介休市石口子水庫(kù)壩型方案優(yōu)化比選

霍曉娟

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

1 工程概況

石口子水庫(kù)位于介休市東南約12 km的龍鳳河峽谷中下游段，壩址距峽谷出口黑雨坪約2.5 km，控制流域面積341.5 km2，總庫(kù)容245萬(wàn)m3。工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為?。ㄒ唬┬退畮?kù)，主要建筑物級(jí)別為Ⅳ級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為Ⅴ級(jí)。防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇設(shè)計(jì)，200年一遇校核。

2 壩型方案比選

綜合地形、地質(zhì)條件及筑壩材料，比較適合的壩型為重力壩和混凝土面板堆石壩。重力壩型中的堆石混凝土重力壩，由于其筑壩用的堆石混凝土比常態(tài)混凝土更經(jīng)濟(jì)，同時(shí)具有低標(biāo)號(hào)水泥用量與低水化熱、高密實(shí)度和高強(qiáng)度保證率，能顯著提高工效，縮短工期，降低施工成本等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)目前被廣泛推薦應(yīng)用。設(shè)計(jì)過(guò)程中，在滿(mǎn)足水庫(kù)工程建設(shè)任務(wù)的前提下，選取堆石混凝土重力壩、混凝土面板堆石壩兩種壩型進(jìn)行方案比較。

2.1 混凝土面板堆石壩

2.1.1 大壩

混凝土面板堆石壩軸線(xiàn)在堆石混凝土重力壩軸線(xiàn)下游20 m，兩壩軸線(xiàn)相互平行。樞紐工程由大壩、左岸泄洪隧洞及供水管道組成?；炷撩姘宥咽瘔危瑝雾旈L(zhǎng)112 m，壩頂寬5.0 m，壩頂高程 1 020 m，壩趾面最低高程955 m，最大壩高65 m。壩頂上游側(cè)設(shè)L型C20鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程1 021.2 m，高出壩頂 1.2 m。墻高 4.0 m，頂寬 0.7 m，底板為帶角撐的斷面寬4 m，防浪墻上游側(cè)底部設(shè)置寬0.8 m的小道，其高程為 1 017.7 m，高于正常蓄水位 3.2 m，以利檢查行走。壩頂下游側(cè)設(shè)預(yù)制混凝土塊路緣石，壩頂為水庫(kù)內(nèi)部交通道路，采用瀝青混凝土路面，厚0.5 m，其下設(shè)0.3 m厚水泥穩(wěn)定碎石墊層。壩坡選擇根據(jù)已建工程采用類(lèi)比法確定，上下游壩坡均為1∶1.4，下游壩坡每14 m設(shè)一馬道，馬道寬2 m。壩體堆石分區(qū)填筑，分區(qū)碾壓，上游到下游依次分為墊層區(qū)（2A）、特殊墊層區(qū)（2B）、過(guò)渡區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）、下游堆石區(qū)（3C）和下游護(hù)坡區(qū)（3D）。

為提高基巖的整體性和抗?jié)B能力，對(duì)趾板的巖石地基進(jìn)行固結(jié)和帷幕灌漿處理。沿趾板中部布置雙排帷幕灌漿，孔距2 m，帷幕灌漿采用封閉式，平均灌漿深度25 m，左右岸壩頭帷幕灌漿沿壩軸線(xiàn)向外延伸12m。對(duì)趾板下壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿深度8 m，梅花形布置，孔距為3 m。面板采用等厚0.4 m，配筋采用單層雙向配筋。

大壩周邊縫寬12 mm，縫間填浸瀝青木板。周邊縫設(shè)三道止水，即底部“F”型銅片止水，中間設(shè)φ20氯丁橡膠棒止水，頂部縫口設(shè)凸體φ50氯丁橡膠棒止水，表面設(shè)置橡膠增強(qiáng)型SR防滲蓋罩封閉，蓋罩內(nèi)充填性能良好的SR－2塑性止水填料，縫間填厚12 mm的瀝青杉板。

