下泊水庫工程壩址和壩型比選方案設(shè)計(jì)

孫文龍

(遼寧省大石橋市建一水利服務(wù)站， 遼寧 大石橋 115100)

下泊水庫工程壩址和壩型比選方案設(shè)計(jì)

孫文龍

(遼寧省大石橋市建一水利服務(wù)站， 遼寧 大石橋 115100)

下泊水庫是固村河唯一的控制性調(diào)蓄工程。工程區(qū)的地形地質(zhì)條件是決定壩址選擇的關(guān)鍵因素，而壩址是確定壩型的基礎(chǔ)。對比擬選的兩個(gè)壩址，其工程地質(zhì)條件無大的差異，對建壩無制約性因素。對壩型確立的幾方面要素進(jìn)行系統(tǒng)分析，對混凝土面板堆石壩、瀝青混凝土心墻堆石壩及均質(zhì)土壩三種壩型進(jìn)行技術(shù)比較，確定三種壩型均滿足建壩要求，從防滲性能、壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工條件等方面綜合比較之后，認(rèn)為混凝土面板堆石壩更有優(yōu)勢。

下泊水庫； 壩址； 壩型； 對比

1 前 言

下泊水庫位于固村河泊圪塔村河段，行政區(qū)劃屬于山西省晉城市沁水縣柿莊鎮(zhèn)。柿莊鎮(zhèn)可用地表水源主要是柿莊河及其上游支溝固村河、楊村河，目前各條河溝上均未修建調(diào)蓄工程。為有效利用雨洪資源，提高防洪減災(zāi)抗旱應(yīng)急能力[1]，改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)沁水縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建全縣“H”形(兩縱一橫)、多源互補(bǔ)、穩(wěn)定可靠、配置高效的大水網(wǎng)，形成覆蓋全縣的供水水系，建設(shè)下泊水庫及配套供水管網(wǎng)是非常必要的。

坡體穩(wěn)定性對工程影響以及工程處理難度是壩址選擇的主要影響因素[2]。通常每個(gè)壩址都有幾種壩型方案供選擇，各個(gè)方案互有優(yōu)缺點(diǎn)[3]。根據(jù)下泊水庫所在地區(qū)地形地質(zhì)條件等有關(guān)情況的詳細(xì)論證，提出3種壩型方案，通過比較獲得最優(yōu)壩型。

2 工程區(qū)流域概況

沁河是晉城市境內(nèi)最大的河流，屬黃河支流。沁河流域內(nèi)大部分為土石山區(qū)，尤其是鄭莊鎮(zhèn)以上的沁河干流兩岸，峰巒重疊、山高谷深、盆地穿插、地形相當(dāng)復(fù)雜(見圖1)。沁河流域地貌在沁水境內(nèi)主要為山丘河谷盆地。固村河位于柿莊河右岸支流，為端氏河的二級支流，流域內(nèi)自然村10個(gè)，人煙稀少，森林覆蓋較好。固村河至柿莊村村西入河口，河長15.1km，流域面積58.9km2，流域平均比降15.45‰，到下泊水庫斷面河長11km，控制面積42.3km2，平均比降17.13‰。擬建下泊水庫是固村河上唯一的控制性調(diào)蓄工程。

3 壩址的選擇

3.1 工程等別

下泊水庫總庫容290萬m3，設(shè)計(jì)水平年控制下游灌溉面積9254畝。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2000)，該工程為Ⅳ等小型工程，最大壩高37.9m，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，主要建筑物為4級，包括大壩、導(dǎo)流泄洪供水洞及溢洪道。該工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，相應(yīng)洪峰流量Q=287.3m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，相應(yīng)洪峰流量Q=591.9m3/s。

圖1 下泊水庫流域所在位置示意圖

3.2 壩址選線

對固村河出口以上河段進(jìn)行踏勘，整個(gè)踏勘河段地形條件較為一致，均沒有較為開闊的庫盤地形，且河床內(nèi)多分布自然村莊。其中自固村河出口向上游至泊圪塔村約4km河段，兩岸岸坡平緩，溝壑縱橫，村落密集，間距0.3～0.8km不等；從泊圪塔村向上至團(tuán)立村，河長約1.7km，兩岸地形相對陡峻，多沖溝發(fā)育，時(shí)有基巖出露；從團(tuán)立村向上，村落分布又開始密集，最近兩村莊間距僅為0.2km。

根據(jù)《山西省小型水庫更新建設(shè)工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》(以下簡稱《指導(dǎo)意見》)，有移民的壩址原則不予考慮，整個(gè)固村河道上，最具建庫地形條件的為泊圪塔村至團(tuán)立村河段。此河段兩岸各發(fā)育沖溝3條，此階段在該河段選擇了兩個(gè)壩址方案，其中下壩址位于泊圪塔村以上約150m，上壩址位于下壩址以上約450m。

