椒花水庫(kù)工程壩型比選

王建軍

（長(zhǎng)沙市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙410008）

1 工程概況

椒花水庫(kù)工程位于湖南省瀏陽(yáng)市，工程任務(wù)為城鎮(zhèn)供水、防洪為主，兼顧灌溉，并可為改善下游生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件。項(xiàng)目主要包括椒花水庫(kù)樞紐工程、大溪河引水工程和供水工程等，為二等大（Ⅱ）型工程。工程供水對(duì)象為瀏陽(yáng)主城區(qū)、金陽(yáng)新區(qū)、長(zhǎng)沙縣和龍?zhí)秹喂鄥^(qū)等；防洪保護(hù)對(duì)象為瀏陽(yáng)市城區(qū)及大溪河沿河兩岸集鎮(zhèn)。

椒花水庫(kù)壩址位于瀏陽(yáng)河上游大溪河左岸一級(jí)支流椒花河下游，椒花河發(fā)源于大圍山麓西側(cè)的五子石，流經(jīng)拱橋坑、田心橋、椒花村，在達(dá)滸鎮(zhèn)下游羅江橋處注入大溪河。流域總面積144 km2，河流長(zhǎng)度36.9 km，干流平均坡降10.3‰，流域上游山高坡陡，森林覆蓋率達(dá)90%以上，壩址控制流域面積132.5 km2。壩址距達(dá)滸鎮(zhèn)5 km，距瀏陽(yáng)市40 km。

2 壩型方案

椒花水庫(kù)樞紐大壩壩型可采用碾壓混凝土重力壩或混凝土面板堆石壩。

1）碾壓混凝土重力壩方案。碾壓混凝土重力壩方案主要包括擋水壩段、泄水壩段。

大壩壩頂長(zhǎng)度為440.0 m，寬10.5 m，建基面高程112.0 m，壩頂高程為181.5 m，壩高69.5 m，自左岸至右岸分22 個(gè)壩段。溢流壩段布置在17#壩段，長(zhǎng)24.0 m，泄流出口正對(duì)下游主河床，布設(shè)2 個(gè)溢流表孔。

溢流表孔主要承擔(dān)宣泄洪水、水庫(kù)排污任務(wù)，每孔凈寬為8.0 m，共2 孔，中墩3.0 m，邊墩2.5 m，為開(kāi)敞式溢流孔口，采用WES 實(shí)用堰堰型，堰頂高程為171.0 m，上游堰面倒懸，堰面曲線(xiàn)上游為1/4 橢圓弧曲線(xiàn)，下游為冪曲線(xiàn)+直線(xiàn)段，直線(xiàn)段坡比1∶0.75，末端接反弧段，反弧半徑為20.0 m。堰上設(shè)置半徑為13.0 m 的弧形工作閘門(mén)。壩址處基巖巖性以板巖為主，夾變質(zhì)砂巖，抗沖能力差，下游消能工采用底流消能形式。

2）混凝土面板堆石壩方案?；炷撩姘宥咽瘔畏桨赣擅姘宥咽瘔?、溢洪道、放空洞、引水洞、生態(tài)放水設(shè)施和過(guò)魚(yú)設(shè)施等建筑物組成。

混凝土面板堆石壩壩頂高程182.5 m，寬10.0 m，總長(zhǎng)448.0 m，趾板建基高程114.0 m，壩高68.5 m，上游壩坡坡比為1∶1.4，下游壩坡“之”字路間坡比為1∶1.4。溢洪道布置于面板堆石壩左壩肩，采用開(kāi)敞式布置，孔口凈寬8.0 m，設(shè)置2 孔，駝峰堰型式，堰頂高程172.0 m，弧型閘門(mén)控制，下游采用底流消能方式。放空洞結(jié)合導(dǎo)流洞，布置于面板堆石壩右側(cè)山體中，采用塔式分層進(jìn)水口，圓形隧洞，洞徑D4.0 m，長(zhǎng)502 m，出口尺寸3.0 m×3.5 m。引水洞布置于面板堆石壩左側(cè)山體中，采用塔式進(jìn)水口，圓形隧洞，洞徑D2.4 m，進(jìn)口高程128.0 m，出口至大溪河左岸。

3 主要設(shè)計(jì)依據(jù)

3.1 規(guī)劃指標(biāo)

1）洪水指標(biāo)。椒花水庫(kù)壩址各頻率洪峰流量見(jiàn)表1。

表1 壩址各頻率洪峰流量表 m3/s

2）規(guī)劃指標(biāo)。椒花水庫(kù)重力壩方案和面板壩方案的主要規(guī)劃指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 椒花水庫(kù)重力壩和面板壩主要規(guī)劃指標(biāo)表

3.2 工程等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1 工程等級(jí)及建筑物級(jí)別

1）工程等別。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，對(duì)綜合利用的水利水電工程，其工程等別應(yīng)按其中最高等別確定，椒花水庫(kù)面板壩方案/重力壩方案的總庫(kù)容分別為17 675/16 977萬(wàn)m3，工程等別為二等，工程規(guī)模大（Ⅱ）型。

