倭肯河桃山水庫(kù)二期工程初步設(shè)計(jì)綜述

吳 紅

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 工程概述

桃山水庫(kù)位于松花江右岸支流倭肯河中上游，緊鄰七臺(tái)河市城區(qū)，是解決七臺(tái)河市工礦和城市居民用水、下游防洪和農(nóng)田灌溉等綜合利用的水利樞紐工程。一期工程于1986年8月正式興建，1990年投入運(yùn)行。工程壩址以上控制流域面積2 043 km2，二期工程水庫(kù)正常蓄水位183.30 m，庫(kù)容4.17億m3，校核洪水位187.08 m，庫(kù)容6.82億m3。水庫(kù)規(guī)模為大(2)型，Ⅱ等工程，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)采用5000 a一遇。水庫(kù)續(xù)建后，總灌溉面積8 467 hm2，保護(hù)面積194 km2，城市供水總量4 906萬(wàn)m3/a，遠(yuǎn)期8 504萬(wàn)m3/a。

桃山水庫(kù)一期工程提供2 300萬(wàn)m3/a的工業(yè)和居民生活用水，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長(zhǎng)的工業(yè)和居民生活用水的需要。該區(qū)地下水供水量日益減少，地下水水位大幅度下降，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市民生活。另外倭肯河下游洪澇災(zāi)害頻繁，興建桃山水庫(kù)二期工程，配合下游達(dá)標(biāo)后的堤防工程可使下游農(nóng)田的防洪標(biāo)準(zhǔn)由10 a一遇提高到20 a一遇，城市防洪能力提高到100 a一遇，使灌溉水源得到保證，可以提高現(xiàn)有水田灌溉的保證率。因此，桃山水庫(kù)二期工程的增容擴(kuò)建勢(shì)在必行。

桃山水庫(kù)樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道和輸水洞等主要建筑物組成。二期工程樞紐布置、各主要建筑物的結(jié)構(gòu)型式均與一期工程相同。二期工程采用從壩體下游坡培厚的方式進(jìn)行加高，二期壩軸線下移;溢洪道為河岸式布置，位于土壩左側(cè)靠近小桃山處;輸水放空洞位于倭肯河左岸，小桃山北側(cè)，洞軸線與壩軸延長(zhǎng)線約成81°角斜交，交點(diǎn)距溢洪道左邊墩40 m。詳見(jiàn)桃山水庫(kù)樞紐布置圖。

2 一期工程現(xiàn)狀質(zhì)量分析評(píng)價(jià)

2003年5月，黑龍江省水利廳組織有關(guān)專(zhuān)家對(duì)桃山水庫(kù)現(xiàn)狀進(jìn)行了安全分析評(píng)價(jià)，鑒定結(jié)論如下:

1)大壩上下游壩坡穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，大壩沉降穩(wěn)定，開(kāi)裂可能性很小。溢洪道閘室、邊墻等建筑物的強(qiáng)度與穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

2)土壩壩體和壩基滲流性態(tài)基本安全。

3)工程施工過(guò)程中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良。經(jīng)壩體質(zhì)量檢查，壓實(shí)干密度等指標(biāo)基本達(dá)到規(guī)定要求。

4)水庫(kù)自1990年竣工運(yùn)行以來(lái)，經(jīng)過(guò)二次較大洪水泄放，工程運(yùn)行基本安全。

但桃山水庫(kù)也存在著以下問(wèn)題:

1)主壩左壩端與溢洪道右邊墻刺墻連接處土料壓實(shí)不夠，曾發(fā)生防浪墻體開(kāi)裂、壩面沉陷和壩后集水溝濁水涌出等現(xiàn)象，雖經(jīng)工程處理，但尚未經(jīng)高水位考驗(yàn)。

2)主壩右壩肩存在局部繞滲問(wèn)題。

3)溢洪道陡坡段左側(cè)衡重式擋土墻懸臂墻體發(fā)生傾斜變位。

4)消力池消能效果不佳。

3 二期工程主要建筑物設(shè)計(jì)

