大黃沖水庫(kù)工程建設(shè)方案比選

謝莉

【摘 要】結(jié)合大黃沖水庫(kù)工程地形、地質(zhì)條件、規(guī)模要求和需水量分析，推薦采用混凝土重力壩方案。對(duì)重力壩的泄流及消能防沖方案進(jìn)行比選后，溢流壩選用開敞式溢洪方案，消能采用底流消能方案。水庫(kù)樞紐建筑物主要由大壩、泄水建筑物、供水建筑物等組成。文章根據(jù)工程實(shí)際情況選擇益洪方案，并對(duì)工程總體布置進(jìn)行了介紹。

【關(guān)鍵詞】水庫(kù)工程；工程建設(shè)；方案；比選；總體布置

【中圖分類號(hào)】TV632 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）07-0101-02

1 工程概況

大黃沖水庫(kù)位于昭平縣鳳凰鄉(xiāng)營(yíng)盤村，水庫(kù)附近有黃姚到賀州二級(jí)公路、賀州至梧州高速高速公路經(jīng)過，壩址距鳳凰鄉(xiāng)政府所在地約8 km，距賀州市約50 km，距昭平縣城約85 km。壩址位于西江水系桂江支流富群水支流的大黃沖支流上，流域地理為北高南低，河流發(fā)源于海拔644.6 m的將軍嶺，流域海拔高程為215～644 m，屬山區(qū)性河流。大黃沖水庫(kù)控制集雨面積6.88 km2，壩址以上主河道長(zhǎng)4.80 km，河流平均坡降為38.7‰。

大黃沖水庫(kù)壩址位于昭平縣鳳凰鄉(xiāng)鰲獅屯西北面1.0 km處，工程任務(wù)規(guī)劃為供水為主的水利工程，即大黃沖水庫(kù)承擔(dān)鳳凰鄉(xiāng)政府駐地及營(yíng)盤村等10個(gè)村共3.38萬人的生活、工業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)用水任務(wù)。水庫(kù)樞紐建筑物主要由擋水建筑物、泄水建筑物、供水建筑物、交通工程及附屬建筑物等組成。水庫(kù)正常蓄水位為254 m，總庫(kù)容為320萬m3，興利（有效）庫(kù)容為264萬m3。大黃沖水庫(kù)供水流量為0.15m3/s，放入原河道的生態(tài)基流量為0.02m3/s。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252—2017）的規(guī)定，大黃沖水庫(kù)為?。?）型水庫(kù)，工程等別為IV等。攔河大壩、泄水建筑物、供水建筑物進(jìn)口及副壩等主要建筑物，按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)；其余為次要建筑物，按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。大黃沖水庫(kù)混凝土主壩及副壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水位為255.29 m，校核洪水位為255.69 m。土石壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水位為255.09 m，校核洪水位為255.83 m。消能防沖建筑物為5級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

2 工程選址

在選擇壩址時(shí)應(yīng)根據(jù)樞紐附近的地形地質(zhì)條件、水流河勢(shì)條件、建筑材料、施工條件、樞紐布置等綜合研究決定。本工程屬新建水庫(kù)工程，工程壩址的選擇及選線應(yīng)遵循以下幾條基本原則。

（1）大黃沖水庫(kù)的主要任務(wù)是為鳳凰鄉(xiāng)政府駐地及營(yíng)盤村等10個(gè)村提供生活、工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)用水，與黃砂沖水庫(kù)、底沖水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行，滿足正常供水需求，因此應(yīng)選擇水量充沛、供水保證率高、水質(zhì)較好的水源點(diǎn)。

（2）選擇距離本工程受水區(qū)較近的水源點(diǎn)。

（3）選擇地質(zhì)條件好，在適合工程主要建筑物布置的前提下工程量和投資較省的壩址。

（4）選擇施工條件較好、淹沒影響較少的壩址。

（5）選擇在滿足供水要求的情況下，投資較省的供水線路方案。

（6）選擇便于運(yùn)行、管理的工程地址和線路。

根據(jù)規(guī)模要求和需水量分析，大黃沖水庫(kù)承擔(dān)鳳凰鄉(xiāng)政府駐地及營(yíng)盤村等10個(gè)村共3.38萬人的生活、工業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)用水任務(wù)。大黃沖壩址干流上游1.95 km處建有黃沙沖水庫(kù)，支流匯入口以上2.91 km處建有底沖水庫(kù)，2座已建水庫(kù)均為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，且下游區(qū)間河道集雨面積較小、來水量小，河段內(nèi)不適宜建設(shè)具有調(diào)節(jié)功能的水利工程。經(jīng)綜合分析，在2條河流匯合口以上任何單條河流斷面建設(shè)水庫(kù)均不能滿足供水需求，因此本次新建水庫(kù)工程壩址只能選擇在底沖支流匯入口下游。而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形條件，河流匯合口往下只有150 m左右是高山峽谷地帶，再往下是開闊的農(nóng)田和村莊，已無建壩條件。因此，壩址只能在河流匯合口往下的150 m范圍內(nèi)選擇，根據(jù)布置，壩軸線選在河流匯合往下游50 m處。

