陽膽溪水庫工程樞紐區(qū)設(shè)計方案的探討

楊　曦,楊浩秋

(黔東南州水利電力勘察設(shè)計院,貴州 凱里 556000)

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陽膽溪水庫工程樞紐區(qū)設(shè)計方案的探討

楊曦,楊浩秋

(黔東南州水利電力勘察設(shè)計院,貴州 凱里 556000)

做好小型水庫的設(shè)計工作，可以為合理利用水資源提供一定的保障。該文對天柱縣陽膽溪水庫工程的設(shè)計方案進行了分析探討,簡述了天柱縣陽膽溪水庫樞紐區(qū)在設(shè)計過程中通過對水文、地質(zhì)、投資等項目進行技術(shù)比較后，對工程選址、壩型、泄水建筑物、輸水建筑物設(shè)計方案進行比選,最后確定設(shè)計方案。

水庫大壩；工程設(shè)計；方案選擇

陽膽溪水庫位于天柱縣白市鎮(zhèn)境內(nèi)，小溝溪上游的小溝溪村，小溝溪屬沅江水系清水江一級支流汶溪的小支流。小溝溪全流域面積7.94km2，主河長7.0km。規(guī)劃壩址以上流域面積5.05km2，主河長4.83km，平均坡降26.66‰。多年平均降雨量1207.5mm，多年平均徑流量281萬m3，多年平均流量0.089m3/s。陽膽溪水庫是天柱縣縣城區(qū)域骨干調(diào)蓄工程，工程建設(shè)規(guī)模為?、判?，工程等別為Ⅳ等，主要永久性建筑物為4級，次要永久性水工建筑物級別為5級。

1　工程概況

陽膽溪水庫規(guī)劃壩址位于天柱縣白市鎮(zhèn)小溝溪村小溝溪，陽膽溪水庫工程是根據(jù)地形地質(zhì)條件，在滿足用水要求條件下，按有利于工程總體布置，同時淹沒損失少的要求進行選址。經(jīng)現(xiàn)場勘測，陽膽溪水庫壩址選擇可開發(fā)區(qū)域十分有限，小溝溪全流域面積7.94km2，主河長7.0km。根據(jù)工程任務與規(guī)模的研究，陽膽溪水庫的主要任務是供水、灌溉。根據(jù)當?shù)氐匦蔚孛矖l件選擇小溝溪中部即小溝溪4.5～4.8km河段作為壩址選擇的最佳河段。所選河段位于白市——小溝溪鄉(xiāng)村公路邊，施工條件好，交通較為便利[1]。

壩址區(qū)河谷發(fā)育特征按河谷形態(tài)為“V”形谷，按河谷生成類型為構(gòu)造侵蝕河谷。區(qū)內(nèi)出露地層主要為下江群隆里組、第四系殘積積層及沖洪積層。河谷基本為橫谷，局部為縱谷。谷底高程300～315m，河床寬15～20m,河谷橫斷面呈較對稱“V”形谷，壩址區(qū)兩岸邊坡較陡，左岸邊坡角30°～40°，右岸邊坡角35°～50°。左岸巖體全風化層垂直深度0～7m，強風化帶深7～14m，中等風化帶11～15m。右岸巖體全風化帶垂直深度0～2m，強風化帶垂直深度7～13m，中等風化帶垂直深度10～12m。根據(jù)壩段條件，選擇兩個壩址進行比較。上壩址選在小溝溪上游500m處，出露巖性地層為上元古界下江群平略組(Pt3p)灰、深灰色粉砂質(zhì)板巖[2]。下壩址選在上壩址下游約300m處，出露地層為上元古界下江群平略組(Pt3p)灰、深灰色粉砂質(zhì)板巖，壩址綜合比較見表1。

