云首水庫工程壩址比選與壩型確定

上官麗霞

（晉城市水利局水產(chǎn)站，山西 晉城 048000）

1 工程概況

云首水庫位于晉城市沁水縣固縣鄉(xiāng)云首村村北，屬黃河流域沁河水系端氏河支流十里河。十里河發(fā)源于海拔約1 500 m左右的雨井山、灰菜嶺一帶，壩址以上控制流域總面積218 km2。擬建大壩壩型為堆石混凝土重力壩，設(shè)計最大壩高37 m，壩頂高程794.00 m，總庫容174.3萬m3，是一座以供水、灌溉為主，防洪為輔的?。ㄒ唬┬退畮?。

根據(jù)晉城市大水網(wǎng)規(guī)劃，云首水庫為晉城市“兩縱兩橫”“井”字型大水網(wǎng)第一縱骨干工程的起點，供水包括工業(yè)供水和農(nóng)業(yè)灌溉，工業(yè)供水范圍為端氏、嘉峰工業(yè)園區(qū)的工礦企業(yè)，農(nóng)業(yè)灌溉供水范圍包括固縣鄉(xiāng)云首水庫下游附近的村莊。

2 工程選址

云首水庫工程位于沁水縣固縣河上，根據(jù)流域地形地質(zhì)條件，選擇上下兩壩址進行比選，兩壩址相距520 m。上下兩壩址的地形地貌、地層巖性及水文地質(zhì)條件基本相同。

2.1 地形地質(zhì)條件

上壩址谷底寬約40 m，設(shè)計正常蓄水位處河谷寬約130 m。谷底基巖埋深較淺，地質(zhì)條件較好，但左壩段黃土臺地寬底較寬，約70 m，覆蓋層埋深厚于下壩址。下壩址地面高程相對高差128 m，為低山區(qū)，基巖岸坡較陡，土質(zhì)岸坡相對較緩，壩軸線處河床85 m。上游150 m處為一較大的沖溝，展布方向與河流基本垂直，長2 km，溝口寬40 m。左岸為堆積岸，岸坡呈梯田分布，卵石（塊石）混合土、低液限黏土大面積覆蓋。壩址區(qū)河床寬30～80 m。河漫灘主要分布在河床左側(cè)，寬40～70 m，高出河床1～2 m，堆積物由卵石混合土、漂石混合土、粉土質(zhì)砂、低液限粉土組成。

從壩址區(qū)地形條件看，上、下壩址河段順直，岸坡較穩(wěn)定，均具有筑壩條件。河谷底寬上壩址窄、下壩址寬，上壩址河床高程高于下壩址河床高程，在兩壩址處地面控制建筑建壩條件下，上壩址地面以上大壩高度較下壩址稍高。

總體而言，兩壩址地質(zhì)條件基本相同，地形一寬一窄，壩址均為“U”型橫向谷，且為同一地層。

2.2 樞紐布置及工程投資

上壩線方案壩頂長161 m，非溢流壩段長89 m，溢流壩長72 m，最大壩高29 m。該壩址校核水位以下庫容106萬m3?？偼顿Y4 810.78萬元。下壩線方案壩頂長204 m，沿壩軸線從左至右依次為左岸非溢流壩段、引水壩段、沖砂壩段、溢流壩段及右岸非溢流壩段。非溢流壩段長102 m，溢流壩長102 m。該壩址校核水位以下庫容174.3萬m3。總投資5 729.67萬元。

從樞紐布置看，上、下壩址重力壩方案布置基本相同，該工程的主要任務(wù)是供水，兩壩址的引水壩段均布置于大壩左岸，沖砂底孔及沖砂閘布置于引水壩段右側(cè)，壩頂表孔泄洪，樞紐布置緊湊，管理方便。從結(jié)構(gòu)布置上看，兩壩址相差不大。

從工程投資分析，上壩址壩體工程量較小，整個樞紐的靜態(tài)投資較下壩址少918.89萬元。

2.3 水庫綜合效益

上壩址興利庫容43萬m3，下壩址興利庫容68.2萬m3，下壩址較能滿足綜合開發(fā)任務(wù)要求。下壩址調(diào)節(jié)庫容60.3萬m3，較上壩址調(diào)節(jié)庫容多17.30萬m3，調(diào)節(jié)性能較好。因此，從水庫綜合利用效益看，下壩址優(yōu)于上壩址。

2.4 庫區(qū)淹沒損失

上、下壩址庫區(qū)淹沒耕地分別為15.69 hm2和9.69 hm2，淹沒林地4.55 hm2和2.78 hm2，淹沒公路0.8 km和0.3 km，淹沒電線2.6 km和1.5 km；上壩址淹沒范圍在某高程處有一煤層氣抽氣站，抽氣設(shè)備及電路、管線等費用為430萬元，每年產(chǎn)氣收入100萬元，淹沒補償費用較大，且調(diào)解難度大。水庫淹沒處理補償投資上、下壩址分別為825.58萬元和243.82萬元，從淹沒補償費用比較，下壩址優(yōu)于上壩址。

2.5 施工導(dǎo)流及建設(shè)工期

上下壩址地質(zhì)、水文條件及主要建筑物型式和布置的差異較小，僅壩體工程量因大壩建基面高程不同，河床寬窄不同差異較大。上壩址河床較窄，采用導(dǎo)流洞導(dǎo)流，開挖量較大，下壩址河床較寬，采用分期圍堰導(dǎo)流，圍堰可利用開挖土方，開挖量較小，施工總布置差別不大，建設(shè)工期相當(dāng)。

