桃源水庫壩型設(shè)計(jì)

曹本清

（桂陽縣水利局　湖南　桂陽　424400）

桃源水庫壩型設(shè)計(jì)

曹本清

（桂陽縣水利局湖南桂陽424400）

桃源水庫工程是車溪河流域重要的綜合利用樞紐，是桂陽縣不可替代的水資源配置工程，也是郴州市水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的標(biāo)志性工程。壩型的選擇是水庫工程設(shè)計(jì)中重要的一部分，本文以桃源水庫壩型設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)介紹了壩型設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的因素，詳細(xì)探討了三種備選方案。

桃源水庫；壩型設(shè)計(jì)；方案

1　地質(zhì)條件

1.1桃源水庫地質(zhì)條件

庫區(qū)位于低山地貌區(qū)，兩岸沖溝較短小，植被較茂密。水庫區(qū)位于近東西走向的華泉背斜南翼，出露地層為寒武系中和下組的厚層細(xì)砂巖、千枚狀板巖，巖層產(chǎn)狀N57°～71°E，SE∠43°～78°，局部N65°～70°W，SW（NE）∠46°～85°。水庫區(qū)位于近東西走向的華泉背斜南翼，巖層揉皺發(fā)育，水庫約5km范圍內(nèi)無區(qū)域斷層通過，未見規(guī)模較大的其它斷層通向庫外，其地質(zhì)構(gòu)造條件較好，岸坡以強(qiáng)風(fēng)化巖體為主。庫區(qū)兩側(cè)均有鄰谷分布，兩側(cè)地表分水嶺高程514～703m，無低于高程510m的地形埡口。本區(qū)地層為碎屑巖類，巖體透水性差，地下水埋深較淺，一般在40m左右，沖溝內(nèi)泉點(diǎn)出露高程在400m以上，地下分水嶺高程為390m以上，庫水位高程388m時(shí)，水庫不存在向鄰谷滲漏問題。

1.2壩線比選地質(zhì)條件

本壩址參選壩線有兩條，分為上壩線和下壩線。上壩線軸向S6°W，河谷開闊，呈不對稱的“U”型縱向谷，壩線長約300m；下壩線河床段軸線S70°W，在右岸NE向山脊處偏向下游，軸向S53° W，河谷形態(tài)，呈不對稱的“W”型橫向谷，壩線長約540m。兩壩線左岸相距約400m，右岸位于同一端點(diǎn)上。上壩線左岸地形坡度26～38°，右岸地形坡度約35～50°。下壩線左岸地形較陡，坡度40～48°，右岸斜坡中部為長約230m的NE向低矮山包，其山頂高程384m，內(nèi)側(cè)埡口高程約356m，右岸壩肩附近地形坡度31°，其地形條件較上壩線差。

上壩線呈不對稱的“U”型縱向谷，壩基覆蓋層薄，出露巖層以細(xì)砂巖和千枚狀板巖互層為主，弱風(fēng)化帶以上巖石較破碎，巖體完整性差，其中，強(qiáng)風(fēng)化帶下限一般埋深約20m，弱風(fēng)化帶下限埋深一般約35m，右岸J1層狀風(fēng)化帶處的強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深約風(fēng)化帶發(fā)育強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深約21m左右。對于瀝青混凝土心墻堆渣壩，壩基只需清除表層腐殖土或含腐殖質(zhì)的河床砂卵礫石層，壩基開挖深度相對較淺，地質(zhì)條件較為適宜修建堆渣壩。

2　工程施工

2.1施工特性

桃源水庫灌區(qū)工程新建建筑物有賢江補(bǔ)水隧洞、蓮塘補(bǔ)水干渠和干渠沿線渡槽、隧洞、橋梁、涵洞等渠系建筑物。賢江補(bǔ)水隧洞主要負(fù)責(zé)向賢江水庫補(bǔ)水，設(shè)于桃源水庫庫區(qū)右側(cè)壩址附近，隧洞斷面為2.4m×2.9m（寬×高）的城門洞型，由引水明渠、岸塔控制段、無壓引水隧洞、出口泄槽段、挑流鼻坎組成。引水明渠為“八”字型，底寬由32m漸變?yōu)?.5m，引渠長120m。蓮塘補(bǔ)水干渠全程長10200m，負(fù)責(zé)崔江支渠（生態(tài)流量）、長沙支渠、青松支渠、蓮塘水庫補(bǔ)水。蓮塘補(bǔ)水干渠共布置渡槽7座，分別為：跨溝渡槽、斗蘭沖渡槽、塘灣沖渡槽、大坪渡槽、元頭渡槽、會頭村渡槽和蓮塘補(bǔ)水渡槽，渡槽總長584m；設(shè)隧洞5個(gè)，分別為：陡巖隧洞、長沙隧洞、土地凹隧洞、蓮塘補(bǔ)水隧洞1和蓮塘補(bǔ)水隧洞2，總長1817m。