3 主要建筑物形式選擇

根據(jù)選定的壩址方案，設(shè)計(jì)擬選擇混凝土重力壩和瀝青混凝土心墻堆石壩2個(gè)方案。2個(gè)方案比較如下。

（1）地形地質(zhì)條件：在選定的壩址處比較瀝青混凝土心墻堆石壩和混凝土重力壩2種壩型。從地形、地質(zhì)條件看，均能滿足要求。

（2）基礎(chǔ)處理難易程度：重力壩方案兩岸山體不對(duì)稱，呈“V”字形。左岸岸坡覆蓋層較薄，厚0～1.5 m，下伏基巖風(fēng)化程度不深，巖體透水率5 Lu界線埋深10.0～20.0 m；河床巖體透水率5 Lu界線埋深7～10.0 m；右岸岸坡覆蓋層較薄，厚0～1.5 m，但下伏基巖巖體透水率5 Lu界線埋深33～51.0 m。左岸及河床透水率5 Lu界線埋深較淺，右岸透水率5 Lu界線埋深較大。因此，重力壩方案左岸和河床基礎(chǔ)處理相對(duì)簡(jiǎn)單，右岸基礎(chǔ)處理難度較大。

而布置瀝青心墻堆石壩方案由于上游壩腳受兩條河流匯合的限制，壩軸線與混凝土重力壩軸線在右岸基本重合，左岸在重力壩軸線下游40～100 m，根據(jù)地質(zhì)資料，左岸巖體透水率5 Lu界線埋深為20.0～40.0 m，河床巖體透水率5 Lu界線埋深約45 m，右岸巖體透水率5 Lu界線埋深為26～32 m。左岸透水率5Lu界線埋深較淺，右岸及河床透水率5 Lu界線埋深較大。故堆石壩方案左岸基礎(chǔ)處理相對(duì)簡(jiǎn)單，右岸和河床基礎(chǔ)處理難度較大。

從基礎(chǔ)處理難易程度看，混凝土重力壩優(yōu)于瀝青心墻堆石壩。

（3）樞紐建筑物布置條件：混凝土壩由左、右岸非溢流壩和中間溢流壩組成，溢流壩下游設(shè)置消力池，右岸布置上壩公路連接下游現(xiàn)有公路，整體工程布置緊湊。堆石壩方案溢洪道需劈山形成，開挖工程量大，且形成大范圍的高邊坡。從樞紐建筑物布置條件看，混凝土重力壩方案更優(yōu)。

（4）工程占地：混凝土重力壩方案各建筑物布置緊湊，堆石壩方案建筑物布置相對(duì)分散，因此壩區(qū)永久占地混凝土重力壩方案較堆石壩方案少約7.2 hm2。從工程占地投資及征地實(shí)施難易程度上看，混凝土重力壩方案更優(yōu)。

（5）施工條件及施工工期：2個(gè)方案施工場(chǎng)地布置基本相同，施工導(dǎo)流布置存在很大區(qū)別?；炷林亓尾捎梅制趯?dǎo)流的施工方案，一期采用明渠導(dǎo)流、二期采用底孔導(dǎo)流，導(dǎo)流工程簡(jiǎn)單，施工總工期為26個(gè)月。堆石壩方案采用一次攔斷河床，利用隧洞導(dǎo)流，導(dǎo)流工程量大，施工總工期為24個(gè)月。從施工條件及施工工期看，兩者相當(dāng)，但隧洞施工工期存在較大的不確定性。

（6）天然建筑材料供應(yīng)條件：根據(jù)地質(zhì)調(diào)查情況，混凝土重力壩所需砂料和混凝土粗骨料可到公會(huì)鎮(zhèn)建新灰?guī)r石料場(chǎng)購(gòu)買，運(yùn)距為15 km。堆石壩方案壩體任意料堆石區(qū)除采用溢洪道開挖的石料填筑外，還需從公會(huì)鎮(zhèn)建新灰?guī)r石料場(chǎng)購(gòu)買，運(yùn)距為15 km。從天然建筑材料供應(yīng)條件看，2個(gè)方案相當(dāng)。

