古寨水庫大壩設(shè)計(jì)方案比選

翟王娟

（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

擬建的古寨水庫工程規(guī)模為?。ㄒ唬┬?，工程等別為Ⅳ等，總庫容505萬m3，壩址以上控制流域面積290.5 km2。水庫位于沁源縣西北部龍鳳河上游河道上，距離沁源縣城約70 km。龍鳳河屬汾河水系，發(fā)源于沁源縣王鳳鄉(xiāng)境內(nèi)的紅沙崖山，由東而西過綿山峽谷進(jìn)入晉中盆地，于介休市洪相村西北匯入汾河。河流全長52.1 km，平均縱坡15‰，流域面積556 km2。水庫主要任務(wù)是工業(yè)供水、人口供水及農(nóng)業(yè)灌溉，兼顧泉域補(bǔ)水。工業(yè)及居民生活供水保證率95%，農(nóng)業(yè)灌溉供水保證率50%。工業(yè)供水對象為沁源縣山西沁新能源集團(tuán)股份有限公司工業(yè)園區(qū)供水，供水量165萬m3；人口供水對象為沁源縣王和鎮(zhèn)和王陶鄉(xiāng)2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)33個(gè)村的居民生活用水，供水量35萬m3；農(nóng)業(yè)灌溉用水對象為王和鎮(zhèn)古寨村、南坪村、大柵村，王陶鄉(xiāng)益澤村、義和村的農(nóng)業(yè)灌溉用水，供水量208萬m3。泉域補(bǔ)水為洪山泉，補(bǔ)水量264萬m3。龍鳳河位于洪山泉泉域補(bǔ)給區(qū)，水庫興建后，將對庫區(qū)范圍泉域補(bǔ)水起到積極作用。

2 工程地質(zhì)情況

庫區(qū)位于龍鳳河上游沁源縣、綿山峽谷入口上游，為基巖山區(qū)，絕大部分為基巖裸露，侵蝕剝蝕作用強(qiáng)烈，河谷由狹窄至寬闊的“U”型峽谷組成。近壩址區(qū)兩岸多為陡坡，中部至庫尾為寬緩的河谷。地貌屬溶蝕侵蝕低山區(qū)。

庫區(qū)兩岸出露地層巖性為奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組，奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組，奧陶系中統(tǒng)峰峰組、石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組及第四系中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。

庫區(qū)地下水類型為碳酸鹽巖類巖溶裂隙水、碎屑巖類層間巖溶裂隙水及松散巖類孔隙水。地下水的補(bǔ)給來源主要是大氣降水。

3 壩型比選

壩址區(qū)河谷兩岸不對稱，左緩右陡，左岸山體凸向河床。壩址區(qū)無布置溢洪道的階地和天然埡口，但河谷左側(cè)岸坡較緩，可結(jié)合料場開挖在左岸布置溢洪道，在左側(cè)凸岸山體中布置導(dǎo)流泄洪洞，溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞開挖的石方可用于壩體填筑。

壩線處壩基覆蓋層厚度3～5 m，局部深槽達(dá)到14.5 m，下伏基巖為白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖，基巖巖性堅(jiān)硬，整體完整性差，強(qiáng)風(fēng)化層厚1～3 m，弱風(fēng)化層厚3～8 m，巖層傾向上游且無軟弱夾層存在。左右壩肩基巖為白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀較陡，壩肩穩(wěn)定。以上地質(zhì)條件適宜建重力壩和堆石壩。

壩址位于石山區(qū)，壩址附近土料、砂料缺乏，石料貯量豐富，適宜修建石料用量大的壩型。堆石混凝土重力壩塊石用量大，混凝土的生產(chǎn)和澆筑量少，混凝土施工不需振搗、進(jìn)行溫控和層面處理，施工工藝簡單，工期短；混凝土面板堆石壩施工工序簡單，各工序之間干擾小，受氣候條件影響小，施工速度快。兩種壩型混凝土用量少，所需大量石料可就地取材。因此，擬定堆石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型進(jìn)行比選。

