瓜峪水庫設(shè)計綜述

姬建闖

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

瓜峪水庫位于河津市和鄉(xiāng)寧縣交界地帶的瓜峪河上，下距河津市僧樓鎮(zhèn)北午芹村約4 km，控制流域面積145 km2，主河道長25.8 km，縱坡27.6‰。樞紐工程主要由大壩、溢流表孔、泄洪沖沙底孔及供水洞等組成。工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為?。ㄒ唬┬退畮欤饕ㄖ锛墑e4級，臨時建筑物級別5級。

瓜峪水庫建設(shè)任務(wù)以防洪為主，兼顧工業(yè)供水及農(nóng)業(yè)灌溉。防洪標準為30年一遇設(shè)計，200年一遇校核。該水庫的特征水位為：死水位678.0m，正常蓄水位693.0m，汛限水位693.0m，設(shè)計洪水位698.8m，校核洪水位706.05m；總庫容250萬m3，其中包括死庫容45萬m3，興利庫容73萬m3，調(diào)洪庫容132萬m3。

瓜峪水庫位于呂梁山南端汾河支流瓜峪河下游，碳酸鹽巖中低山峽谷區(qū)。瓜峪河在水庫區(qū)呈“S”型展布，兩岸山體渾厚，兩岸山頂高程多在900～1000m之間，河谷形態(tài)為峽谷，橫斷面呈“V”型，河谷下部70m近于直立，上部稍緩。水庫區(qū)地層巖性由老到新依次為寒武系中統(tǒng)張夏組、寒武系上統(tǒng)崮山組、寒武系上統(tǒng)長山組、寒武系上統(tǒng)鳳山組及第四系中更新統(tǒng)洪積、第四系全新統(tǒng)洪積。水庫區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較簡單，為單斜巖層，局部為平緩褶皺，裂隙構(gòu)造較發(fā)育，主要表現(xiàn)為長大裂隙。根據(jù)地下水賦存條件，水庫區(qū)內(nèi)地下水類型可分為松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類裂隙巖溶水兩種類型。水庫區(qū)處于華北地震區(qū)山西地震亞區(qū)懷來—西安地震帶上，地震基本烈度為Ⅶ度。

2 主要建筑物設(shè)計

2.1 大壩

對瓜峪河沿線實地查勘后，結(jié)合庫容條件及建壩的地形地質(zhì)條件等因素，在瓜峪河云頭堡處擬定了上壩址和下壩址兩個方案。從地形地質(zhì)條件、交通、運行管理及庫容等方面進行比選后，推薦采用上壩址方案。從筑壩材料方面來看，工程區(qū)塊石料及人工骨料母巖儲量豐富，而土料缺乏，不具備建土壩的條件。從工程地質(zhì)條件來看，壩肩中上部有軟弱巖層存在，巖體風(fēng)化程度較強，節(jié)理裂隙較發(fā)育卸荷變形明顯，巖體相對破碎，不適宜建拱壩。從方便水庫調(diào)度運用角度考慮，水庫周邊沒有適宜的位置布置溢洪道，必須在壩頂布置溢流堰泄流，不適宜修建混凝土面板堆石壩。綜合地形地質(zhì)條件、筑壩材料、調(diào)度運用等方面考慮，比較適合的壩型為重力壩。通過施工工藝、施工質(zhì)量、施工工期及工程造價等方面比選后確定為堆石混凝土重力壩。

水庫大壩總長86.0m，壩頂寬6.0m，壩頂高程707.00m，最大壩高68.5m。壩頂上游設(shè)鋼筋混凝土防浪墻，墻高0.8m，厚0.5m，上設(shè)0.4m高的扶手欄桿。由于大壩較高，為增強其安全性，壩頂下游側(cè)采用與上游側(cè)相同的防護形式。大壩上游670.00m高程以上為鉛直面，以下壩坡坡率為1∶0.3，下游699.38m高程以上為鉛直面，以下壩坡坡率為1∶0.75。

大壩0+000.00—大壩0+020.00為左岸擋水壩段，長20m；大壩0+020.00—大壩0+039.00為泄洪沖沙底孔壩段，長19m，底孔軸線位置對應(yīng)樁號為大壩0+033.60；大壩0+039.00—大壩0+055.00為溢流表孔壩段，長16m，表孔軸線位置對應(yīng)樁號為大壩0+043.00；供水洞設(shè)在大壩0+055.00—大壩0+072.00壩段，長17m，軸線位置對應(yīng)樁號為大壩0+059.46；大壩0+072—大壩0+086.00為右岸擋水壩段，長14m。

在大壩上游左岸岸坡設(shè)上壩公路，長1.95 km。大壩右岸壩頭布設(shè)柴油發(fā)電機房和值班用房。在大壩右岸山包頂部開設(shè)平臺，布置樞紐管理站，管理站地面高程725.00m。大壩與管理站通過長約200m的公路連接。

2.2 泄洪沖沙底孔

泄洪沖沙底孔是該工程的主要泄水建筑物之一，設(shè)計中進行了無壓壩身泄洪沖沙底孔和有壓壩身泄洪沖沙底孔的比較。無壓壩身泄洪沖沙底孔的啟閉機室位于壩體內(nèi)部，使壩體應(yīng)力復(fù)雜化，施工干擾較大，因此采用有壓壩身泄洪沖沙底孔方案。

