岜木水庫工程壩址壩型方案的比選

曾雄

【摘 要】文章結(jié)合岜木水庫工程的地形、地質(zhì)條件，對3個壩址進(jìn)行初選，對右支溝上、下壩址及壩型進(jìn)行綜合比選后，推薦上壩址混凝土重力壩方案。對重力壩的泄流形式及消能防沖方案進(jìn)行比選后，溢流壩采用20 m無閘控溢流凈寬方案，消能采用底流消能方案。水庫樞紐建筑物主要由攔河壩、取水系統(tǒng)、輸水設(shè)施等建筑物組成。根據(jù)工程實際情況，對溢洪的方案進(jìn)行比選，并對工程總布置進(jìn)行設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】水庫工程；工程建設(shè)；方案；比選；總布置

【中圖分類號】TV221.2；TV64【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）03-0120-04

1 工程概況

岜木水庫壩址位于距岜木村高大坪東北方向約2.8 km、高程為1 125 m的岜木河上，處于花坪鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府所在地以南約12 km的位置。岜木河是百康河的支流，發(fā)源于花坪鎮(zhèn)以南岜木村的棉絮嶺、高大坪一帶，自南向北流經(jīng)岜木村大田屯、岜木屯、高樓屯，在黃巖腳流入地下，而后匯入花坪河地下河，繼續(xù)向北流出露匯入花坪河，再向西在雅長鄉(xiāng)巴扛屯附近匯入百康河，百康河繼續(xù)向西流經(jīng)百康村，于雅長鄉(xiāng)尾溝村注入南盤江。

岜木水庫是一座以供水、灌溉為主的綜合利用水庫。水庫正常蓄水位為1 174.00 m，總庫容為118.7萬m3，為?。?）型水庫，引水流量為0.20 m3/s，Ⅳ等工程。擋水壩、溢流壩等主要建筑物，按4級建筑物設(shè)計；其余為次要建筑物，按5級建筑物設(shè)計。擋水壩為混凝土重力壩，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇；消能防沖建筑物設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。岜木水庫規(guī)劃水平年向花坪鎮(zhèn)供水規(guī)模為0.04 m3/s。岜木水庫供水工程為Ⅳ等工程，主要建筑級別為4級，次要建筑物級別為5級。建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水設(shè)計，30年一遇洪水校核。

2 工程選址

2.1 壩址的選擇應(yīng)遵循的基本原則

在選擇壩址時，應(yīng)根據(jù)樞紐附近的地形、地質(zhì)條件，水流河勢條件和建筑材料、施工條件、樞紐布置等綜合研究決定。本工程屬水源工程，結(jié)合供水需求情況，壩址的選擇應(yīng)遵循以下幾條基本原則。

（1）地形條件：一般選在狹窄河谷處，壩軸線短，壩體工程量??；并且，壩址上游應(yīng)有一定河谷開闊地帶以獲取足夠的庫容。

（2）地質(zhì)條件：應(yīng)選擇地質(zhì)條件良好的地段，壩址處的岸坡要穩(wěn)定，以減少壩基處理及岸坡處理的工程量。

（3）河勢條件：壩址應(yīng)先選擇河道順直的河段，壩軸線應(yīng)盡量與河流流向正交，以利于布置泄洪建筑物，保證下泄洪水流順暢；當(dāng)必須與河流斜交時，交角不宜過小，否則既會增加壩體工程量，又會使泄洪水流不順。

（4）建筑材料：壩址附近應(yīng)有足夠符合要求的建筑材料。

（5）施工條件：壩址附近應(yīng)有適宜的地形布置施工場地；距離交通干線近，以便于交通運(yùn)輸。

（6）本工程為鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水水源工程，壩址比選時應(yīng)選取滿足供水需求的相同庫容方案。

（7）本工程為鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水水源工程，壩址比選時應(yīng)盡量靠近供水點(diǎn)，以減少輸水管道長度及投資。