3.1 堆石混凝土重力壩方案

大壩長162.0 m，壩頂高程1333.2 m，最大壩高40 m。大壩由左右岸擋水壩段、表孔溢流壩段、泄洪沖沙底孔壩段組成。泄洪沖沙底孔壩段布置在主河槽部位，考慮下游無特殊要求的防洪對象，水庫汛期來沙量大，為降低壩高，增加泄洪沖沙寬度，并考慮節(jié)約投資和管理運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，泄洪沖沙底孔設(shè)4孔，進(jìn)口底板高程與河床齊平，孔口尺寸5.0 m×4.0 m（寬×高）。

溢流壩段位于沖沙閘壩段左側(cè)，設(shè)3孔，每孔凈寬10 m，堰面為開敞式WES實(shí)用堰，堰頂高程1330 m。壩基覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化基巖全部清除，大壩座落在弱風(fēng)化基巖的中上部，壩下基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿，岸坡段壩體與基巖之間進(jìn)行接觸灌漿。

3.2 混凝土面板堆石壩方案

樞紐主要建筑物包括大壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞。大壩長163.67 m，壩頂高程1337.5 m，最大壩高36.6 m，上下游壩坡均為1∶1.4?；炷撩姘搴?.4 m，趾板厚0.5 m，寬5 m。趾板開挖至弱風(fēng)化基巖，堆石壩體座落在混合土卵石上。趾板與基巖采用砂漿錨桿連接，趾板下壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿。

溢洪道位于大壩左岸，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流消能段組成，全長187.9 m。控制段采用寬頂堰，堰頂高程1330 m，無閘門控制，堰長10.0 m，設(shè)4孔，單孔凈寬10 m。泄槽長67 m，矩形斷面，凈寬44.5 m，縱坡19.4%。

導(dǎo)流泄洪洞位于溢洪道左側(cè)，由引渠段、進(jìn)水塔、無壓洞身段、出口消能段組成。隧洞全長260 m，洞身斷面為城門洞形，凈寬6.0 m，凈高8.0 m，縱坡1%，根據(jù)沿線圍巖級別分別采用噴混凝土和噴錨支護(hù)，鋼筋混凝土襯砌。出口采用底流消能。

通過上述樞紐布置可以看出，重力壩對地基要求高，需挖除壩基全部覆蓋層，基巖平均開挖深度達(dá)8.0 m，壩下基巖全部進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，壩上設(shè)4個(gè)泄洪沖沙底孔，底孔設(shè)4個(gè)檢修門和4個(gè)工作門及其啟閉設(shè)備。面板壩對地基要求不高，只需把趾板基礎(chǔ)開挖至弱風(fēng)化基巖，對趾板基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，因此重力壩基礎(chǔ)處理工作量大，金屬結(jié)構(gòu)多，日常維護(hù)工作量大。但重力壩將泄洪、排沙等建筑物布置在壩體上，樞紐布置簡單，運(yùn)行管理方便；排沙底孔布置在壩體下部主河槽部位，排沙寬度較大，洞線短，沖沙水流條件好，排沙較高，死庫容較小。而面板壩泄洪、排沙建筑物布置在水庫左岸，樞紐布置分散，泄洪洞進(jìn)口遠(yuǎn)離主河槽，洞線長，排沙寬度小，排沙效果較差；溢洪道在左岸山體上開挖形成，左岸邊坡高達(dá)45 m，且?guī)r層為順坡向，岸坡防護(hù)工程量大。施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)重力壩采用非汛期5年一遇，面板壩采用全年5年一遇，重力壩導(dǎo)流洪水小，圍堰低，施工臨建費(fèi)用低。

4 結(jié)論

經(jīng)綜合分析，重力壩較面板壩方案優(yōu)越，加之興建堆石混凝土重力壩可充分利用當(dāng)?shù)夭牧希涌焓┕みM(jìn)度，節(jié)約投資，且該壩型在山西省已有相當(dāng)多的成功經(jīng)驗(yàn)，因此本工程推薦采用堆石混凝土重力壩。