天?？h石門河調(diào)蓄水庫壩型方案比選

南 娟

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

天祝藏族自治縣地處甘肅省中部，武威市南部，祁連山東端，位于青藏、內(nèi)蒙、黃土三大高原交匯處，是石羊河流域的源頭和黃河一級支流的發(fā)源區(qū)。石門河是莊浪河的一級支流，發(fā)源于甘肅省天祝縣與青海省門源縣交界的得泉山，石門河三岔以上分兩條主要支溝，一條為石門河，另一條為土城溝。為了落實國務(wù)院、甘肅省委、省政府支持藏區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要舉措，加快藏區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，促進(jìn)天?？h畜牧業(yè)發(fā)展，提高農(nóng)牧民生活水平，實施天祝藏族自治縣石門河調(diào)蓄引水工程勢在必得，該工程由調(diào)蓄水庫、引水工程和牧草灌區(qū)三部分組成。擬在石門河出口修建調(diào)蓄水庫，水庫壩址以上集水面積124.8 km2，三岔至入河口河道長約17.7 km，入河口上游約2.7 km 設(shè)有石門河渠首，渠首以上流域面積310 km2。石門河調(diào)蓄引水工程的主要任務(wù)是解決設(shè)計水平年2030 年天?？h寬溝工業(yè)園區(qū)、水泉—上灘工業(yè)園區(qū)及工業(yè)園區(qū)自備電廠用水，兼顧寬溝牧草灌溉及沿線農(nóng)村人畜飲水。

石門河調(diào)蓄水庫位于金強河右岸支流石門河上，工程規(guī)模屬?。?）型，工程等別為Ⅳ等。大壩按30 年一遇洪水設(shè)計（洪峰流量為91.5 m3/s），200 年一遇洪水校核（洪峰流量為212 m3/s）。

2 壩址區(qū)工程地形地質(zhì)條件

壩址處兩岸山體高大陡峻，相對高差較大，山體頂部基巖裸露，石門河為壩址區(qū)最低的侵蝕基準(zhǔn)面，河谷寬約60 m，左岸地形為基巖陡坡，右岸地形為一馬鞍型的基巖陡崖。

壩址位于石門三岔溝口上游約0.3 km 的峽谷處，壩軸線與河谷近于垂直，河床縱坡約2.3%，其河床覆蓋層為沖洪積含漂石砂卵礫石層，無明顯的河床窄深河槽，砂卵礫石結(jié)構(gòu)中密～密實，為良好的持力層。左岸基巖大面積出露，巖質(zhì)岸坡自然坡度大于80°；右岸基巖呈鼻梁狀向河床凸出，自然坡度大于70°。

根據(jù)地形、地質(zhì)、樞紐布置、施工、建材、經(jīng)濟(jì)等條件，該工程區(qū)適宜修建的筑壩類型有當(dāng)?shù)夭牧蠅位炷撩姘宥咽瘔渭岸咽炷林亓巍?/p>

3 壩型擬定

3.1 混凝土面板堆石壩設(shè)計方案

鋼筋混凝土面板堆石壩最大壩高46.71 m，壩頂長度104.58 m，壩頂寬度9 m，壩底寬度150.46 m，頂高程2901.00 m，底高程2854.29 m，上游壩坡1∶1.3，下游壩坡1∶1.4，面板厚度從頂部0.4 m 向底部0.65 m 逐漸增加，采用C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單層雙向配筋。壩頂上游側(cè)設(shè)置“L”型鋼筋混凝土防浪墻，墻高4.3 m；趾板采用平趾板，壩基及壩肩采用帷幕灌漿防滲處理[1]。

溢洪道堰面采用C20 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的駝峰堰型式，其后設(shè)C20 鋼筋混凝土漸變槽（縱坡為1/100），該槽后接C20 鋼筋混凝土分離式矩形陡槽（縱坡為1/2），陡槽后采用擴散式C40 鋼筋高強混凝土結(jié)構(gòu)消力池將溢水泄入天然河道。

泄洪引水洞進(jìn)口位于壩軸線上游約100 m 處，出口位于壩后石門河右岸。洞線呈SE95°直線布置，與壩軸線呈80°夾角，隧洞穿越右岸基巖山梁，地面最大高程2939.0 m。

3.2 堆石混凝土重力壩設(shè)計方案

堆石混凝土重力壩（正常蓄水位2896.90 m，設(shè)計洪水位2897.21 m，校核洪水位2898.97 m）壩頂高程2899.10 m，最大壩高48.55 m，壩頂長122.43 m。壩身左側(cè)壩段設(shè)一泄洪沖沙中孔，其上游設(shè)平板檢修閘門，出口設(shè)弧形工作閘門，孔口尺寸為2 m×2 m（寬×高），采用液壓啟閉機控制。正對主河床壩段設(shè)一泄洪表孔，無閘控制；大壩泄洪消能方式采用挑流消能[1]。