岜木水庫規(guī)劃從岜木河建壩取水，以徹底解決花坪鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)、岜木村的人飲安全問題。按照建庫后供水必須滿足重力流的要求，雅長蘭科植物國家級自然保護(hù)區(qū)邊界約束及要滿足供水庫容需求，壩址可選范圍只能在岜木河中、上游，國家級自然保護(hù)區(qū)邊界以上，河道左側(cè)支溝下游河段、右側(cè)支溝下游河段或兩支溝的匯合口處河段。

匯合口壩址的壩線布置在雅長蘭科植物國家級自然保護(hù)區(qū)邊界上游約200 m處。左支溝壩址的壩線布置于匯合口上游左支溝400 m處。右支溝壩址的壩線布置于匯合口上游左支溝220 m處。

2.2 壩址方案初步比較

上述3個壩址方案初步比較如下。

（1）水文條件：3個壩址方案均能滿足保證率的要求，但在同庫容下，左支溝壩址方案的壩高最大，其次是右支溝壩址方案，壩高最低的為匯合口壩址方案。

（2）地形條件：3個壩址的地形條件均滿足樞紐布置要求。

（3）工程布置：3個壩址方案新建輸水管道長度相差不大。3個壩址方案攔河壩的土石方和混凝土工程量為匯合口壩址方案最大，右支溝壩址方案最小。

（4）施工條件：3個壩址方案均采用選擇分二期導(dǎo)流的方式。左支溝、右支溝導(dǎo)流布置方案基本相同，匯合口壩址方案因河床較寬，導(dǎo)流工程量最大。同時，由于匯合口壩址方案和左支溝壩址方案靠近雅長蘭科植物國家級自然保護(hù)區(qū)，對壩區(qū)施工布置不利。

（5）工程占地：左支溝、右支溝壩址方案工程占地面積相差不大，而匯合口壩址方案壩址處及左、右支溝大片坡地，目前已經(jīng)規(guī)劃為獼猴桃種植基地，征地范圍較大。

綜合上述，右支溝壩址方案較優(yōu)，故本階段不推薦匯合口壩址方案和左支溝壩址方案。

上述初選3個壩址方案比選中，右支溝壩址方案較優(yōu)，但壩基存在層間破碎帶，影響大壩抗滑穩(wěn)定性和安全性，雖然經(jīng)處理后大壩抗滑穩(wěn)定性可滿足規(guī)范要求，但基礎(chǔ)處理增加了工程投資和影響工程施工工期。據(jù)此，在右支溝已選壩址上游約230 m河段選一新壩址進(jìn)行右支溝上、下壩址方案比選。

2.3 2個壩址的綜合比較

2個壩址的綜合比較如下（見表1）。

（1）上、下壩址地形地貌相近，均滿足修筑混凝土壩和堆石壩的地質(zhì)條件。上、下壩址都是左岸山體較單薄，右岸山體較雄厚。從地形條件來看，2個壩址方案相當(dāng)。

（2）從地質(zhì)構(gòu)造來看，上壩址壩基破碎帶埋深大，對工程安全影響不大；下壩址壩基破碎帶埋深較淺，對大壩安全影響較大，需要進(jìn)行特殊處理。從地質(zhì)構(gòu)造來看，上壩址優(yōu)。

（3）從工程布置來看，上壩址壩高較低，壩線較長，下壩址壩高較高，壩線較短，但下壩址需要對壩基破碎帶進(jìn)行特殊處理。因此，從工程布置來看，上壩址優(yōu)。

（4）從施工導(dǎo)流及施工工期直接工程投資來看，2個方案的導(dǎo)流方式基本相同，但下壩址需要采用混凝土灌注樁對大壩的基礎(chǔ)層間破碎帶進(jìn)行處理，工期較長。

（5）從直接工程投資來看，上壩址的投資比下壩址的投資少757萬元。

（6）從工程占地及水庫淹沒來看，上壩址工程占地面積及水庫淹沒面積都比下壩址小，上壩址工程占地投資也比下壩址少13.16萬元。

綜上所述：右支溝上壩址方案在地質(zhì)條件、施工條件、主要工程量、工程投資、工程占地及水庫淹沒等方面均優(yōu)于右支溝下壩址方案，因此本階段岜木水庫工程推薦右支溝上壩址方案。