泄洪沖沙底孔位于左岸擋水壩段，主要由進水塔、洞身段、出口閘室及出口挑流消能段組成。進水塔緊貼大壩上游壩坡設(shè)置，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔身順水流方向長6.85m，垂直水流方向?qū)?.9m，塔筒高56.5m。塔筒上部設(shè)檢修平臺及啟閉機室，下部閘室內(nèi)設(shè)事故檢修閘門一道，檢修閘門采用平板門，孔口尺寸5.0m×5.0m（寬×高），檢修門下游設(shè)2道通氣孔，通氣孔為矩形，單個開孔尺寸為0.8m×0.6m。

洞身段總長38.80m，由進口漸變段、圓形有壓洞段及出口漸變段等組成。進口漸變段長10m，橫斷面形狀由5m×5m的方形漸變?yōu)橹睆?m的圓形。圓形有壓洞段長18.8m，直徑5m。出口漸變段長10m，橫斷面形狀由直徑5m的圓形漸變?yōu)?.1m×4.1m的方形。泄洪時，洞內(nèi)水流流速較高，因此，洞身表層內(nèi)襯0.5m厚的C40抗磨蝕鋼筋混凝土。

出口閘室長5.6m，寬7.3m，內(nèi)設(shè)弧形工作閘門，孔口尺寸4.1m×4.1m，閘室上部設(shè)啟閉機室，啟閉機室與壩頂之間的交通由壩體內(nèi)部交通廊道與設(shè)于下游壩坡的臺階來實現(xiàn)。

出口挑流消能段長19.13m，自上游至下游依次布置直線段和反弧段，反弧半徑16m，挑角25°，挑流鼻坎頂高程652.0m，水平方向底寬由4.1m擴散為5.1m，擴散角 4°。

2.3 溢流堰

溢洪堰校核洪水位時最大泄量可達241m3/s，設(shè)計洪水位時不參與泄洪。

溢流堰位于溢流表孔壩段左側(cè)，采用開敞式溢流堰，堰頂高程為698.80m，設(shè)1孔，孔口凈寬6m。溢流面由堰頂曲線段、斜坡直線段及銜接反弧段組成。堰頂上游堰頭采用三圓弧曲線，上游堰面鉛直；堰頂下游堰面曲線采用WES冪曲線，后接1∶0.75斜坡直線段，斜坡直線段后接反弧段，反弧半徑16m，轉(zhuǎn)角為78°07′48″。消能方式采用挑流消能，挑角 25°，挑流鼻坎頂高程652.00m。校核洪水時，堰面水流流速較高，為避免產(chǎn)生沖磨破外，溢流堰面層采用C40抗磨蝕混凝土，厚0.5m。此外，為滿足壩頂交通要求，在溢流堰上部設(shè)寬6m的交通橋。

2.4 供水洞

供水洞布置于右岸擋水壩段，主要由進水塔、洞身段及控制閥井組成，全長53.8m。

進水塔緊貼大壩上游壩坡設(shè)置，順水流方向長6.6m，垂直水流方向?qū)?.9m，下部閘室內(nèi)設(shè)攔污柵及事故檢修閘門各一道。進口閘室底板高程676.50m，塔筒高30.5m，塔筒上部設(shè)檢修平臺及啟閉機室，檢修平臺高程707.00m，啟閉機室高程711.20m。

洞身段為直徑1.0m的壓力鋼管，全長43.79m，由進口漸變段、水平洞段、豎向弧洞段、斜洞段等組成。壓力鋼管尾部設(shè)2.5m長的漸變管，管徑由1.0m漸變?yōu)?.5m。管道進口中心高程677.00m，出口中心高程660.10m，出口接入控制閥井。

出口控制閥井布置于大壩下游壩趾處，高程658.50m，井高 4m，長 2.5m，寬 2.5m，內(nèi)設(shè)控制蝶閥、排氣閥等，上部設(shè)控制閥室。通過壩內(nèi)交通廊道與設(shè)于大壩下游壩坡的臺階實現(xiàn)壩頂與控制閥室平臺之間的交通，便于運行管理。

2.5 工程觀測

依據(jù)《混凝土壩安全觀測技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合本工程特點，瓜峪水庫大壩安全觀測設(shè)置了變形觀測、滲流觀測、壩體應(yīng)力、應(yīng)變和環(huán)境量觀測等項目。變形觀測包括壩體水平位移、垂直位移、撓度位移和接縫位移觀測；滲流觀測包括壩基揚壓力、壩體滲透壓力和繞壩滲流觀測；壩體應(yīng)力、應(yīng)變觀測包括壩基應(yīng)力、壩體內(nèi)部應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力和壩體溫度觀測；環(huán)境量觀測主要包括大壩上下游水位、降雨量、氣溫、水溫和壩前淤積觀測。

3 結(jié)語

瓜峪水庫興建后，通過水庫發(fā)揮緩洪和滯洪作用，將對下游防洪起到重要作用，與下游河道的治理工程結(jié)合后，防洪效果愈加顯著。此外，近年來僧樓鎮(zhèn)工業(yè)發(fā)展迅速，而當(dāng)?shù)厮Y源又十分短缺，形成了大量開采地下水、調(diào)用黃河水的局面。因此，開發(fā)利用瓜峪河當(dāng)?shù)厮Y源，對有效緩解區(qū)域工業(yè)生產(chǎn)用水緊張局面，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境具有一定的現(xiàn)實意義。