主要建筑物有大坝、进水建筑物、出水建筑物。进水口设在桩号B0+000处，是阳方沟水库引水线路与水库的连接建筑物；出水口设在桩号B1+004处，是水库供水及泄空管路控制建筑物。由于库区内发育有4条小冲沟，为给这些小冲沟洪水提供出路，此次在东南侧修建排洪渠截流东南的三条小冲沟，长810 m；在西侧修建排洪渠截流西侧的小冲沟，长350 m。3.3.2大坝设计阳方沟水库大坝环型布置，环库坝轴线总长1 902.30 m，其中桩号B0+548.6B1+890.5段为筑坝段，筑坝段长1 341.90 m，桩号B0+000B0+548.6和B1+890.5B1+902.3段为挖方坝段，挖方坝长560.40 m，坝型为土工膜防渗面层土坝。水库最高蓄水位1 316.70 m，坝顶高程1 318 m，宽度6 m，最大坝高21 m。大坝上游边坡12.75，下游坝坡在1 308 m高程处设马道，宽3 m，马道内侧设排水沟，并通过横向排水沟与坡脚排水沟相连。马道以上边坡12，马道以下边坡12.5，马道平台向坝内以11.5坡度放坡到坝基；设计库底高程1 305 m。3.3.2.1大坝构造环库坝轴线长1 902.30 m，坝顶宽度因考虑交通要求选定为6 m，上游坝面铺设0.22 m厚的C25F200现浇混凝土护坡。大坝上游坝肩设顶宽0.50 m、高1.20 m钢筋混凝土防浪墙，基础埋置深度1.25 m，墙顶高程1 319.20 m，防浪墙伸入坝体与复合土工膜防渗层衔接。坝顶下游侧设高0.50 m，宽0.37 m的M7.5浆砌砖小挡墙，基础埋置深度0.30 m，每隔0.37 m设0.37 m0.30 m垛口，每隔3.70 m在底部设0.12 m0.06 m排水孔洞。坝顶路面为沥青混凝土，坝顶路的结构从上到下依次为80 mm厚沥青路面、200 mm厚水泥碎石稳定层、250 mm厚石灰粉煤灰碎石稳定层。坝顶路面横向坡度2%，倾向下游，大坝下游坝肩沿大坝轴线方向设浆砌石纵向排水沟。排水沟横截面尺寸为300 mm300 mm。3.3.2.2坝坡防护大坝上游坝坡1：2.75，0.22 m厚的C25F200现浇混凝土护坡，下为防渗复合土工膜，复合土工膜为二布一膜，复合土工膜规格为300 g/m20.50 mm300 g/m2，土工布采用长丝针刺土工布，复合土工膜单位面积质量1 100 g/m2；下游马道以上采用三维植被网植草护坡。3.3.2.3水库防渗设计库区地表为新生界第四系上更新统坡洪积（Q3dpl）地层，该地层具二元结构。库区存在永久渗漏问题，且渗漏量较大，采取全库盆进行防渗，确保水库蓄水效果。根据实际情况并参考类似工程经验，确定库底、坝坡及岸坡采用土工膜防渗，整个库区防渗面积27.08万m2（包括坝体）。3.3.3进水建筑物设计3.3.3.1建筑物布置水库进水口布置在库区南角，大坝桩号B0+000处。水流入库消能型式为陡坡接消力池。建筑物主要由箱涵段、陡坡消力段和出口护坦组成。3.3.3.2箱涵段箱涵段始于阳方沟水库进水线路调压阀室后的末端出水池，长23.50 m，进口涵底高程1 316.10 m，入库涵底高程1 316 m，现浇钢筋混凝土结构。箱涵断面尺寸1 m1 m，箱涵边墙、底板厚度均为0.30 m，底板下铺设100 mm厚的C15混凝土垫层。箱涵设一道沉降缝，缝内设651型橡胶止水带以及高密度闭孔塑料板填缝材料，迎水侧用聚硫密封膏勾缝。箱涵位于碾压坝体上，回填土方要达到坝体压实度要求。3.3.3.3陡坡消力池段水流入库消能型式，选用陡坡消力池消能。主要由陡坡段和消力池段组成，均为现浇C25钢筋混凝土结构。陡坡坡度12.75，坡顶高程1 316 m，坡底高程1 305.40 m，高差10.60 m，水平长度29.15 m，净宽为1 m，边墙高0.80 m，消力池段长6 m，宽1 m，平面形状为矩形，消力池顺水流流向池壁厚0.50 m，出消力池池坎壁厚 0.50 m。消力池池深 0.50 m，池底高程1 305.40 m。陡坡段钢筋混凝土结构层位于坝坡混凝土贴面上，其下为0.20 m厚坝坡混凝土贴面、防渗复合土工膜。水流出消力池后即为库区，池两边10 m范围铺设300 mm厚浆砌石海漫，顺水流方向浆砌石海漫长10 m，厚300 mm。护坦顶高程1 305 m（即库底高程）。3.3.4出水建筑物设计阳方沟水库的出水口是水库给宁武供水的供水口兼事故放空口，布置在库区北角，位于大坝桩号B1+004处。出水口和出水口大致呈对角线方向布置，有利于水体交换。