綜合比較地形地質(zhì)條件、工程布置、上壩交通、施工條件等方面，下壩址方案比上壩址方案具有一定的優(yōu)勢，因此推薦下壩址為選定壩址。

2　壩型選擇

根據(jù)前述所選壩址條件，從基本工程地質(zhì)條件以及天然建材條件來看，適宜壩型為面板堆石壩。

表1　壩址方案綜合比較表

3　泄水建筑物的選擇

根據(jù)選定的壩址及壩型，大壩采用下壩址混凝土面板堆石壩方案，面板堆石壩一般采用岸邊溢洪道泄洪，在集水面積及泄流量均較小的情況下，也可考慮采用壩身泄洪的方式泄洪。由于本工程壩址以上集水面積為5.05km2,由調(diào)洪計算知，P=0.33%校核洪峰流量為83.9m3/s,對應的水庫水位為333.65m,最大泄流量為60.9m3/s；溢洪道設(shè)計下泄流量小，適宜采用壩頂溢流的方式泄洪；兩種泄洪方式從理論上說，都可滿足泄洪要求，但從選取的壩線地形條件來看，兩岸地形坡度整體較陡，無有利地形布置岸邊溢洪道，溢洪道整體開挖邊坡高，投資大，需考慮側(cè)槽式溢洪道減小進水渠開挖。對壩頂溢洪道及側(cè)槽式溢洪道兩種泄洪方式進行比較[3]。

(1)投資方面：側(cè)堰方案溢洪道總投資較壩頂溢洪道方案多139萬元，投資方面，壩頂溢洪道方案較優(yōu)。

(2)水流條件及工程風險方面：壩頂溢洪道為正堰，控制段水流條件較好，流態(tài)簡單；而側(cè)堰方案，由于是側(cè)向進水，且側(cè)槽段內(nèi)水流為螺旋流，水流流態(tài)較為復雜，因此，從水流條件方面來看，壩頂溢洪道較好。

(3)工程風險方面：國內(nèi)外眾多事例表明，側(cè)堰型溢洪道技術(shù)條件成熟，可滿足工程正常運行。壩頂溢洪道在集水面積及泄流量均較小的情況下，國內(nèi)外也有成功經(jīng)驗可以借鑒。參照已建混凝土面板堆石壩壩頂泄洪工程，如我國榆樹溝壩及桐柏下庫壩等，工程可正常運行。

綜上所述，兩方案技術(shù)可行，但側(cè)槽溢洪道投資較壩頂溢洪道方案多139萬元，且壩頂溢洪道為正堰，其水力條件簡單，沒有側(cè)堰溢洪道的高邊坡問題。因此，推薦采用壩頂溢洪道方案。

4　輸水建筑物選擇

本工程推薦壩型為混凝土面板堆石壩，壩型條件決定了本工程取水建筑物不適于采用壩體內(nèi)埋管方式，根據(jù)壩址處地質(zhì)條件，設(shè)計作了左右岸隧洞取水兩種方案比選。

方案一：左岸隧洞方案，導流兼引水建筑物布置在左岸，由取水塔、引水隧洞、出口閘室及消力池組成。全長243.35m，其中進口取水塔段長23.27m，洞身段長194.21m；出口閘室段11.51m,出口明渠消力池段長14.36m。洞線在平面上設(shè)置一段轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑為12m,隧洞在施工導流期作施工導流用，待大壩施工完后導流隧洞進口段封堵，其余段采用龍?zhí)ь^式改造為洞內(nèi)布設(shè)引水鋼管的無壓洞，導流洞進口段待主體工程施工完畢后采用混凝土進行封堵兼做無壓引水隧洞。

方案二：右岸隧洞方案，該方案塔式取水口布置于右岸，取水塔布置同方案一。漸變段后接引水隧洞，引水隧洞平面上呈U形布置，進口中心高程310.0m，末端中心高程309.73m；各段采用圓弧線連接，圓弧轉(zhuǎn)彎半徑12.0m。取水隧洞總長264.55m,隧洞尺寸為3.0m×3.0m(寬×高)隧洞出口設(shè)置與左岸布置相同。

兩方案綜合比選如下：

(1)樞紐布置方面：右岸隧洞表層地形變化影響較小，但出口輸水管線需跨河布置，位于溢洪道下游，整體協(xié)調(diào)性較差；左岸隧洞受表層地形變化影響較小，整體布置平順協(xié)調(diào)，與大壩樞紐其他建筑物沒有沖突。因此，從樞紐整體協(xié)調(diào)性來看，左岸隧洞較優(yōu)。

