小浪底引黃工程板澗河調(diào)蓄水庫方案比選

王 玲

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

小浪底引黃工程位于山西省運(yùn)城市，自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程庫區(qū)向山西省涑水河流域調(diào)水，是山西省大水網(wǎng)工程建設(shè)中的一項(xiàng)大型引調(diào)水工程。工程南依黃河與河南隔河相望，北及涑水河與臨汾市接壤，東與晉城市相連，涵蓋了運(yùn)城市中東部的大部分地區(qū)。工程任務(wù)是解決運(yùn)城市垣曲縣、絳縣、聞喜縣、夏縣、鹽湖5縣（區(qū)）農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市生活用水需求，工程設(shè)計(jì)引水流量20m3/s，年供水量2.47億m3，該工程引水線路總長59.6km，主要建筑物包括輸水線路、進(jìn)水塔、泵站、調(diào)蓄水庫、連通洞和末端出水池。板澗河調(diào)蓄水庫是工程沿線的一個(gè)調(diào)蓄水庫，主要功能是在沒有農(nóng)業(yè)用水的9—10月進(jìn)行充水，當(dāng)小浪底庫區(qū)水含沙量大于5kg/m3時(shí)，啟用調(diào)蓄水庫進(jìn)行供水。

2 水庫布置情況

2.1 板澗河概況

板澗河是黃河一級支流，發(fā)源于聞喜縣石門鄉(xiāng)上陰里，入垣曲后流經(jīng)朱家莊、毛家灣，在解峪匯入黃河。河流全長69km，流域面積348.51km2，其中垣曲縣境內(nèi)228km2，縱坡18%，河谷呈“U”型，河床相對穩(wěn)定。

板澗河流域北高南低，呈NW-SE流向，上游為中低山地形，中游為低山地形，下游為黃土丘陵地形，河谷兩側(cè)山巒疊嶂，地形復(fù)雜，主要為侵蝕構(gòu)造與黃土堆積而成。河床寬50m，平水期水面寬4m，洪水期水面寬50m。

2.2 調(diào)蓄水庫規(guī)模及布置

板澗河調(diào)蓄水庫庫容3336萬m3，位于板澗河村下游約1.5km處，該段河流流向約S65°E，河谷斷面呈“V”型。壩址區(qū)出露地層巖性主要為震旦系下馬家組安山巖、中統(tǒng)云夢山組石英砂巖及底部礫巖，局部分布第四系松散堆積層。該調(diào)蓄水庫主要建筑物包括大壩、溢洪道、泄洪洞等。

2.3 壩線選擇

根據(jù)地形地質(zhì)條件，在板澗河村附近河段的兩個(gè)彎道中間選擇了2個(gè)壩線（上壩線和下壩線，兩壩線相距50m）。從選擇重力壩來分析，上壩線地形比較開闊，壩軸線182m，易布置泄水建筑物，但因下游縮窄使泄水建筑物出口處開挖量較大；下壩線兩岸較陡，河床狹窄，壩軸線160m，但泄水建筑物布置困難，且因巖層傾向下游，壩高也會增加。選擇混凝土面板堆石壩時(shí)，如果選擇上壩線，岸邊溢洪道和泄洪洞出口位于下游彎道處，主流可挑至主河槽；如果選擇下壩線，因大壩較高而下游壩腳基本位于河道轉(zhuǎn)彎處，無法布置溢洪道和泄洪洞出口。由此可見，不管是重力壩還是混凝土面板堆石壩，上壩線較為合適。

2.4 壩型布置

調(diào)蓄水庫壩址位于板澗河村下游約1.5km處，河谷斷面呈“V”型，谷底寬10～25m，谷底高程約458m。兩岸岸坡較陡，巖石裸露，初步確定可選擇拱壩、碾壓混凝土重力壩和面板堆石壩，下面主要對三種壩型的布置進(jìn)行分析。

2.4.1 拱壩

從壩址現(xiàn)場勘察資料分析，認(rèn)為壩址區(qū)兩岸上部為厚層狀石英砂巖，雖巖性堅(jiān)硬，但層間存在大型斜層理結(jié)構(gòu)面，斜層理及巖層均傾斜向下游，而且兩岸存在卸荷裂隙帶，主卸荷裂隙近順河向，延伸較遠(yuǎn)，傾角69°～78°。兩岸結(jié)構(gòu)面及風(fēng)化卸荷帶的存在，對拱壩拱座穩(wěn)定不利。

2.4.2 碾壓混凝土重力壩

碾壓混凝土重力壩由泄水壩段及擋水壩段組成。泄水壩段布置在河床中部，擋水壩段位于泄水壩段兩側(cè)，大壩全長182m。

碾壓混凝土重力壩座落在弱風(fēng)化基巖下部，最大壩高102.3m，擋水壩段壩頂寬度9.0m，最大壩底寬度87m。

壩體為三級配R90100碾壓混凝土，大壩基礎(chǔ)鋪1m厚的常態(tài)混凝土墊層。壩基設(shè)固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。