供水流量0.469 m3/s，采用坝下廊道内铺管型式与供水管道和放空管线相接，出水线路坝前进口粗格栅防护，廊道内设DN1400检修阀、管道，其后设DN1400和DN700两台工作阀，分别控制水库放空和供水两条管路。主要建筑物由进水池、进口段、廊道内铺管段、出口阀室段组成，全长92.60 m。3.3.4.1进水池为了防止泥沙进入管道，在库区放水水口入口前设进水池，池周为钢筋混凝土，池底高程1 301.40 m，进水口底高程1 302.30 m，钢筋混凝土结构，池底平面尺寸4.20 m2.50 m。3.3.4.2进口段进口段为喇叭型，C25钢筋混凝土结构，长度4.60 m，包括：喇叭口段、渐变段和钢管衔接段。喇叭口长1.50 m，进口底59河南水利与南水北调 2023年第2期勘测设计高程1 302.30 m，喇叭口高1.90 m、底宽1.96 m、顶宽1.40 m，该处倾斜安置200200钢制粗格栅。喇叭口末段断面为正方形，尺寸1.40 m1.40 m。喇叭口后为1.40 m长的渐变段，断面由1.40 m1.40 m的正方形渐变为D1400的圆形。进口段后接1.60 m长包封管段。3.3.4.3廊道内铺钢管段进口段后紧接廊道内套管段，长77 m。廊道进口管道中心高程为 1 303 m，出口管道中心高程 1 297.24 m，廊道坡度8%，廊道出口底高程 1 295.64 m。廊道内套钢管直径为DN1400，并在首端设置检修阀，廊道断面为城门洞型，净宽3.80 m，净高3.90 m，其中直墙高2 m，拱高1.90 m，拱顶圆弧半径1.90 m。廊道为现浇C25钢筋混凝土结构，壁厚0.60，每10 m设一道分缝，缝内设651型橡胶止水带以及高密度闭孔塑料板填缝材料，用聚硫密封膏勾缝。钢管支墩间距5 m，采用现浇C25钢筋混凝土结构，顶部预埋弧形钢板，输水钢管通过支承环支承于支墩上。支墩下部埋于廊道底板内，外露高度在垂直管道轴线方向为 1 m，顺水流方向宽 0.50 m，管道轴线距廊道底1.60 m。廊道基底置于挖方地基上，廊道底板厚0.80 m，下设0.20 m厚C15混凝土垫层和0.30 m厚37灰土垫层。3.3.4.4出水控制阀室出水控制阀室与廊道末端相接，长6.60 m，宽7.20 m。控制阀室主要控制水库泄水管道和供水管道的阀门，分别设DN1400电动蝶阀和DN700电动蝶阀各一个。阀室工作平台高程1 299.54 m，底板高程1 295.64 m。3.3.5环库路及上坝路设计为巡查水库及管理方便，在大坝桩号 B0+548.6B1+890.50段坡脚外修建环库路。环库路中心线长1 490 m，宽7 m，环库路近坝坡脚侧设1 m1 m排水沟、外侧设路缘石，路两侧各设3 m宽绿化带，路面设置双侧路灯照明。环库路为沥青混凝土结构，路的结构从上到下依次为80 mm厚沥青面层、200 mm厚水泥碎石稳定层、250 mm厚石灰粉煤灰碎石稳定层。为连接枢纽工程与外交通，此次上坝路从S305崞五线龙泉收费站东侧880 m处引出，向南跨过阳方沟，后与环库路相接，其中在与通往猪场处以“T”字路口相通。上坝道路长375 m，其中包含一座长度80 m的跨阳方沟中桥，桥宽8 m。上坝道路宽7 m，西南侧设置0.40 m0.40 m排水沟、东北侧设置路缘石，路两侧分别设置路灯照明、2 m宽绿化带，路的结构与环库路相同。阳方沟中桥上部采用4 m20 m预应力混凝土箱梁，下部采用柱式墩台和肋式桥台，基础为钻孔灌注桩。桥长80 m，桥宽8 m，桥面宽7 m。4总结综上所述，主要建筑物选型在水库工程建筑物初步设计中是一项非常重要的工作，阳方沟水库作为山西大水网的地方配套工程，是充分发挥大水网工程效益、满足宁武县转型跨越发展用水需求的重要保证。因此，阳方沟水库主要建筑物设计就要根据建坝地形地质条件、建筑材料的适用性、施工条件等方面综合比较，最终选择适合此工程的设计方案。参考文献：1 张明.梭萝坪水库主要建筑物设计 J.水利科技与经济，2014（5）.2 贾峰.尖山子水库枢纽及主要建筑物设计综述 J.黑龙江水利科技，2017（73）.3 文艳萍.水库主要建筑物的布置设计 J.内蒙古水利，2019（8）.4 洪流.某水库工程挡水建筑物及泄水建筑物设计研究 J.水利科学与寒区工程，2022（1）.5 王成全.九龙潭水库主要建筑物选型方案比较 J.四川水利，2022（4）.收稿日期：2022-11-8编辑：刘青60