3.3 壩址地形地質(zhì)條件

通過對兩壩址地形地質(zhì)條件的對比情況來看(見表1)，上、下壩址工程地質(zhì)條件無大的差異，無制約性因素，均能建壩。

圖2 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分析極點(diǎn)等密圖

項(xiàng) 目上 壩 址下 壩 址對比結(jié)果地形地貌 低中山區(qū),河谷呈“U”形,河床海拔高程942～944m,現(xiàn)代河床寬20～30m,河流流向SW向,河道縱坡2%～3%。左岸壩肩為耕地,近河床處基巖裸露,岸坡坡度10°～44°。右岸為4級耕地,1～3級耕地較為寬闊,為原始Ⅰ級、Ⅱ級階地,整體岸坡坡度21° 低中山區(qū),河谷呈“U”形谷,河床海拔高程936～938m,現(xiàn)代河床寬41～60m,河流流向由SSE轉(zhuǎn)變?yōu)镾SW,主流位于河道右側(cè),河道縱坡1%～1.5%。兩岸發(fā)育Ⅰ～Ⅱ級階地。左岸壩肩為較寬山脊,山頂寬約50m,上游為熟椿溝,下游為7號沖溝。左岸主要有3級耕地,岸坡坡度15°～35°。右岸山體較為雄厚,上游發(fā)育2號沖溝,岸坡走向呈近南北向,主要有五級耕地,岸坡總體坡度15°差異較小地層巖性主要為二疊系上統(tǒng)石千峰組及第四系松散堆積主要為二疊系上統(tǒng)石千峰組及第四系松散堆積無差異地質(zhì)構(gòu)造上壩址次級構(gòu)造不發(fā)育,主要發(fā)育三組節(jié)理裂隙主要發(fā)育4條斷層(f6、f7、f8、f9),左岸主要發(fā)育三組節(jié)理,右岸發(fā)育四組節(jié)理上壩址略優(yōu)地下水碎屑巖類孔隙水、松散巖類孔隙水碎屑巖類孔隙水、松散巖類孔隙水無差異主要地質(zhì)問題壩基滲漏,繞壩滲漏,邊坡穩(wěn)定,基坑涌水壩基滲漏,繞壩滲漏,邊坡穩(wěn)定,基坑涌水無差異

4 壩型選擇及比較

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，工程區(qū)內(nèi)砂礫石主要分布于現(xiàn)代河床內(nèi)，受耕地和兩岸堆積黃土的影響，粉、黏粒含量較高，質(zhì)量差且儲(chǔ)量較少，不宜開采。工程區(qū)1km范圍內(nèi)土料及爆破料儲(chǔ)量均較豐富，該階段選擇混凝土面板堆石壩、瀝青混凝土心墻堆石壩及均質(zhì)土壩三種壩型進(jìn)行技術(shù)比較。

通過對壩址區(qū)兩岸地形地質(zhì)條件、樞紐布置、壩體滲透穩(wěn)定性、壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工方案、主要工程量等的探討來選擇優(yōu)勢更大的壩型作為推薦方案。

4.1 地形地質(zhì)條件

左壩肩高程954m以上基巖裸露，岸坡坡度35°；954m以下為三級耕地，岸坡坡度11°。耕地多為二元結(jié)構(gòu)，上部為人工堆積低液限黏土，厚4～6m，稍密—中密，地基濕陷等級為Ⅰ級(輕微)，遇水易崩解，為高壓縮性土，微透水層；其下為階地卵礫石層，厚1～2m，紅褐色、灰色，中密，稍濕，中等透水層；0-057～0+042段基巖巖性為二疊系上統(tǒng)石千峰組第一亞組(P2sh1)中厚—厚層狀泥巖，0+042～0+094段基巖巖性為二疊系上統(tǒng)石千峰組第二組(P2sh2)薄層狀—中厚層狀砂巖，夾有兩層紅褐色中厚層狀泥巖不連續(xù)夾層，與砂巖呈楔形交錯(cuò)。強(qiáng)風(fēng)化厚2～3m，弱風(fēng)化厚12～15m。壩肩主要發(fā)育3組節(jié)理，無不利結(jié)構(gòu)面組合。

右壩肩岸坡走向182°，分布五級耕地，岸坡整體坡度14°。高程985m以上基巖出露，坡度31°；985m以下為人工堆積低液限黏土或中更新統(tǒng)離石組沖積低液限黏土，厚3～10m，具濕陷性，具低—高等壓縮性?；鶐r巖性為二疊系上統(tǒng)石千峰組第二組(P2sh2)薄層狀—中厚層狀砂巖，夾有兩層紅褐色中厚層狀泥巖不連續(xù)夾層，與砂巖呈楔形交錯(cuò)。強(qiáng)風(fēng)化厚2～4m，弱風(fēng)化厚12～15m。壩肩主要發(fā)育3組節(jié)理。

兩岸基巖的自然邊坡滿足面板壩、心墻壩及均質(zhì)土壩對岸坡的要求，但面板壩防滲線相對較長，趾板的開挖量相對較大，施工有一定難度；各壩型方案壩體輪廓線內(nèi)的人工堆積黏土和離石組黃土因具濕陷性和壓縮性，擬全部挖除。

