胡家莊調(diào)蓄水庫壩址比選

安普太

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

胡家莊調(diào)蓄水庫壩址比選

安普太

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

根據(jù)山西省大水網(wǎng)保德縣域供水規(guī)劃，結(jié)合水庫所處位置的地形、地質(zhì)及對大水網(wǎng)建筑物影響等方面對其選址進行經(jīng)濟、技術(shù)分析，通過對調(diào)蓄水庫的可選壩址比選，選定合適的壩軸線，并優(yōu)化樞紐建筑物設(shè)計和型式，以為類似工程提供借鑒。

調(diào)蓄水庫；壩址比選；荷載組合；胡家莊水庫

1 水庫選址

根據(jù)山西省大水網(wǎng)保德縣域供水規(guī)劃，引黃工程在保德縣預(yù)留兩個分水口，故將本縣域內(nèi)分為南、北兩個供水區(qū)。北部供水區(qū)包括朱家川河沿岸的堯圪臺鄉(xiāng)、橋頭鎮(zhèn)及楊家灣鎮(zhèn)，引水水源為橋頭鎮(zhèn)渡槽分水口。北部供水區(qū)總體布局為在橋頭鎮(zhèn)橋頭渡槽出水口處采用鋼管將引黃水量引至提水加壓泵站，由提水加壓泵站將水量提至調(diào)蓄庫，經(jīng)胡家莊調(diào)蓄庫調(diào)節(jié)后，向北部供水區(qū)自流供水。

保德縣域境內(nèi)地勢東高西低，東部高地塄、山神廟圪旦、井油山一線，海拔高達1400m以上，最高為1585m，西部黃河灘最低海拔為760m。引黃洞線從保德縣中部由北向南穿過，引黃洞線西側(cè)為煤礦采空區(qū)，不具備布置調(diào)蓄水庫的條件，結(jié)合供水區(qū)高程，以滿足自流以及盡量減少泵站揚程的要求，調(diào)蓄庫位置選取靠近引黃洞線東側(cè)高程較低區(qū)域較為適宜。

依照地形地貌、匯流面積等水位地質(zhì)條件和庫容要求選庫原則，根據(jù)調(diào)蓄庫容600萬m3的條件，選擇了4處具備建庫條件的地方，分別為胡家莊、王家莊、廟溝和深巖溝。

胡家莊壩址位于已有淤地壩的上游，庫容條件符合要求，壩址以上流域面積較小，洪水泥沙相對較少，占地相對較少，可利用現(xiàn)有的淤地壩庫區(qū)，庫底滲流相對較小，避免全防滲處理節(jié)約投資。但正在施工建設(shè)的引黃洞線從壩下和庫區(qū)內(nèi)穿過（最小深度約35m），存在一定隱患及少量移民和安置費用。

王家莊壩址位于已存在的淤地壩，匯流面積較小，優(yōu)點與胡家莊壩址相同，但庫容略小，目前正在修建的運煤專線從庫區(qū)內(nèi)通過，不具備建庫條件。

廟溝壩址位于已存在的淤地壩，庫容條件滿足要求，但匯流面積較大，有淤地壩，占地較大，該處壩址可作為備選。

深巖溝壩址位置合適，庫容較大，滿足要求，但近年來勘探發(fā)現(xiàn)局部有采空區(qū)，建庫條件較差。

經(jīng)綜合比較，胡家莊壩址的建庫條件較好，推薦采用此方案。

2 壩址選擇

胡家莊調(diào)蓄庫位于該縣窯洼鄉(xiāng)胡家莊村，擬利用現(xiàn)存的淤地壩，在淤地壩壩址上游建庫，根據(jù)現(xiàn)場踏勘，在馮子溝內(nèi)有兩處具備建壩條件，調(diào)蓄庫大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，庫地現(xiàn)狀淤積相對平整，庫底存在一定的積水，初步分析庫底基本不會滲漏，兩岸也未發(fā)現(xiàn)較大面積的灰?guī)r出露，覆蓋層相對較厚，滲漏問題可通過地勘工作了解。

2.1 上壩線

上壩線為規(guī)劃階段推薦位置，位于胡家莊村口，壩址位于兩河溝交匯處，該處地面高程1075m，壩頂高程1125m，地面以上最大壩高50m，壩長230m，調(diào)節(jié)庫容600萬m3，調(diào)蓄庫由大壩、溢洪道、供水沖沙洞等建筑物組成。

其優(yōu)點是庫盆面積較小，面積約5.4萬m2，蒸發(fā)滲漏較??；建筑物便于布置，左岸鞍部布置溢洪道，右岸布置供水洞和輸水洞，便于施工與導(dǎo)流。其缺點是該處地層上部為低液限粉土，下部為灰?guī)r、泥灰?guī)r，可能存在溶洞等滲漏問題；左壩肩相對單薄，正常蓄水位以上厚度不足50m，可能存在繞壩滲漏問題；該壩址處上游壩腳距離“人”字形凸岸30m，壩軸線沒有上移條件，下游壩坡坡腳已延伸至下游左側(cè)河溝中間，存在山溝泄洪及溢洪道泄洪對大壩下游壩腳的沖刷破壞等因素，需要對下游壩腳進行保護，工程量較大；庫尾存在淹沒該縣土地局已整治的土地約5.33hm2；右岸受水庫淹沒、浸沒需要拆遷胡家莊村15戶居民；該壩址下游約800m處，已建有一淤地壩，壩高約15m，無底孔泄洪，僅在右壩端頂部設(shè)置一條小型溢洪道。當水庫左側(cè)支溝匯流或水庫泄洪時，淤地壩前將蓄水，淹沒大壩下游壩腳，因此需對大壩下游壩面進行保護，工程量較大。若在此建庫，下游淤地壩基本沒有作用，為保護大壩安全，建議淤地壩拆除。