綜上所述，上、下壩址地質(zhì)條件基本相同，均具備修建重力壩的條件，由于下壩址有利于樞紐建筑物布置，管理方便，興利庫容大，較能滿足綜合開發(fā)任務(wù)的要求，調(diào)節(jié)庫容較上壩址方案多17.3萬m3，調(diào)節(jié)性能較好，且下壩址淹沒損失較小，施工方便。經(jīng)綜合分析，推薦采用下壩址。

3 壩型選擇

3.1 壩型初選

從壩址地形上看，兩岸地形大體對稱，覆蓋層較深，隨高程的增長，兩岸河谷趨于平坦，河谷寬高比約9.1，不具備興建拱壩的地形。壩址區(qū)附近缺少土料和砂卵石，兩岸坡雖較緩，但地形上沒有可供溢洪的埡口。該水庫200年一遇洪峰流量1 483 m3/s，30年一遇洪峰流量788 m3/s，設(shè)置溢洪道需要考慮深邊坡開挖，對山體破壞嚴(yán)重，且工程占地較大，增大投資；如采用壩身設(shè)溢洪道的溢流面板堆石壩，溢洪道單寬泄量達50 m3/s，單寬泄量較大，由于工程地處Ⅶ度地震區(qū)，溢洪道建在以松散介質(zhì)為材料、人工碾壓填筑的堆石體上，一旦大壩和溢洪道沉降變形過大，壩身高速泄洪時溢洪道將發(fā)生滲透破壞，進而對大壩安全帶來嚴(yán)重威脅，故不宜采用面板堆石壩。

從壩址地質(zhì)條件上看，壩基巖性主要為細(xì)砂巖，巖石較堅硬，不存在軟弱結(jié)構(gòu)面,產(chǎn)狀為N10°～30°E·NW∠3°～5°，傾向上游，在巖層結(jié)構(gòu)上不存在不穩(wěn)定因素，壩基總體穩(wěn)定性較好；左、右壩肩岸坡巖質(zhì)坡度較陡，巖體強度較高，不存在軟弱夾層，大多數(shù)節(jié)理裂隙面傾向與臨空面相反或大角度相交，節(jié)理面傾角一般大于臨空面傾角，對穩(wěn)定影響不大，故左、右壩肩整體穩(wěn)定性較好，適宜建重力壩。

從筑壩材料上看，壩址位于石山區(qū)，壩址附近石料貯量豐富，適宜修建以石料為主的壩型。

根據(jù)以上分析，壩型初選漿砌石重力壩和堆石混凝土重力壩兩種壩型進行比較。

3.2 重力壩壩型比較

重力壩壩型確定后，在對壩體材料、施工技術(shù)進行調(diào)查的基礎(chǔ)上，提出采用自密實混凝土、塊石作為主要筑壩材料的自密實混凝土重力壩方案，通過與漿砌石重力壩進行技術(shù)比較，確定壩體材料。

從工程量及投資上來看，兩種壩型結(jié)構(gòu)設(shè)計相同，但混凝土用量堆石混凝土方案較漿砌石方案工程量較大，砌石方量較漿砌石壩方案小，其他工程量相當(dāng)。在工程投資上，二者主體工程相差222.7萬元，占主體工程投資的3.8%。

漿砌石壩施工技術(shù)簡單，但砌體需要人工砌筑，施工質(zhì)量不均勻，工期較長，需人工振搗，受人為因素影響大，且在沁水地區(qū)人工費較晉城其他地區(qū)偏高。

堆石混凝土采用自密實混凝土澆筑，靠自身重力填充空隙，施工過程簡單，最大限度地降低了混凝土倉面的施工人員和機械工作量，現(xiàn)場控制管理更加簡便易行；自密實混凝土避免了混凝土振搗密實的過程，消除了人為的不利干擾，施工質(zhì)量和穩(wěn)定性更加容易保證；自密實混凝土施工工藝簡單，能夠提高大倉面混凝土的施工效率、縮短工期；單位體積堆石混凝土的水泥含量少，因此水化溫升小，溫控比較容易；自密實堆石混凝土具有大塊巖石穩(wěn)定堆積構(gòu)成的骨架，具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性，體積收縮??；自密實堆石混凝土可減少或免除鑿毛工序，提高施工速度，但對混凝土配合比要求尤為嚴(yán)格。

自密實混凝土方案所需骨料均可從當(dāng)?shù)厥蠄鲑徺I，減少了部分征地手續(xù)，價格相對便宜；兩方案由于塊石料無法外購，必須自采，從而增加了部分料場征地。

由于該工程河谷較寬，施工作業(yè)面大，適合機械化施工，經(jīng)比較，推薦自密實混凝土重力壩方案。

4 結(jié)論

經(jīng)綜合分析比較，選用下壩址作為首選壩址，壩型選用堆石混凝土重力壩壩型。該工程的興建，不僅可以解決端氏、嘉峰工業(yè)園區(qū)部分工礦企業(yè)用水，還可解決固縣鄉(xiāng)云首水庫下游附近的村莊農(nóng)業(yè)用水。