從壩址處的地形地質(zhì)條件看，均可滿足上述三種壩型的建壩要求；從防滲體基礎(chǔ)開挖施工難度考慮，面板壩工作量稍大。

4.2 壩體滲透穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

防滲設(shè)計(jì)對土石壩來說是關(guān)鍵所在[4-5]，防滲體的抗?jié)B能力、抗沖蝕能力、滲漏量及防滲體與壩殼料之間的層間關(guān)系，都是壩體滲流控制的決定因素(見表2)。

表2 三種壩型的滲透穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對比

4.3 施工方面

4.3.1 氣候條件對施工的影響

工程區(qū)屬寒冷地區(qū)，瀝青混凝土心墻施工不受冬季溫度影響；混凝土面板壩的面板施工需避開冬季，兩壩型壩體填筑部分均可全年進(jìn)行；均質(zhì)土壩采用黏性土料填筑，施工受嚴(yán)寒及降雨天氣影響較大。

4.3.2 圍堰布置

該工程壩址河段河道較窄，可充分發(fā)揮瀝青混凝土心墻壩及均質(zhì)土壩圍堰與壩體相結(jié)合的特點(diǎn)，加快施工進(jìn)度；混凝土面板壩圍堰與壩體則需分開布置。

4.3.3 施工進(jìn)度

混凝土面板壩防滲結(jié)構(gòu)(含基礎(chǔ)帷幕灌漿)與壩體填筑施工相互干擾小，而瀝青混凝土心墻壩與均質(zhì)土壩則需先完成壩基防滲后再填筑壩體，在不考慮氣候影響條件下，壩體填筑施工進(jìn)度較其他兩種壩型快；但瀝青混凝土心墻與面板及黏性土料相比，可適應(yīng)不同氣候特點(diǎn)，壩體可全年施工。

4.4 主要工程量比較

三種壩型中，混凝土面板壩壩坡最陡，壩體斷面最小，壩體填筑工程量也最小，瀝青混凝土心墻壩居中，均質(zhì)土壩壩坡最緩，壩體填筑工程量最大；混凝土面板壩趾板對基礎(chǔ)要求較高，基座在強(qiáng)風(fēng)化層下部，且因趾板線較壩軸線長，基礎(chǔ)巖石開挖量較瀝青混凝土心墻壩和均質(zhì)土壩大；混凝土面板壩靠上游混凝土面板防滲，混凝土及鋼筋制安工程量較其他兩種壩型大(見表3)。

表3 各壩型主要工程量比選

5 結(jié) 論

a.泊圪塔村至團(tuán)立村河段建庫地形條件最好，該河段的上、下兩個(gè)壩址的地形地質(zhì)條件無大的差異，無制約性因素，均能建壩，但是考慮到上壩址更具有地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢，確立上壩址為最終建壩壩址。

b.三種壩型對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)能力都較強(qiáng)，均滿足建壩的要求，在技術(shù)上也都可行，但從防滲性能、壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工條件等方面綜合比較，混凝土面板堆石壩相對有優(yōu)勢，最終選擇混凝土面板堆石壩進(jìn)行工程區(qū)施工建設(shè)。

c.下泊水庫以供水、防洪為主，現(xiàn)進(jìn)入試運(yùn)行階段，經(jīng)合理調(diào)度，大壩的滲流、變形及穩(wěn)定總體處于正常狀態(tài)。

[1] 孫偉星.如何做好水庫安全管理工作[J].水利建設(shè)與管理，2011(5)：50-51.

[2] 吳世勇，王堅(jiān)，王鴿.卡拉水電站邊坡穩(wěn)定及對壩址選擇影響分析研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(S1)：3216-3221.

[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(8)：62-66.

[4] 王東.土石壩滲漏成因及處理方法[J].水利建設(shè)與管理，2009(12)：70-71.

[5] 李德群.土石壩體(基)滲漏勘察與分析[J].水利建設(shè)與管理，2015(12)：39-43.

Design of damsite and dam type comparison and selection plan in Xiabo Reservoir

SUN Wenlong

(LiaoningDashiqiaoJiangyiWaterConservancyServiceStation,Dashiqiao115100,China)

Xiabo Reservoir is the only controllable regulation and control project in Gucun Village. Topography and geological conditions in the project area are key factors to determine the selection of damsite. Damsite is the foundation to determine dam type. Two proposed damsites are compared, the geological conditions of the project is not different greatly. There are no conditionality factors on dam construction. Factors in several aspects for dam type establishment are analyzed systematically. Three dam types are compared technically, including concrete faced rockfill dam, asphalt concrete core-wall rockfill dam and homogeneous earth dam. It is determined that the three dam types meet the requirements on dam construction. It is believed that concrete faced rockfill dam has more advantages after comprehensive comparison in the aspects of seepage control performance, dam body structure stability, construction conditions, etc.

Xiabo Reservoir; damsite; dam type; comparison

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.02.012

TV221

B

1005-4774(2017)02- 0045- 05