2.2 下壩線

考慮上壩址存在的諸多問題，擬將壩址下移，結(jié)合地形地貌，在下游已建的淤地壩前100m位置處建壩，作為下壩址條件。

下壩線位置距離上壩線約700m，接近馮子溝溝口，地面高程1057m，按照規(guī)劃的調(diào)蓄庫容600萬m3計算，壩頂高程1100m，地面以上最大壩高43m，壩長150m，調(diào)蓄庫由大壩、導(dǎo)流泄洪洞、供水洞等建筑物組成。

下壩線壩址區(qū)河道順直，河谷較窄，谷底寬約50m，工程量相對?。桓采w層較上壩線薄，便于壩基處理；壩體較上壩線安全，無下游壩腳沖刷和淹沒問題；下壩線建庫，庫區(qū)淹沒占地基本同上壩線。缺點是流域面積增大，庫盆面積13萬m2，蒸發(fā)滲漏較大；山體較高，河道順直，不便于布置溢洪道；存在淹沒庫尾國土局整治的5.33hm2耕地和移民安置問題；堯圪臺鄉(xiāng)（高程1080m）低于正常蓄水位1100m，15km管線水頭損失后不能自流供水；引黃洞線樁號總19+700.0—總21+000.0段穿過下壩線和庫區(qū)，長約1300m，需對引黃洞線結(jié)構(gòu)進行安全復(fù)核。

3 引黃輸水洞穿越淤地壩段原設(shè)計情況

樁號總17+167.01（改）—總21+182.39段，地面高程1066～1155m，隧洞埋深43～138m。隧洞圍巖為奧陶系下馬家溝組上段中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，巖性較硬。據(jù)鉆孔資料，該地層巖石采取率較高，巖體整體較為完整，該段地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育；巖體中主要發(fā)育走向N20°～40°E和N60°～80°W兩組高傾角節(jié)理裂隙；推測巖溶地下水位位于洞底以下；圍巖工程地質(zhì)為Ⅲ類，圍巖局部穩(wěn)定性差，不及時支護可能產(chǎn)生塌方或變形破壞，建議噴混凝土、系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)支護。建議圍巖單位彈性抗力系數(shù)1000～1500MPa/m，堅固系數(shù)4～5，泊松比0.23～0.26，變形模量7.5～10GPa。穿庫洞線范圍內(nèi)洞頂覆土最薄處位于壩軸線附近位置，厚約35.6m；從地面往下到洞頂圍巖類型分別為灰?guī)r、泥灰?guī)r和灰?guī)r，厚度分別為3.4m，24m和8.2m；沿壩址向水庫上游推移，此段洞頂覆土厚度從35.6m增加至85.6m。斷面類型為圓拱直墻形，斷面凈尺寸5.1m× 4.2m，Ⅲ類圍巖襯砌厚度300mm。采用“理正巖土計算6.0版隧洞襯砌設(shè)計”計算，輸入?yún)?shù)之圍巖壓力，垂直為29.76kN/m，水平為10.404kN/m；外水壓力折減系數(shù)為0.4；頂拱灌漿壓力為200kPa；內(nèi)水壓力水頭為0；外水壓力水頭為20m。

荷載組合：襯砌自重+頂巖壓力+側(cè)巖壓力+內(nèi)水壓力+外水壓力；襯砌自重+頂巖壓力+側(cè)巖壓力+內(nèi)水壓力+頂部灌漿壓力。經(jīng)計算，襯砌內(nèi)側(cè)縱筋最大面積3409.4mm2，外側(cè)縱筋最大面積3409.4mm2；拉結(jié)筋最大面積267.8mm2。截面尺寸（抗剪）驗算滿足規(guī)范要求。襯砌內(nèi)外側(cè)縱筋面積2576mm2。

4 復(fù)核計算

計算方法、荷載組合及荷載大?。ǔ馑畨毫Γ┚O(shè)計條件。

由于洞頂水庫蓄水后，根據(jù)引黃洞線距離規(guī)劃水庫最近的鉆孔ZK11A-11（壩軸線下游240m）資料可知，30～35m范圍巖石的透水率為30～35Lu，滲透系數(shù)為7.4m/d，滲透系數(shù)較大。本次復(fù)核計算外水壓力水頭按照水庫蓄水位1100m計算，與洞頂高程1021m的高差約79m。

經(jīng)計算，襯砌內(nèi)外側(cè)縱筋最大面積為13206.2mm2，截面尺寸驗算不滿足要求，需加大襯砌斷面尺寸。復(fù)核結(jié)果見表1。

表1 斷面結(jié)構(gòu)復(fù)核成果

經(jīng)計算，為滿足蓄水后引黃隧洞安全運行，需加強襯砌，預(yù)估增加投資1055萬元。

5 結(jié)論

綜合上下壩址優(yōu)缺點，加之引黃洞線段目前并未施工，經(jīng)論證分析，建議建設(shè)單位及時與引黃建管單位協(xié)商，增加此段的隧洞襯砌厚度，補償相應(yīng)差價，將節(jié)省投資，下壩線更有利于建壩。

TV641 ［

］C ［

］1004-7042（2016）11-0040-02

安普太（1983-），男，2006年畢業(yè)于河海大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)，工程師。

2016-09-15；

2016-10-21