3 主要建筑物形式的選擇

根據(jù)壩址的地形、地質(zhì)及當(dāng)?shù)氐牟牧锨闆r，本次設(shè)計提出拱壩方案、混凝土重力壩方案及混凝土面板堆石壩3個方案進(jìn)行比較。

拱壩方案：結(jié)構(gòu)簡單，適宜在狹窄的河谷布置，但對河谷兩側(cè)壩肩的地質(zhì)要求較高。本工程壩址處河床比較狹窄，兩岸山坡比較陡峻，左岸山體較單薄，右岸山體稍雄厚，兩岸地形不對稱，均存在陡坎，地形上相差較大，不適宜修建拱壩。

混凝土重力壩方案：大壩、放水系統(tǒng)等建筑物工程布置緊湊，工程用地少，施工方便，管理方便，但對壩基要求較高，而本工程選用的壩址基巖巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)灰?guī)r，風(fēng)化程度在強(qiáng)風(fēng)化～微風(fēng)化間，其中弱風(fēng)化巖體完整，巖體強(qiáng)度滿足建筑物荷載要求，較為適宜修建混凝土重力壩。

混凝土面板堆石壩方案：可利用當(dāng)?shù)夭牧咸钪?，但需要將溢洪道、放水系統(tǒng)（放水塔）與大壩分開布置，由于壩址處無天然埡口利用，溢洪道布置困難，根據(jù)河道走向，溢洪道布設(shè)在右岸，岜木河為“V”形河谷，壩址部位兩岸山體雄厚，開挖邊坡很高，開挖工程量非常大；堆石壩方案各建筑物分散布置，管理、運(yùn)行不便。由于壩體較高，壩基需要占用約200 m河段，工程用地多。當(dāng)?shù)厥想m然豐富，但多處于雅長蘭科植物國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，石料需要到25 km外的樂業(yè)縣邏沙鄉(xiāng)毛洞屯時利和采石場購買，石料場遠(yuǎn)離壩址，運(yùn)距約25 km，費(fèi)用高，利用當(dāng)?shù)夭牧显靸r低的特點(diǎn)未能充分體現(xiàn)。

綜上所述，本階段岜木水庫工程推薦混凝土重力壩方案。

4 溢洪方案選擇

4.1 泄流形式及選擇

攔河壩的溢洪可采取有閘控或無閘控的開敞式溢洪方案?？紤]到本工程所在岜木河流域?qū)儆趤啛釒夂?，地勢較高，冬天嚴(yán)寒，夏天溫潤多雨，雨量充沛，降雨年內(nèi)分配不均，而且該流域洪水成因主要是受鋒面、西南低渦、切變線等類型的天氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的暴雨徑流形成。本工程所在的岜木河洪水由暴雨產(chǎn)生，由于地處山區(qū)，山坡陡，流域呈扇形，集水面積雖不大，但其洪水多為單峰形，一次洪水過程僅幾小時，呈現(xiàn)暴漲暴落的山區(qū)形洪水特征。暴雨期為5～8月。采用無閘控開敞式溢洪方案，結(jié)構(gòu)布置簡單，管理方便；而采取閘控式溢洪方案雖然可以抬高利用水頭，但水頭抬高有限，經(jīng)濟(jì)效益不明顯。因此，溢流壩段的溢洪采用不設(shè)閘門的開敞式溢洪方案。為了更經(jīng)濟(jì)、合理地布置攔河壩，提出以下3種溢流壩方案進(jìn)行比選。

方案一：16 m溢流凈寬方案。根據(jù)河槽寬度及在滿足進(jìn)水口及工程總體布置要求的前提下，盡可能大地提高泄流能力，以減少水庫的淹沒數(shù)量，本方案溢流壩采用2孔無閘控溢流壩，單孔凈寬8 m，溢流前沿總凈寬16 m，堰頂高程為1 174.0 m，壩頂高程為1 179.2 m。