（7）工程投資：混凝土實(shí)體重力壩方案比瀝青混凝土心墻堆石壩方案投資節(jié)省1 149.01萬元，2個(gè)方案投資相差較大，從工程投資角度看，混凝土重力壩方案明顯占優(yōu)。壩型比選主要工程量及投資比較表見表1。

從以上分析結(jié)果可知，2種壩型布置方案在地形地質(zhì)條件、施工條件、天然建筑材料供應(yīng)條件及施工工期上相當(dāng)，混凝土重力壩方案在樞紐建筑物布置、工程占地、基礎(chǔ)處理難易程度、工程投資方面占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)。綜合各因素分析成果，本階段推薦采用混凝土重力壩方案。

4 泄洪方案選擇

4.1 泄流方案及選擇

根據(jù)選定的混凝土重力壩壩型，可采取閘控式溢洪或開敞式溢洪方案。開敞式泄洪方案運(yùn)行、管理簡(jiǎn)單，堰頂高程與正常蓄水位齊平為254 m；而閘控式泄洪方案是通過閘門擋正常蓄水，可以降低堰頂高程和壩頂高程，比開敞式泄洪方案節(jié)省一部分混凝土工程量和淹沒征地投資，但增加了金屬結(jié)構(gòu)投資，且本工程水庫(kù)地處山區(qū)，洪水來得快，去得也快，若采用有閘門方案對(duì)運(yùn)行調(diào)度要求較高，對(duì)運(yùn)行人員的要求亦較高，從而造成后期運(yùn)行管理比較麻煩，還需經(jīng)常檢修維護(hù)。因此，從工程運(yùn)行管理的可靠性、安全性及運(yùn)行費(fèi)用等方面考慮，采用無閘門泄洪方案更為穩(wěn)妥。經(jīng)綜合分析比較后，本階段初步選擇采用開敞式泄洪方案。

4.2 消能防沖方案選擇

消力池段覆蓋層為沖洪積含泥漂卵礫石，松散，厚1.5～4.5 m，下伏基巖為中厚層粉細(xì)砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，局部為粉砂質(zhì)泥巖與含鈣泥巖互層。強(qiáng)風(fēng)化層厚1 m，弱風(fēng)化層厚2～3 m，沖坑系數(shù)取1.1。經(jīng)計(jì)算，在下泄校核流量時(shí)，水舌拋距為38.05 m，最大沖坑水墊厚度為5.94 m，最大沖刷坑深度為4.15 m。沖坑上游側(cè)影響范圍按4倍沖坑深度考慮為16.6 m，小于水舌拋距，不會(huì)危及壩基穩(wěn)定。

從下游河床地質(zhì)條件分析，能同時(shí)滿足底流消能和挑流消能方案，但是，采用挑流消能會(huì)造成霧化，容易造成輸電線路短路等后果，影響壩址下游鰲獅屯村民的日常生活。同時(shí)，挑流消能還會(huì)造成下游河床流態(tài)紊亂，使下游防護(hù)費(fèi)用高于底流消能方案。

綜上所述，底流消能方案比挑流消能方案更安全可靠。因此，本階段推薦采用底流消能方案。

5 工程總體布置

攔河壩工程主要是修建大黃沖主壩和副壩，形成大黃沖水庫(kù)。主壩壩軸線位于2條河流匯合往下游50 m處，壩型為混凝土重力壩，由左、右岸非溢流壩段、河床溢流壩段組成，溢流壩上設(shè)交通橋，壩頂寬4.5 m。壩頂總長(zhǎng)216 m，壩頂高程為257.5 m，最大壩高49.5 m，溢流壩段布置2個(gè)開敞式表孔泄洪，溢流堰采用WES型實(shí)用堰，堰頂高程為254 m，每孔凈寬8 m；壩下游消能采用底流消能，在溢流壩下游末端設(shè)置消力池，消力池底板高程為213 m，池長(zhǎng)30 m，寬18 m，池深1.5 m，坎高1.5 m，消力池與大壩間用半徑為15 m的圓弧段連接。根據(jù)地形高程，在右岸庫(kù)周一個(gè)地勢(shì)較低的山坳處需修建副壩擋水，副壩距離主壩右壩肩245.8 m，壩型為混凝土重力壩，壩頂寬4.5 m，壩頂長(zhǎng)42 m，壩頂高程為257 m，最大壩高13 m。

6 結(jié)語

經(jīng)過上述比選，大黃沖水庫(kù)建設(shè)場(chǎng)址采用混凝土重力壩方案，溢流壩段采用開敞式表孔泄洪方案，消能采用底流消能方案。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]SL 252—2017，水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].

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

[3]SL 253—2000，溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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

[責(zé)任編輯：陳澤琦]