4 壩型比選

該工程初步擬定混凝土面板堆石壩和堆石混凝土重力壩兩種壩型進(jìn)行比較，壩型最終通過綜合比較的結(jié)果確定。

4.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)壩址區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、天然建筑材料等等綜合條件比較（表1），堆石混凝土重力壩較混凝土面板堆石壩更為合適[2]。

4.2 工程布置比較

混凝土面板堆石壩由大壩、泄洪引水洞、溢洪道和輸水管線等建筑物組成，泄洪建筑物布設(shè)于大壩右岸，建筑物較多，工程總體布置相對分散；混凝土重力壩的泄洪、輸水均布置于壩體上，結(jié)構(gòu)布置緊湊，對自然環(huán)境影響較小。兩種壩型的壩頂長度基本相同，最大壩高相差1.54 m，壩底寬度堆石混凝土重力壩較混凝土面板堆石壩窄113 m，堆石混凝土重力壩工程占地少。

4.3 筑壩材料比較

混凝土面板堆石壩堆石料用量約23 萬m3，根據(jù)初設(shè)階段地質(zhì)勘探工作表明，選定的料場儲量完全滿足設(shè)計要求；堆石混凝土重力壩堆石料用量約4.2 萬m3，料場位于下壩址左岸上游300 m～800 m 基巖山梁，易于開采、運輸，距壩址的最大運距5.5 km，儲量完全滿足設(shè)計要求。兩種壩型的筑壩材料均能滿足工程要求，混凝土面板堆石壩堆石料用量遠(yuǎn)大于堆石混凝土重力壩。

4.4 施工條件比較

4.4.1 混凝土面板堆石壩

混凝土面板堆石壩施工期受雨季的影響小，可在任何季節(jié)進(jìn)行施工，大壩與輸水及泄洪建筑物分開施工，施工工期較短，并且壩體填筑料可以充分利用壩肩削坡開挖石料和泄洪引水洞、溢洪道的開挖石渣，減少開挖石渣處理工程量，對環(huán)境保護(hù)、水土保持有利，但是其具有體型較大，工程量較大、且施工工序復(fù)雜等缺點[3]。

4.4.2 堆石混凝土重力壩

堆石混凝土技術(shù)通過大量塊石的使用，堆石含量可達(dá)到55%以上，水泥用量少，形成的大體積混凝土結(jié)構(gòu)收縮小，具有較強的抗裂能力，工程實測的大體積混凝土實際水化熱溫升僅為常態(tài)混凝土的10%左右，在施工過程中可以簡化或不采取溫控措施。堆石混凝土重力壩施工工藝簡單，機械設(shè)備均為常規(guī)設(shè)備，節(jié)省了混凝土的生產(chǎn)和澆筑量，免除了振搗工序，簡化了層面處理措施，從而顯著提高工效，大幅度降低工程造價，實際工程應(yīng)用表面，堆石混凝土技術(shù)可以采用機械化施工，最大限度的降低了人工技術(shù)水平和質(zhì)量管理水平對工程質(zhì)量的影響，但是由于重力壩的泄輸水建筑物布置在壩體內(nèi)，大壩與附屬建筑物施工時二者相互干擾，較面板壩延長施工工期。由此分析，堆石混凝土重力壩優(yōu)于混凝土面板堆石壩[4]。

4.5 投資比較

通過混凝土面板堆石壩和堆石混凝土重力壩主體工程投資比較，混凝土面板堆石壩主體工程投資5182.07 萬元，堆石混凝土重力壩主體工程投資5002.77 萬元，兩種壩型主體工程投資相差179.30 萬元，就投資方面來說，堆石混凝土重力壩較混凝土面板堆石壩更具有優(yōu)勢。

4.6 運行管理比較

堆石混凝土重力壩筑壩材料強度較高，耐久性好，泄洪及輸水建筑物結(jié)合與壩體形成一整體，無需另設(shè)溢洪道，沖沙效果相對較好，運行管理較為方便；混凝土面板堆石壩在運行過程中需經(jīng)常對上下游邊坡進(jìn)行維修，泄洪沖沙效果差，故在運行管理方面，堆石混凝土重力壩優(yōu)于混凝土面板堆石壩。

5 結(jié)語

通過對兩種壩型各方面的綜合比較分析，混凝土面板堆石壩需要布置岸邊式溢洪道，布置較為分散，且開挖存在高邊坡問題，施工組織條件混凝土壩體結(jié)構(gòu)大，施工工序復(fù)雜，工程造價高，在后期運行中需對上下游邊坡進(jìn)行維修，管理工作較為復(fù)雜；混凝土重力壩結(jié)構(gòu)布置緊湊，施工工藝簡單，從而顯著提高工效，大幅度降低工程造價，在后期運行中具有安全可靠，耐久性好及運行管理較為方便等優(yōu)勢，再加堆石混凝土重力壩布置在U 型河谷內(nèi)，兩岸壩肩基巖出露較好，壩體混凝土工程量小，從地形、地質(zhì)方面比較適合修建重力壩，在其他方面亦具較大優(yōu)勢，故推薦堆石混凝土重力壩壩型。