方案二：20 m溢流凈寬方案。本方案采用2孔溢流壩，無閘控溢流壩。單孔凈寬10 m，溢流前沿總凈寬20 m，堰頂高程為1 174.0 m，壩頂高程為1 178.0 m。

方案三：24 m溢流凈寬方案。本方案采用2孔溢流壩，無閘控溢流壩。單孔凈寬12 m，溢流前沿總凈寬24 m，堰頂高程為1 174.0 m，壩頂高程為1 177.2 m。

溢流孔口尺寸方案投資比較見表2。

通過工程投資及水庫淹沒投資比較，方案一由于大壩最高，所以相應(yīng)投資較大。方案三由于溢流寬度稍寬，下游消力池需要更寬一些，雖然淹沒范圍最小，但投資較方案二仍稍大。因此，本次設(shè)計選擇較為經(jīng)濟(jì)的方案二（即20 m無閘控溢流凈寬方案）進(jìn)行大壩布置。

4.2 消能防沖方案選擇

壩址處下伏基巖為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，壩址鉆孔揭露埋深39.1～41.7 m處發(fā)育有層間破碎帶，破碎帶厚2～3 m，破碎帶往下游方埋深逐漸淺，在距壩軸線65 m下游處埋深僅為19.5 m，厚度約4 m。經(jīng)挑流消能計算，挑舌長度為82.0 m，挑射水舌挑距較遠(yuǎn)，水舌末端沖刷河道右岸岸坡，對右岸岸坡穩(wěn)定極為不利。若將溢流壩向左移動，則左岸壩肩山坡開挖量過大，造價高。壩址下游縱坡較陡，水位低、不穩(wěn)定，若采用面流消能方案，則會造成兩岸坡大沖刷，進(jìn)而影響壩址兩側(cè)邊坡的穩(wěn)定。底流消能水躍穩(wěn)定，安全可靠，消能效果好，下游水面波動小。因此，本工程的消能采用底流消能方案。

5 工程總體布置

水庫樞紐建筑物主要由攔河壩、取水系統(tǒng)、輸水設(shè)施等建筑物組成。

攔河壩采用混凝土重力壩型，主要包括溢流壩段，左、右岸重力壩段。水庫正常蓄水位為1 174.0 m，壩頂高程為1 178.0 m，最大壩高65.5 m，壩頂長191.50 m，壩頂寬5 m。攔河壩總體布置方案沿壩軸線從左到右的布置依次為左岸重力壩、溢流壩、右岸重力壩。

左重力壩布置在河床左岸，長度為86 m，壩頂高程為1 178.0 m，最大壩高60.0 m。

溢流壩布置在河床中部，長度為25.5 m，采用無閘控制開敞式實用堰，堰頂高程為1 174.0 m，溢流前緣總凈寬20 m。溢流壩下游采用下挖式消力池，消力池凈寬22 m，池長30 m，池深3.0 m，下游設(shè)長10 m的干砌石海漫。消力池之后采用長90 m、寬22 m的明渠與下游河道連接。

右岸重力壩布置在河床右岸，長度為80 m，壩頂高程為1 178.0 m，最大壩高60.0 m。

取水系統(tǒng)的放水塔布置在右岸重力壩段，采用壩體內(nèi)埋設(shè)內(nèi)徑為0.5 m的放水鋼管，鋼管進(jìn)口底高程為1 140.2 m。放水鋼管自壩腳引出后進(jìn)入閘閥控制房內(nèi)分岔成下游河道生態(tài)環(huán)境基流及灌溉、向花坪鎮(zhèn)供水2條管線。

6 結(jié)語

經(jīng)過上述比選，岜木水庫工程建設(shè)采用右支溝上壩址混凝土重力壩方案，溢流壩采用20 m無閘控溢流凈寬方案，消能采用底流消能方案。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]SL 252—2000，水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]SL 319—2005，混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范[S].

[3]SL 253—2005，溢洪道設(shè)計規(guī)范[S].

[4]SL 191—2008，水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[責(zé)任編輯：陳澤琦]