3.1 主壩

3.1.1 結(jié)構(gòu)型式

主壩壩頂超高為靜水位到防浪墻頂?shù)母卟?，但防滲體頂部高程不得低于正常運(yùn)用的靜水位，據(jù)此確定二期加高后防滲體頂部高程不低于185.60 m，當(dāng)?shù)刈畲髢錾?.0 m，結(jié)合一期所確定的二期規(guī)模，即二期工程壩頂高程仍為187.80 m，壩頂設(shè)高1.2 m鋼筋混凝土防浪墻，防浪墻頂高程189.00 m。歷年冬季最高庫(kù)水位以上2.0 m至最低水位以下1.0 m高程的坡長(zhǎng)范圍內(nèi)，土石壩護(hù)坡應(yīng)考慮抗冰推結(jié)構(gòu)措施。一期工程主壩上游干砌石護(hù)坡厚40 cm，下設(shè)碎石、礫石墊層各30 cm，經(jīng)多年運(yùn)行，高程179.00 m以上護(hù)坡部分破壞，二期工程采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡，高程179.00 m至185.30 m坡長(zhǎng)范圍混凝土板厚30 cm，高程185.30 m至187.80 m坡長(zhǎng)范圍混凝土板厚20 cm，混凝土等級(jí)為C30F300，分縫尺寸為3 m×3 m，分縫處設(shè)2 cm厚閉孔泡沫板，下設(shè)30 cm碎石墊層。

3.1.2 筑壩材料

1)黏土:黏土料場(chǎng)土料擊實(shí)最大干密度1.63 g/cm3，最優(yōu)含水率22.7%，土料具弱膨脹性?？紤]土料具有膨脹特性，采取增加蓋重、適當(dāng)降低填筑密度、控制填筑含水率在最優(yōu)含水率等措施降低土的膨脹量，設(shè)計(jì)壓實(shí)度取98%，設(shè)計(jì)干密度1.597 g/cm3，填筑含水率控制在最優(yōu)含水率的0% ～+3%偏差以內(nèi)。

2)風(fēng)化碎石料:一期工程壩殼料取自北山碎石料場(chǎng)，設(shè)計(jì)壓實(shí)度取97%，設(shè)計(jì)干密度1.95 g/cm3。二期工程壩殼風(fēng)化碎石料采用與原一期同一料場(chǎng)，可以滿足土壩壩殼填料的要求。現(xiàn)場(chǎng)篩分試驗(yàn)成果表明:＜5 mm顆粒含量接近10%，不含粒徑＜0.005 mm的黏粒。二期工程采用孔隙率≦25%作為壩殼風(fēng)化碎石料的填筑的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。

3)砂礫石料:砂礫石和砂的填筑標(biāo)準(zhǔn)以相對(duì)密度為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，砂礫石的相對(duì)密度≧0.75，砂的相對(duì)密度≧0.70。

4)反濾料設(shè)計(jì):黏土斜心墻上游側(cè)設(shè)砂礫石反濾層，下游側(cè)設(shè)有1 m厚中砂和2 m厚砂礫石反濾過(guò)渡層與原過(guò)渡層相接，其后填筑風(fēng)化碎石料。壩基反濾設(shè)計(jì)為二期排水棱體與原壩腳間沿壩基設(shè)1 m厚的礫石層與原水平反濾過(guò)渡層相接，主要保護(hù)基礎(chǔ)砂礫料中的中細(xì)砂。

3.1.3 壩端處理

1)左壩端處理:刺墻與心墻接觸處心墻表層土均呈軟塑狀，溢洪道邊墻與刺墻接觸部位局部存在滲漏的薄弱環(huán)節(jié)。二期工程采用開(kāi)挖后換土重填措施進(jìn)行處理，深層及溢洪道邊墻與刺墻接觸部位進(jìn)行灌漿處理。

2)右壩端處理:土壩右端集水溝內(nèi)有融冰現(xiàn)象，壓水和滲水試驗(yàn)表明該處透水率為57.3 Lu，為此段一期帷幕灌漿處理前巖石透水率，原巖石裂隙張開(kāi)度較小，常規(guī)水泥灌漿時(shí)，小的裂隙灌漿效果差，在裂隙水壓力長(zhǎng)時(shí)間作用下，局部大裂隙內(nèi)沖填水泥遭破壞，壩基滲流量增加，導(dǎo)致壩端產(chǎn)生滲漏。二期工程對(duì)右壩端此段重新進(jìn)行帷幕灌漿處理，孔距1.0 m，平均灌漿深度20 m，施工時(shí)采用細(xì)顆粒水泥，并適當(dāng)增大灌漿壓力。