2.2施工布置

為了減少占用下游耕地，減少林地破壞，避免增加居民點(diǎn)遷移。桃源水庫樞紐工布置主要考慮利用庫內(nèi)的場地。由于灌區(qū)干、支渠等渠系工程項(xiàng)目，因渠線長，流動性較大，其生產(chǎn)、生活以及交通運(yùn)輸?shù)仍O(shè)施宜分散布置，在滿足施工要求的原則下，盡量從簡。桃源灌片布置有賢江補(bǔ)水隧洞、蓮塘補(bǔ)水干渠等干、支渠。灌區(qū)渠系建筑物有渡槽、隧洞、水跌、交通橋、干支渠上分水閘、進(jìn)水閘、退水閘、節(jié)制閘等。施工總布置采用沿線分散施工布置方式。根據(jù)工程分布范圍、工程量大小情況，將整個(gè)工程按不同的干、支渠劃分為不同的施工區(qū)段。灌區(qū)工程共設(shè)置3個(gè)施工點(diǎn)，每個(gè)施工點(diǎn)輻射周邊的施工區(qū)段，施工點(diǎn)布置情況見表1。

表1　施工點(diǎn)布置情況

3　工程總體布置方案比選

3.1壩型設(shè)計(jì)

上壩線河谷呈不對稱“U”型，兩岸山體覆蓋層雖薄，但強(qiáng)風(fēng)化巖體埋深較大，巖體破碎，無建拱壩的地質(zhì)條件。壩址經(jīng)濟(jì)運(yùn)距范圍僅有十五擔(dān)彎有儲量8萬m3填筑土料，不滿足建均質(zhì)土壩或粘土心墻壩需要的黏土量。當(dāng)?shù)厥县S富，適宜修建鋼筋混凝土面板堆石壩、堆石（渣）壩。堆渣壩又分為斜墻堆渣壩和心墻堆渣壩，斜墻壩雖壩坡略陡于心墻壩，填筑量略少，但壩體防滲面積為心墻壩體防滲體面積的2.3倍，基礎(chǔ)防滲線水平投影長度約為心墻壩的1.5倍，總體投資高于心墻壩，故選擇心墻壩為比選代表壩型。

因心墻材質(zhì)不同，分為黏土心墻堆渣壩、土工膜心墻堆渣壩、瀝青混凝土心墻堆渣壩。本工程合理運(yùn)距無足量黏土，黏土心墻堆渣壩不成立；已建的土工膜心墻壩因施工工藝、材料抗老化性能及管理等方面原因，多有滲漏水現(xiàn)象，且不易維修，故不推薦為本工程代表壩型；瀝青混凝土心墻適應(yīng)變形能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，且對本工程水質(zhì)有抗腐蝕性，推選為比較壩型之一。初選壩型為鋼筋混凝土面板堆石壩、瀝青混凝土心墻堆渣壩兩種壩型。瀝青混凝土心墻堆渣壩在建筑材料、對地質(zhì)條件的適應(yīng)性、施工條件、工程投資和環(huán)保等方面均優(yōu)于鋼筋混凝土面板堆石壩方案，其它工程條件基本相當(dāng)，因此綜合比較選定瀝青混凝土心墻堆渣壩為推薦壩型。

采用瀝青混凝土心墻壩有很多優(yōu)勢：①堆渣壩壩基開挖只需清除表層腐殖土即可；②當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件也提供了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，十五擔(dān)灣里土料場開采和運(yùn)輸條件較好，巖性為砂質(zhì)低液限粘土，可滿足圍堰堆填料的用量要求；歐菜園石料場位于下壩址上游左岸溪溝內(nèi)，距下壩址近，塊石料以厚層細(xì)砂巖為主，料場開采條件較好，其儲量滿足堆渣壩填筑量；當(dāng)?shù)厝狈μ烊簧暗[料，混凝土骨料需采石軋制，下陽村灰?guī)r骨料場交通運(yùn)輸條件較好，灰?guī)r為非堿-硅酸鹽活性骨料，其質(zhì)量和儲量滿足工程建設(shè)需要。表2為上、下壩線工程量及投資比較。