2）建筑物級(jí)別。根據(jù)工程等別和SL 252-2017 第4.2.1 條的規(guī)定，確定水庫(kù)大壩、溢洪道等主要建筑物的級(jí)別為2 級(jí)。

3.2.2 洪水標(biāo)準(zhǔn)

1）面板堆石壩方案。根據(jù)SL 252-2017 第5.2.1、5.2.6 條規(guī)定，面板堆石壩方案的壩高為68.5 m，大壩、溢洪道、右岸導(dǎo)流放空洞為2 級(jí)建筑物，其工程防洪標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2 000 年一遇；溢洪道和放空洞下游的消能防沖設(shè)施防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇洪水。

2）重力壩方案。碾壓混凝土重力壩方案的大壩壩高為69.5 m，為2 級(jí)建筑物，其工程防洪標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 年一遇，消能防沖設(shè)施防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇。

4 壩址地質(zhì)條件

壩址河谷開(kāi)闊，呈不對(duì)稱(chēng)“U”形谷。正常蓄水位附近，河床寬高比為5.0∶1，不具備拱壩地形條件。

壩址河床及兩岸覆蓋層厚度不大，兩岸斜坡地段基巖出露，地表有坡殘積物分布，根據(jù)兩岸鉆孔資料，覆蓋層厚0.4～9.7 m，多小于4 m，地表植被發(fā)育；河床覆蓋層厚0.4～7.2 m?；鶐r為中元古界冷家溪群雷神廟組變質(zhì)巖，巖性有板巖、砂質(zhì)板巖、絹云母板巖、變質(zhì)砂巖等，呈薄層～中厚層，微風(fēng)化～新鮮巖石，多屬中硬巖。

河床及兩岸基巖埋深不大，壩址位于北西走向淺變質(zhì)巖系復(fù)背斜上，基巖為中元古界冷家溪群雷神廟組淺變質(zhì)巖，以中硬巖為主，壩基巖層走向與壩軸線(xiàn)大角度相交，巖層傾角一般在55°以上，緩傾角結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，巖體以層狀結(jié)構(gòu)為主，結(jié)構(gòu)面以陡傾角層面裂隙為主，傾角多較陡，層面和主要節(jié)理裂隙面的走向與大壩近垂直。壩基微風(fēng)化～新鮮巖石，多屬中硬巖。初步判斷，壩址具備修建當(dāng)?shù)夭牧蠅魏突炷林亓蔚牡刭|(zhì)條件。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，壩址上游直線(xiàn)距離3.5 km 處有花崗閃長(zhǎng)巖侵入體，質(zhì)量較好、儲(chǔ)量較豐富，易于開(kāi)采，可滿(mǎn)足混凝土壩的人工骨料和當(dāng)?shù)夭牧蠅味咽系男枨蟆?/p>

5 壩型比選

5.1 方案比選

從工程可利用巖體、壩型特點(diǎn)、樞紐布置、金屬結(jié)構(gòu)、建筑材料、施工交通、導(dǎo)流工程、主體工程施工、施工總布置、建設(shè)工期、環(huán)境影響、工程安全、運(yùn)行管理、工程量和投資等各方面進(jìn)行綜合比較（表3）。

5.2 方案比選結(jié)論

碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩均有較成熟的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)理論和施工手段比較完善，不存在技術(shù)性制約性因素。工程區(qū)地形和地質(zhì)條件及筑壩材料、儲(chǔ)量都能滿(mǎn)足工程要求。兩種壩型各有優(yōu)缺點(diǎn)，技術(shù)上均是可行的。

兩種壩型從工程可利用巖體、壩型特點(diǎn)、樞紐布置、金屬結(jié)構(gòu)、建筑材料、施工交通、導(dǎo)流工程、主體工程施工、施工總布置、建設(shè)工期、環(huán)境影響、工程安全、管理管理、投資等各方面綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，面板壩方案投資少3 614 萬(wàn)元，在經(jīng)濟(jì)上較優(yōu)。

考慮到混凝土重力壩抵御超標(biāo)洪水的能力高，工程安全性更高，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)?。粯屑~布置緊湊，占地少，建筑材料的開(kāi)挖和運(yùn)輸量小。綜合考慮各方面因素，在投資增加不大的情況下，推薦采用混凝土重力壩方案。

6 結(jié) 語(yǔ)

壩型選擇應(yīng)考慮工程可利用巖體、壩型特點(diǎn)、樞紐布置、金屬結(jié)構(gòu)、建筑材料、施工交通、導(dǎo)流工程、主體工程施工、施工總布置、建設(shè)工期、環(huán)境影響、工程安全、管理管理、投資等各方面因素，同時(shí)也應(yīng)考慮工程安全性、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)性等因素，以上經(jīng)驗(yàn)可供類(lèi)似工程借鑒。