2.1.2 導(dǎo)流泄洪洞及供水管道

由于壩址處河谷較窄，兩岸山體基巖陡立，高差大，庫(kù)區(qū)周邊又無(wú)適宜的地形布置岸邊溢洪道，因此選擇泄洪隧洞作為泄水建筑物，并且有利于排沙。在水庫(kù)左岸山體內(nèi)布置2條導(dǎo)流泄洪洞，洞軸線(xiàn)相距30 m，分別由引渠段、進(jìn)口有壓洞段、進(jìn)水塔段、無(wú)壓洞段和出口消能段組成，兩條洞總長(zhǎng)分別為230 m和280 m。進(jìn)口有壓洞段斷面均為圓形，洞徑5.1 m；無(wú)壓隧洞斷面均為城門(mén)洞形，洞長(zhǎng)分別為210 m和245 m，洞寬 5.1 m，高 7.0 m；進(jìn)口底高程均為973 m，出口底高程分別為972 m和971.5 m，設(shè)計(jì)縱坡1∶200。隧洞進(jìn)水塔段布置平板檢修閘門(mén)和平板工作閘門(mén)，隧洞出口設(shè)消能段，采用挑流消能方式。

供水管道布設(shè)于左側(cè)的泄洪洞內(nèi)，長(zhǎng)210 m，從泄洪洞閘門(mén)后靠近洞頂位置設(shè)取水口，將0.6 m壓力鋼管沿泄洪洞埋設(shè)于底板巖體內(nèi)，管道從泄洪洞出口引出并防護(hù)。

2.2 堆石混凝土重力壩

2.2.1 大壩

堆石混凝土重力壩軸線(xiàn)在混凝土面板堆石壩軸線(xiàn)上游20 m處，兩壩軸線(xiàn)相互平行。樞紐工程由大壩、泄洪沖沙底孔、溢流表孔及壩內(nèi)預(yù)埋供水管道組成。堆石混凝土重力壩總長(zhǎng)97 m，壩頂寬6 m，壩頂高程1 020 m，最大壩高66 m。壩體由4個(gè)壩段組成，從左到右分別為左岸擋水壩段、壩內(nèi)預(yù)埋供水管及泄洪沖沙底孔壩段、溢流表孔壩段、右岸擋水壩段，長(zhǎng)度分別為16 m、29.5 m、29.5 m和22 m。大壩上游983 m高程以上為鉛直面，以下壩坡坡率為1∶0.3，下游1 011.76 m高程以上為鉛直面，以下壩坡坡率為 1∶0.8。

溢流表孔壩段位于大壩右側(cè)，采用開(kāi)敞式溢流堰，堰頂高程1 014.5 m，設(shè)3孔，孔口凈寬8.5 m。溢流面由堰頂曲線(xiàn)段、斜坡直線(xiàn)段及銜接反弧段組成。

為減少壩基滲漏，降低滲透壓力，提高壩基抗滑穩(wěn)定性，依據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL319-2005），在壩軸線(xiàn)上游3 m處壩基設(shè)置防滲帷幕。該重力壩壩高66 m，屬于中壩，中壩的防滲帷幕應(yīng)深入透水率q為3-5 Lμ的相對(duì)隔水層。根據(jù)地質(zhì)資料，帷幕灌漿設(shè)計(jì)底高程為929 m，灌漿最大深度為25 m。為提高壩基巖石整體性和強(qiáng)度，對(duì)壩基底高程954 m及壩肩高程994 m以下范圍內(nèi)的大壩基礎(chǔ)采用固結(jié)灌漿加固，灌漿孔間、排距均為3.0 m，梅花形布置；灌漿深度為上、下游深入基巖10 m，中部深入基巖5 m。固結(jié)灌漿范圍沿壩基范圍上、下游各外擴(kuò)3 m。