溢流表孔采用實(shí)用堰，共設(shè)6孔，堰凈寬48m，為開敞式，采用挑流式消能。沖沙泄流底孔洞身為方形，尺寸3.0m×3.6m，采用挑流式消能。

2.4.3 混凝土面板堆石壩方案

堆石壩方案由大壩、溢洪道、泄洪洞三部分組成。混凝土面板堆石壩最大壩高85m，壩頂長167m，寬8.0m。面板和趾板采用現(xiàn)澆C30鋼筋混凝土，趾板下設(shè)帷幕灌漿和固結(jié)灌漿。根據(jù)壩址地形情況，大壩右岸地形較高，岸坡較陡，而左岸相對較低，上壩公路位于左岸，因此將溢洪道和導(dǎo)流泄洪洞均布置在左岸，溢洪道全長253.5m。泄洪洞布置于溢洪道左側(cè)，兩軸線相距70m，其進(jìn)口位于左岸溝凹內(nèi)，與導(dǎo)流洞結(jié)合布置。泄洪洞全長327m，由隧洞進(jìn)口段、閘室段、無壓洞身段及出口消能段組成。

從上述三種壩型布置來分析，不適宜選擇拱壩，因此，主要從堆石壩和重力壩作進(jìn)一步分析比較。

3 壩型比選

混凝土面板堆石壩可以就地取材，壩體適應(yīng)地基變形能力強(qiáng)，基礎(chǔ)處理費(fèi)用低，工期短，施工技術(shù)簡單，工序之間干擾小，但壩身不易布設(shè)泄洪建筑物，需修建岸邊式溢洪道；運(yùn)行過程中需要對上、下游壩坡進(jìn)行經(jīng)常性維護(hù)。

碾壓混凝土重力壩筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，運(yùn)行管理方便；泄洪建筑物結(jié)合大壩布置，不需另設(shè)岸邊溢洪道，但對碾壓混凝土重力壩壩體施工技術(shù)要求高，混凝土填筑受氣候影響大，對壩基要求高，基礎(chǔ)處理復(fù)雜。

下面從壩址區(qū)的地形、地質(zhì)條件、筑壩材料、工程總布置、施工條件、運(yùn)行管理、工程量及投資等方面對兩種壩型進(jìn)行比選。

3.1 地形、地質(zhì)條件

從地形上看，兩岸沒有天然埡口，但左岸地形較緩，泄水建筑物可布置在左岸。從工程地質(zhì)條件分析，混凝土面板堆石壩對地基變形的適應(yīng)性能較好，對地基承載力要求不高，壩基混合土卵石層和強(qiáng)風(fēng)化層較薄，基礎(chǔ)處理工作簡單?；炷林亓螌A(chǔ)巖石要求較高，大壩必須座落在弱風(fēng)化下部微風(fēng)化基巖上，而地基弱風(fēng)化層較厚，最厚達(dá)16m，基礎(chǔ)開挖和基礎(chǔ)處理工程量大。因此從地形、地質(zhì)條件來看，面板堆石壩優(yōu)于碾壓混凝土重力壩。

3.2 筑壩材料

石料場位于壩址上游約0.6km處，為安山巖。壩址區(qū)溢洪道和導(dǎo)流泄洪洞洞身主要為石英砂巖。料場和開挖料弱微風(fēng)化巖層可作為堆石料的料源使用來加工主堆石區(qū)及下游堆石區(qū)石料，也可用于加工墊層料和過渡區(qū)石料。粗骨料可在漆樹溝灰?guī)r石料場（運(yùn)距6km）開采加工或寺溝灰?guī)r石料場（運(yùn)距25km）購買。細(xì)骨料可采用板澗河下游槐坪村砂礫料場，運(yùn)距20km。從筑壩材料看，面板堆石壩優(yōu)于碾壓混凝土重力壩。

3.3 施工條件

在施工布置上，混凝土重力壩的泄洪建筑物布置在壩體中部，二者施工干擾大，工期相對較長；面板堆石壩的大壩與泄洪建筑物分開布置，施工互相不影響，可以縮短工期，泄洪建筑物的開挖料也能作為大壩填筑材料使用。從施工布置看，面板堆石壩優(yōu)于混凝土重力壩。

3.4 運(yùn)行管理

混凝土重力壩筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，泄洪建筑物結(jié)合大壩布置，不需另設(shè)岸邊溢洪道，沖沙效果好，運(yùn)行管理方便；面板堆石壩運(yùn)行過程中需要對上、下游壩坡進(jìn)行經(jīng)常性維護(hù)，泄洪洞沖沙效果較差。從運(yùn)行管理方面看，重力壩優(yōu)于面板堆石壩。

3.5 投資分析

通過對兩種壩型的投資分析得知：碾壓混凝土重力壩投資約為1.9億元，混凝土面板堆石壩投資約為1.5億元，堆石壩比重力壩節(jié)省投資約40000萬元。

4 結(jié)語

通過上述綜合分析，板澗河調(diào)蓄水庫選擇混凝土面板堆石壩既有利于工程布置，又利于就地取材、方便施工，還可節(jié)約投資，因而是較為合理的方案。