3.1.4 基礎(chǔ)處理

二期工程采用下游坡培厚的方式進(jìn)行加高，培厚前做清基處理，然后檢測(cè)砂層相對(duì)密度，＜0.7部分采用振沖法加密處理，使砂層相對(duì)密度＞0.7。二期排水棱體與原壩腳間沿壩基按反濾原則設(shè)厚度≥1 m的礫石層與原水平反濾過(guò)渡層相接，排水體以下的淺層風(fēng)化泥要全部清除，回填砂礫石以利排水增加壩身穩(wěn)定，滲流出口均設(shè)反濾層保護(hù)。

圖1 桃山水庫(kù)樞紐布置圖

3.2 溢洪道

一期已建工程溢洪道由進(jìn)口引渠段、閘室段、陡坡段、渥奇段、消力池段、海漫段及尾水渠組成。一期工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及配筋均滿足二期工程加高和擴(kuò)建的要求，二期工程在一期基礎(chǔ)上進(jìn)行加高，下游增設(shè)二級(jí)消力池。

1)進(jìn)口引渠段左右邊墻分別在原基礎(chǔ)上按導(dǎo)流墻要求加高。

2)閘室段長(zhǎng)度仍為25 m，為結(jié)合施工導(dǎo)流，利用原檢修門(mén)槽用鋼閘板封堵以代替圍堰，將堰型改為上游面直立的WES堰，閘孔仍為3×12 m。閘墩按原墩頂寬度進(jìn)行加高，牛腿結(jié)構(gòu)尺寸同一期。工作橋、檢修橋、交通橋及啟閉機(jī)室等上部結(jié)構(gòu)均拆除，升高后按原規(guī)模重建。二期工程對(duì)原檢修門(mén)庫(kù)進(jìn)行回填，在溢洪道左側(cè)小桃山內(nèi)新建檢修門(mén)庫(kù)。

3)陡坡段左側(cè)衡重式邊墻已出現(xiàn)變位的，此次拆除破壞部分，鑿毛后接高衡重平臺(tái)，加大懸臂段尺寸，按二期高程重建。

4)一期工程消力池長(zhǎng)36.0 m，以10°向兩側(cè)擴(kuò)散，并設(shè)有T型消力墩。二期工程增設(shè)二級(jí)消力池，池長(zhǎng)24 m，左右邊墻仍為擴(kuò)散式，尾坎齒槽底部插入弱風(fēng)化英安巖內(nèi)。消力池出口設(shè)30 m長(zhǎng)海漫段，采用20 cm厚鋼筋混凝土護(hù)底，下設(shè)10 cm厚素混凝土墊層。

尾水渠底高程以1∶6的倒坡升至與原河道相接。消力池出口至七樺公路橋間設(shè)導(dǎo)流堤。

3.3 輸水洞

輸水洞由進(jìn)口引渠、進(jìn)水塔、隧洞、出口建筑物組成。除出口閘室及以下部分外，其余均已按二期工程要求一次建成。二期工程在出口閘室設(shè)置一扇高2.8 m、寬4 m的弧型鋼閘門(mén)，增建啟閉室。

為滿足輸水灌溉及施工導(dǎo)流要求，二期工程增設(shè)二級(jí)消力池，池長(zhǎng)10 m，池深1.6 m。消力池后設(shè)10 m長(zhǎng)海漫段，表層采用20 cm厚鋼筋混凝土護(hù)砌。出口閘門(mén)前右側(cè)墩墻至消力池邊墻間設(shè)直徑40 cm放水管，墩墻外側(cè)設(shè)1.8 m×1.8 m控制井，通過(guò)井內(nèi)蝶閥控制泄放流量，滿足下游環(huán)境供水的要求。

4 結(jié)論

桃山水庫(kù)是倭肯河干流唯一的控制性工程，受當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的限制，確立了分二期建設(shè)的方式，一期工程充分考慮了與二期工程的銜接問(wèn)題，為二期建設(shè)提供了很好的平臺(tái)。桃山水庫(kù)二期工程的建設(shè)從根本上緩解七臺(tái)河市供水緊張狀況，提高下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，使灌溉水源得到保證，同時(shí)可以提高現(xiàn)有水田灌溉的保證率，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供了保障。

［1］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省倭肯河桃山水庫(kù)二期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2006.

［2］中國(guó)大壩技術(shù)發(fā)展水平與工程實(shí)例編委會(huì).中國(guó)大壩技術(shù)發(fā)展水平與工程實(shí)例［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.