(2)施工方面：左岸及右岸隧洞開挖及洞內(nèi)施工條件一致，但右岸隧洞平面布置上需轉(zhuǎn)彎兩次，較左岸隧洞長70m左右，兩方案與大壩、溢洪道不存在施工相互干擾，對工程整個工期不會造成不利影響[4]?？偟膩碚f，在施工條件方面，兩方案各有優(yōu)劣，條件相當。

(3)工程投資方面：左岸隧洞總投資為502萬元，右岸隧洞總投資為600萬元，左岸隧洞較右岸隧洞節(jié)省投資98萬元，左岸隧洞較優(yōu)。

綜上所述，兩方案技術(shù)條件上均可行，施工條件相當，但左岸隧洞在樞紐總體布置、工程投資中占有優(yōu)勢，因此，本階段設(shè)計推薦采用左岸隧洞方案，即采用左岸取水隧洞方式取水。

5　總體布置綜述

樞紐區(qū)總體布置為鋼筋混凝土面板堆石壩+壩頂開敞式溢洪道+左岸導流放空洞兼引水進口工程等建筑物組成。

5.1鋼筋混凝土面板堆石壩設(shè)計

壩區(qū)布置在小溝溪村上游約1.0km處，鋼筋混凝土面板堆石壩壩頂高程為335.0m，壩頂長87.8m，壩河床段趾板基面高程為305.0m，壩頂寬度6.0m，最大壩高30.0m。上游壩坡1∶1.4、下游壩坡1∶1.5。

5.2壩頂溢洪道

泄水建筑物采用壩頂溢洪道，布置壩體中部，基礎(chǔ)處于堆石體上。溢流堰為開敞式駝峰堰，堰頂高程332.0m。堰頂上設(shè)置8.0m寬2跨交通橋，溢流堰寬度為17.0m(含1m厚橋墩)，過流斷面為矩形。溢洪道由駝峰堰、泄槽段、反弧段及消力池組成，總長度77.74m。溢洪道底板采用60cm厚C35鋼筋混凝土襯砌；導墻采用C25鋼筋混凝土。

5.3導流兼引水隧洞

導流兼引水隧洞總長217.48m，洞線在平面上設(shè)置1段轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑為12m。導流洞為無壓洞，城門洞型，洞斷面尺寸為3m×3m(寬×高)，底板高程為309.0m，導流洞進口段待主體工程施工完畢后進行封堵兼作無壓引水隧洞，供水及灌溉引水進口孔口為2m×2m(寬×高)矩形斷面，進口底板高程為312.68m，設(shè)平板檢修閘門控制，之后漸變?yōu)橹睆?.8m的壓力鋼管，鋼管布置于洞內(nèi)直至出口[5]。出口處鋼管一分為三，左側(cè)接直徑為0.5m的供水及灌溉引水管，右側(cè)接直徑為0.15m的環(huán)境生態(tài)放水管，中間保持直徑0.8m壓力鋼管作為放空管，分別用相應的閘閥控制。

6　結(jié)　論

新建的小型水庫工程中由于地形地貌、地質(zhì)條件、投資等方面的約束，需對設(shè)計方案進行分析比較以達到符合工程實際建設(shè)的目的，更好更快的使工程能實施并發(fā)揮其效益。

[1]朱珺.坪底水庫樞紐布置及工程設(shè)計[J].山西水土保持科技,2014(4):42-43.

[2]楊麗君.雙峰寺水庫樞紐布置方案設(shè)計[J].水科學與工程技術(shù),2015(2):36-38.

[3]楊祥.灰依水庫工程首部樞紐總體布置設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應用,2015(29):224.

[4]范凱,李忠恒.大河水庫工程樞紐布置及設(shè)計探討[J].中國農(nóng)村水利水電,2013(10):82-84.

[5]張凌峰.松峪水庫樞紐工程方案比選分析[J].山西水利科技,2014(3):44-45.

楊曦(1981-)，男,苗族,工程師,主要從事水工設(shè)計方面的工作。

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