汪清水庫消險增容擴(kuò)建工程壩型方案比較與選擇

武東財

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

汪清水庫位于倭肯河一級支流挖金別河( 又稱汪清河)中游，七臺河市北約18 km處。是一座具有城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉和改善環(huán)境等綜合利用功能的中型水利工程。汪清水庫總庫容5 133 × 104m3，水庫設(shè)計城市供水量為854 ×104m3/a，水庫設(shè)計灌溉供水量為323 ×104m3/a。水庫設(shè)計生態(tài)環(huán)境供水量為229 ×104m3/a。多年平均供水量1 349×104m3/a。

2 壩型比較

根據(jù)《黑龍江省七臺河市汪清水庫增容擴(kuò)建工程地質(zhì)勘察報告》( 初步設(shè)計階段) ，原壩體為黏土斜墻堆石壩，斜墻防滲體主要由低液限黏土構(gòu)成。以黃色為主，局部見灰黑色黏土或有機(jī)質(zhì)土，灰黑色有機(jī)質(zhì)土夾腐爛根徑，硬塑—堅硬，含少量礫及砂，其分布厚度不均，在0 +200 斷面處厚度1.0 ～3.80 m，在0 +400 斷面處厚度較均勻，為4.80 ～5.85 m，即靠近0 +200 處較薄，0 +400 斷面處較厚，且每個斷面處黏土斜墻厚度也不相同?，F(xiàn)有工程無設(shè)計及竣工資料，壩體斜墻與堆石料之間反濾層質(zhì)量均無從考證，受當(dāng)時施工條件和資金制約，壩基未做防滲處理，增容擴(kuò)建利用原有斜墻防滲體質(zhì)量無法保證;因水庫蓄水，若重新做斜墻及壩基防滲處理，施工難度大。綜上，黏土斜墻壩方案不具備可行性。

根據(jù)地質(zhì)、施工、建筑材料及投資等條件，初選黏土均質(zhì)壩和黏土心墻壩兩種壩型進(jìn)行比選。兩種壩型按正常運(yùn)用( 設(shè)計) 洪水重現(xiàn)期為100 a，非常運(yùn)用( 校核) 洪水重現(xiàn)期為2 000 a。

2.1 黏土均質(zhì)壩

壩頂高程198.00 m，防浪墻頂高程為199.20 m，壩長698 m，壩頂寬8 m，最大壩高21 m，在原壩體下游側(cè)加高培厚，上游壩坡為1∶3.0，下游壩坡在高程191.00 m處設(shè)一級馬道，馬道寬2.50 m，馬道以上壩坡1∶2.5，以下壩坡1∶2.75。上游壩坡設(shè)20 cm厚現(xiàn)澆混凝土板護(hù)坡，下游壩坡采用自然草皮護(hù)坡。下游壩腳處設(shè)排水棱體，排水棱體頂寬2 m，排水棱體頂高程187.00 m，上游坡1∶1.0，下游坡1∶1.5，棱體上游側(cè)設(shè)1 m厚碎石過渡層。排水棱體與距下游壩肩15 m之間設(shè)褥墊式排水，排水體為1 m厚碎石排水帶，排水帶與壩體和壩基之間各設(shè)1 m厚砂礫石反濾層。下游壩腳處設(shè)2 m厚寬20 m的砂礫石壓重。在壩軸線處采用0.5 m寬塑性混凝土防滲墻，防滲墻進(jìn)入壩體2 m，深入強(qiáng)風(fēng)化基巖0.5 m，防滲墻以下采用帷幕灌漿，防滲墻和帷幕灌漿總處理深度按1 倍壩高計，即在壩基以下總深度20 m。

溢洪道布置在大壩左岸，為正槽開敞式溢洪道，溢洪道軸線與壩軸線垂直布置。溢洪道由進(jìn)口引水渠、進(jìn)口直線段、閘室段、消力池及尾水渠等組成，沿軸線總長297 m。閘室總凈寬8 m，采用WES 實用堰，堰頂高程187.00 m，閘墩頂高程198.00 m，采用底流消能型式，溢洪道出口設(shè)導(dǎo)流堤與原河道相接。在下游尾水渠上設(shè)壩下交通橋，與壩下公路連接，連接兩岸交通。

輸水涵管位于大壩右側(cè)( 樁號0 +590) ，輸水涵管軸線與壩軸線垂直，采用壩下涵的形式，主要由進(jìn)口段、取水塔﹑涵管、閥門控制室等組成。

2.2 黏土心墻壩

壩頂高程198.00 m，防浪墻頂高程為199.20 m，壩長698 m，壩頂寬6 m，最大壩高21 m，在原壩體下游側(cè)加高培厚，上游壩坡為1∶3.0，下游壩坡在高程192.00 m處設(shè)一級馬道，馬道寬2.0 m，馬道以上壩坡1∶2.5，以下壩坡1∶2.75。上游壩坡設(shè)20 cm厚現(xiàn)澆混凝土板護(hù)坡，下游壩坡采用20 cm厚碎石護(hù)坡。下游壩腳處設(shè)排水棱體，排水棱體頂寬2 m，排水棱體頂高程186.00 m，上游坡1∶1.0，下游坡1∶1.5，棱體上游側(cè)設(shè)1.5 m厚碎石過渡層。壩頂上設(shè)鋼筋混凝土防浪墻，墻高1.2 m，墻底與黏土心墻連結(jié)。黏土心墻頂寬3.0 m，上下游坡均為1∶0.2，上游設(shè)1 m厚砂礫石和1 m厚碎石的過渡層，下游設(shè)置1 m厚砂礫石和1.5 m厚碎石的過渡層。在壩軸線上游側(cè)2.5 m處采用0.5 m寬塑性混凝土防滲墻，防滲墻進(jìn)入黏土心墻2 m，深入強(qiáng)風(fēng)化基巖0.5 m，防滲墻以下采用帷幕灌漿，防滲墻和帷幕灌漿總處理深度按1 倍壩高計，即在壩基以下總深度20 m。岸邊溢洪道，輸水涵管布置同黏土均質(zhì)壩。

3 壩型選擇

由于黏土均質(zhì)壩和黏土心墻壩兩種壩型的岸邊溢洪道，輸水涵管布置相同，故主要對兩壩型主要工程量及投資進(jìn)行比較，各方案投資比較見表1。

根據(jù)表1，黏土心墻壩比黏土均質(zhì)壩投資少150 萬元。根據(jù)《黑龍江省七臺河市汪清水庫增容擴(kuò)建工程地質(zhì)勘察報告》，黏土料場土料黏粒含量偏高，滲透系數(shù)小，壩體浸潤線高，均質(zhì)壩壩體斷面大，工程量大，黏土料受施工條件影響大、工期長，且運(yùn)行期浸潤線長期處于高位，下游壩坡出逸點高，不利于大壩安全。相比之下，黏土心墻壩壩體斷面更經(jīng)濟(jì)合理，工程量小，透水料受施工條件限制小，工期短。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，設(shè)計選擇推薦黏土心墻壩。

表1 兩種壩型主要工程量及投資表

［1］黃河水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計研究院. SL274—2001，碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范［S］. 北京:中國水利水電出版社，2001.

［2］黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院. 黑龍江省七臺河市汪清水庫消險增容擴(kuò)建工程初步設(shè)計報告［R］. 哈爾濱: 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，2009.