2.2.2 泄洪沖沙底孔

泄洪沖沙底孔位于左岸壩段，中心樁號(hào)為大壩0+039.50，主要由進(jìn)水塔、孔身段、出口閘室及出口挑流消能段組成，全長(zhǎng)57.055 m。泄洪沖沙底孔進(jìn)口緊貼大壩上游壩坡設(shè)置進(jìn)水塔，進(jìn)水塔為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔身順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)6.13 m，垂直水流方向?qū)?.9 m，塔筒高43.0 m。塔筒上部設(shè)檢修平臺(tái)及啟閉機(jī)室，檢修平臺(tái)高程1 020 m，啟閉平臺(tái)高程1 031.2 m。孔身段長(zhǎng)26 m，由進(jìn)口漸變段、圓形有壓孔段、出口漸變段等組成。進(jìn)口漸變段長(zhǎng)8 m，由6 m×6 m的方形斷面漸變?yōu)橹睆? m的圓形。圓形有壓孔段長(zhǎng)10 m，直徑6 m，出口漸變段長(zhǎng)8 m，由直徑6 m的圓形漸變?yōu)?.8 m×4.8 m的方形斷面?？咨肀韺觾?nèi)襯0.5 m厚C40抗磨蝕鋼筋混凝土。

出口閘室長(zhǎng)5.6 m，寬8.0 m，內(nèi)設(shè)弧形工作閘門(mén)，孔口尺寸4.8 m×4.8 m。閘室內(nèi)底高程為977 m，啟閉機(jī)平臺(tái)高程992 m。出口挑流消能段長(zhǎng)21.35 m，自上游至下游依次布置直線(xiàn)段和反弧段，反弧半徑16 m，挑角25°，挑流鼻坎頂高程978.5 m。

2.2.3 壩內(nèi)預(yù)埋供水管道

壩內(nèi)預(yù)埋供水管道取水口2個(gè)，分別為高低兩個(gè)不同高程的取水口，可實(shí)現(xiàn)不同庫(kù)水位取水。

高位取水口壩內(nèi)預(yù)埋供水管道布置于左岸擋水壩段，中心樁號(hào)為大壩0+023.00，主要由進(jìn)口檢修閥室段、壩內(nèi)預(yù)埋供水管及出口控制閥室組成，全長(zhǎng)52.5 m。進(jìn)口檢修閥室底高程為997.8 m，閥室為城門(mén)洞形，凈寬4.5 m，凈高4.5 m，長(zhǎng)5 m。壩內(nèi)預(yù)埋供水管由水平段、豎向弧段、斜坡段等組成，全長(zhǎng)44.4 m，為直徑1.0 m的壓力鋼管預(yù)埋設(shè)于大壩混凝土中而成，出口設(shè)2.5 m長(zhǎng)漸變管，管徑由1.0 m漸變?yōu)?.5 m。管道出口中心高程為978 m，出口接入控制閥室。

低位取水口設(shè)在泄洪沖沙圓形有壓孔段靠下游孔身表面的靠上位置，在壩體內(nèi)埋設(shè)直徑1 m壓力鋼管，長(zhǎng)18 m，出口設(shè)2.5 m長(zhǎng)漸變管，管徑由1.0 m漸變?yōu)?.5 m。管道出口中心高程為978 m，出口接入控制閥室。

3 壩型比選

混凝土面板堆石壩方案從地形地質(zhì)上來(lái)講，壩址區(qū)位于龍鳳河谷的平順段，不利于泄洪隧洞進(jìn)口布置，上游右岸覆蓋層較厚，布設(shè)面板和趾板時(shí)開(kāi)挖量比較大；從運(yùn)用管理上來(lái)講，混凝土面板堆石壩運(yùn)用管理比較復(fù)雜，運(yùn)行中需注意對(duì)混凝土面板的維修。從投資上來(lái)講，混凝土面板堆石壩方案的建筑工程投資6 321萬(wàn)元，堆石混凝土重力壩方案的建筑工程投資5 550萬(wàn)元，混凝土面板堆石壩方案投資比較大。兩種壩型方案綜合比較，堆石混凝土重力壩方案較優(yōu)。兩種壩型技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見(jiàn)表1。

4 結(jié)語(yǔ)

堆石混凝土重力壩，采用目前比較先進(jìn)的自密性混凝土筑壩技術(shù)筑壩，不需要振搗，避免了人工干預(yù)，施工質(zhì)量容易保證。大體積塊石的使用，減少了水泥用量，節(jié)約了成本，施工速度快，投資較小。經(jīng)比較分析，堆石混凝土重力壩方案作為最終選擇壩型。

表1 兩種壩型技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表