冊田水庫攔沙壩設(shè)計簡述

武啟斌

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 概況

冊田水庫位于大同縣境內(nèi)，屬海河流域，永定河水系，是桑干河干流上山西省出境處控制性工程。水庫設(shè)計總庫容5.8億m3。攔沙壩位于冊田水庫庫區(qū)周邊部分支溝內(nèi)，屬冊田水庫庫區(qū)環(huán)境治理工程的骨干工程。該工程為“21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)利用項目”。本次庫區(qū)環(huán)境治理工程設(shè)計的主要內(nèi)容是在庫周部分支溝修建26座攔沙壩，控制流域面積最大為45.44 km2，最小的僅0.42 km2，攔沙總庫容100萬m3。通過治理，達到治污、攔沙、增容的目的。

庫區(qū)流域內(nèi)平均氣溫6.1℃，溫差較大。封凍期可達4個月或更長，最大凍土深度1.3 m。本區(qū)氣候干燥，多年平均年降雨量為400 mm，其中70%～80%的集中在6—9月，年水面蒸發(fā)量可達1500 mm。

2 工程設(shè)計

2.1 工程等別

參照《山西省淤地壩技術(shù)規(guī)范》，攔沙壩分為兩種，攔沙庫容小于10萬m3的為普通（一）型，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，攔沙庫容大于10萬m3的為普通（二）型，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

2.2 工程布置

為保護水庫水質(zhì)，減少水庫泥沙淤積，在庫區(qū)南北兩岸部分支溝內(nèi)布置26座攔沙壩，南岸19座（1～19號），北岸 7座（20～26號），壩頂長 25～230 m，壩高3.0～5.5 m。

2.3 建筑物設(shè)計

攔沙壩壩址選擇在庫區(qū)流域面積較大、水土流失較嚴(yán)重的支溝內(nèi)。本次攔沙壩工程泄洪方式采用溢洪道泄流方式泄流。結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ牧系惹闆r，確定當(dāng)攔沙庫容小于10萬m3時，工程由均質(zhì)土壩、溢洪道組成；當(dāng)攔沙庫容大于或接近10萬m3時，工程由均質(zhì)土壩、溢洪道及放水建筑物組成。

2.3.1 攔沙壩設(shè)計

攔沙壩共26座，共需土料13.0萬m3，每座壩最大需土料為0.78萬m3，最小為0.67萬m3。26座壩均處于庫區(qū)兩岸黃土沖溝內(nèi)，壩址附近均有黃土分布，壩址附近有充足的土料，筑壩土料可在每座壩附近就地取材，且沖溝內(nèi)無常流水，故壩型選為均質(zhì)土壩。

依據(jù)《山西省淤地壩工程技術(shù)規(guī)范》，由于攔沙壩壩頂無交通要求，壩頂寬度確定為3 m，壩高3.0～5.5 m，壩頂長 18.3～213.2 m，上游壩坡 1∶2.0，下游壩坡1∶2.5，當(dāng)壩基處不存在淤泥層時清基厚度為0.5 m，且基建面不能殘存植物根系、腐質(zhì)土及尖銳物質(zhì)；當(dāng)壩基處存在淤泥層清基厚度為1 m時，將清基后2 m深范圍內(nèi)的淤泥挖除，與白灰按照7∶3的比例攪拌均勻后回填，并進行夯實，壓實度不小于0.95。筑壩土料可就近取用，壩體填筑壓實度要求不低于0.95。壩體填筑前，必須對壩基和岸坡進行處理，凡在清基范圍內(nèi)的洞穴、暗溝等均要挖除，在分層夯實回填。與壩體連接的岸坡應(yīng)挖成平順的正坡，土質(zhì)岸坡不陡于1∶0.5。

為防雨水沖蝕壩坡，在土壩上下游壩坡種植灌木護坡，沿壩軸方向每隔0.5 m設(shè)置一行。

2.3.2 溢洪道設(shè)計

由于壩肩比較平緩，不具備壩頂溢流的條件，攔沙壩基本采用溢洪道泄洪，溢洪道布置在擋水土壩一側(cè)，采用寬頂堰，堰頂高程為攔沙高程，泄槽坡度1∶3.0，溢洪道寬度分別為 6 m，8 m，10 m，15 m，20 m，25 m，50 m。溢洪道底板和側(cè)墻采用漿砌石襯砌，厚度50 cm。下游設(shè)消力池，消力池長分為5 m和10 m兩種，池深0.5 m，1.0 m，出消力池后，設(shè)干砌石護坦，長10 m，厚50 cm。

2.3.3 放水建筑物設(shè)計

考慮到各壩庫容相對較小，僅對大于10萬m3以上或接近10萬m3的3座壩（即12號，20號和26號壩）布設(shè)放水建筑物。放水建筑物由放水臥管、輸水管、出口八字墻三部分組成，主要用于排放溢洪道堰頂高程以下水量。臥管根據(jù)實際地形布置在攔沙壩上游的左岸土基上，涵管及出口布設(shè)在壩基底部。

臥管采用箱式方形結(jié)構(gòu)，底坡根據(jù)地形設(shè)計為1∶2.5，用M10水泥沙漿漿砌塊石砌筑成臺階式，用M10水泥沙漿抹面。臥管臺階高0.25 m，蓋板采用C20鋼筋混凝土。放水孔直徑0.2 m。為保證放水孔水流跌落臥管時水柱的躍高不至淹沒進水孔底緣，使臥管內(nèi)不形成壓力流，臥管結(jié)構(gòu)尺寸取寬0.3 m，基礎(chǔ)外伸0.2 m，基礎(chǔ)厚0.3 m，蓋板搭接長度0.15 m。為使水流平順進入輸水洞，在臥管與輸水涵洞連接處設(shè)消力池，經(jīng)計算消力池尺寸為4.0 m×0.85 m×0.6 m（長×寬×深）。消力池采用漿砌石結(jié)構(gòu)，側(cè)墻頂寬0.6 m，底寬1.3 m，基礎(chǔ)外伸0.25 m，基礎(chǔ)厚0.50 m。蓋板采用C20鋼筋混凝土，蓋板厚0.20 m。

根據(jù)地形條件，涵洞布置在兩岸的原狀土地基上，根據(jù)水力學(xué)計算結(jié)果，采用直徑80 cm的混凝土管，底坡1/100，進口與臥管末端消力池連接，出口與喇叭口明渠段連接。涵洞與臥管消力池夾角為90°，與壩軸線夾角為90°。為適應(yīng)地基不均勻沉陷，防止溫度伸縮引起涵管裂縫，沿涵管每兩節(jié)接頭處設(shè)一道四周均凸0.5 m、厚0.5 m的齒墻，未設(shè)齒墻的接頭處設(shè)2 cm的沉陷縫，填縫材料用BW聚乙烯閉孔泡沫防水板，混凝土管外用黏土作1 m厚涵衣，人工夯實，壓實度不低于0.93。在涵管出口處采用漿砌石喇叭口，以把水流送出壩腳外，喇叭口底坡1/100，長4.0 m，其始端側(cè)墻高1.18 m，末端側(cè)墻高0.8 m。

3 結(jié)語

冊田水庫庫區(qū)攔沙壩實施后，可對庫區(qū)內(nèi)調(diào)節(jié)徑流泥沙；控制溝床下切、溝岸擴張；減少溝谷重力侵蝕；防止溝道水土流失；減輕水庫泥沙淤積；變荒溝為良田、改善生態(tài)環(huán)境等方面起到十分重要的作用。