表2　上、下壩線工程量及投資比較表

3.2方案擬定

河床擋水建筑物推薦瀝青混凝土心墻堆渣壩；補(bǔ)水水庫-蓮塘水庫和賢江水庫分列桃源水庫左、右岸，蓮塘補(bǔ)水干渠和賢江補(bǔ)水隧洞宜靠近補(bǔ)水水庫布置，從而可以節(jié)省工程量；考慮低溫對農(nóng)作物的影響，需在進(jìn)口設(shè)置分層取水疊梁門，同時(shí)在疊梁門和工作閘門間需有一段較大的空間布置門庫，采用岸塔式結(jié)構(gòu)可通過沿進(jìn)水明渠向庫區(qū)延長邊墩，將門庫設(shè)置在邊墩上，其閘門井處的開挖及支護(hù)工程量較豎井式進(jìn)水口明顯減少，故選定岸塔式進(jìn)水口；樞紐總布置選擇集中在泄水建筑物的布置上。上壩線瀝青混凝土心墻堆渣壩樞紐布置平面圖如圖1所示，上壩線鋼筋混凝土面板堆石壩樞紐布置平面圖如圖2所示。根據(jù)選定壩線的地形、地質(zhì)條件和水流歸槽條件，泄水建筑物擬定如下三個(gè)方案進(jìn)行分析比較：

方案一：考慮右岸壩肩為單薄山脊，上游為曹彎沖溝、下游為鴨沖沖溝和低矮埡口，為使泄水建筑物距離最短，采取隧洞和開敞式泄槽相結(jié)合布置方式。

進(jìn)口布置在右岸390m高程附近，溢A0+175.000前段采用隧洞，后段為開敞式泄槽。因下游河道于右岸處，近似平行壩軸線，泄水建筑物中心線與河道基本成90°，歸槽條件十分不理想，為避免下泄洪水沖擊對岸，必須在溢洪道出口設(shè)置消力池消能后歸入河道，同時(shí)對岸應(yīng)適當(dāng)護(hù)坡。

圖1　上壩線瀝青混凝土心墻堆渣壩樞紐布置平面圖

圖2　上壩線鋼筋混凝土面板堆石壩樞紐布置平面圖

方案二：為使下泄洪水歸槽平順，泄水建筑物延至更為下游的河道順直段歸槽，依地勢采取隧洞+明槽+隧洞的布置方式。從進(jìn)口-溢B0+197.000，采用隧洞；在溢B0+197.000-溢B0+ 293.000間，因沖溝影響，無法成洞，采用明槽；溢B0+293.000-溢B0+412.000處采用隧洞，出口處采用挑流消能，直接將洪水挑入下游河道。

方案三：全線均采用隧洞，洞身共長約240m，出口采用挑流鼻坎，進(jìn)口布置在左岸390m高程附近，出口直接將洪水挑入下游鋪上電站滾水壩壅水形成的水墊塘中。

3.3方案比較

方案一右岸受沖溝和囊狀風(fēng)化帶影響，埡口覆蓋層深厚，為將泄槽布置在強(qiáng)風(fēng)化中部巖基上，泄槽段開挖深度達(dá)10m以上，開挖量大；而底流消能工程量明顯高于挑流消能；因方案一歸槽十分不理想，且河道狹窄，為避免底流能消能后余能淘刷對岸，對岸需適當(dāng)護(hù)坡。顯然，方案一經(jīng)濟(jì)性和水力條件均相對較差。方案二洞線明顯長于方案三，洞臉支護(hù)工程量及洞挖量大于方案三。因右岸曹彎沖沖溝被壩體回填，進(jìn)水口需延至上游十五擔(dān)灣之上，前段導(dǎo)流洞長度明顯長于左岸方案。方案一隧洞總長175m，明挖泄槽段長約70m，消力池長約109m，工程總投資約為3100萬元；方案二隧洞總長316m，明挖泄槽段長約96m，投資約為3600萬元；方案三隧洞總長242m，投資約為2400萬元。方案三投資最省。

綜合以上分析，泄水建筑物布置選定為地質(zhì)地形條件最好，水力條件最優(yōu)，臨建費(fèi)用及投資最省的方案三。

4　結(jié)束語

桃源水庫不僅有顯著的灌溉效益，其豐富的水資源還能為灌區(qū)內(nèi)的生活的鄉(xiāng)鎮(zhèn)的工業(yè)生活及農(nóng)村人畜，提供供水保障。桃源水庫建設(shè)是貫徹落實(shí)湘南大開發(fā)戰(zhàn)略的重大決策，對深入推進(jìn)湘南地區(qū)開發(fā)具有重要意義。

[1]曹克明，汪易森，等.混凝土面板堆石壩[M].中國水利水電出版社，2008，12.

[2]《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL501-2010）[S].北京：中國水利水電出版社，2010.

[3]陳志強(qiáng)，侍克斌.水利樞紐工程壩型選擇影響因素的分析[J].中國農(nóng)村水利水電，2007（08）：62～69.

TV64

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1673-0038（2015）21-0241-03

2015-5-8

曹本清（1976-），男，工程師，大專，主要從事水利工程工作。