鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣金盆水庫大壩壩型比選

周義波，劉 茂

（貴陽市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002）

1 工程概況

金盆水庫位于貴州省鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣西北部的羊場(chǎng)鎮(zhèn)，距鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣主城區(qū)35 km，距羊場(chǎng)鎮(zhèn)2.6 km，場(chǎng)區(qū)交通方便。水庫所在流域大江河為沅江水系龍江河右岸一支流，主要任務(wù)是羊場(chǎng)鎮(zhèn)城鎮(zhèn)生活供水和灌溉用水，是《貴州省鄉(xiāng)鄉(xiāng)有穩(wěn)定供水水源工程規(guī)劃》（2016～2020），中明確的重點(diǎn)水源工程之一。水庫壩線以上流域集水面積1.58 km2，主河道長(zhǎng)1.90 km，河道平均坡降60.8‰。多年平均徑流量94.8萬m3，多年平均流量0.03 m3/s。水庫校核洪水位924.22 m，總庫容51.2萬m3，正常蓄水位922.00 m，相應(yīng)庫容39.3萬m3，最大壩高28 m，壩軸線長(zhǎng)101 m。工程建成后，規(guī)劃年總供水量為62.3萬m3，其中：羊場(chǎng)鎮(zhèn)1萬居民生活用水量47.2萬m3（P=95%），下游713畝耕地灌溉用水量15.1萬m3（P=80%）。該水庫工程等別為Ⅴ等，工程規(guī)模系?。?）型。

2 地形地貌及水文地質(zhì)條件

壩址段河流流向?yàn)镹69°E，為近對(duì)稱的寬緩淺切“V”型河谷，較平直。壩線河床最低處高程為902.25 m，天然河道過流寬度2 m～5 m，河水深0.2 m～0.5 m，河谷比降約2%。壩址河谷高程902.25 m～907.74 m，河谷底寬約33 m。河谷高程922 m時(shí)，河谷寬度86 m，寬高比為4.3∶1.0。壩址處地層巖性主要為寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組（∈2g）的白云巖夾鮞粒白云巖及泥質(zhì)白云巖。岸坡較陡處出露基巖，岸坡平緩處及左岸埡口地帶覆蓋粘土層；河床未見出露基巖，覆蓋第四系（Q）砂卵礫石夾塊石層及粘土層。

壩址區(qū)巖體中主要的結(jié)構(gòu)面為裂隙面和巖層面，無斷裂性構(gòu)造分布。壩址地層單一，為高臺(tái)組（∈2g），巖層傾向左岸略偏上游，產(chǎn)狀N46°～60°E /SE∠10°～28°，河谷為縱向谷，走向N69°E，河床段河流與巖層的走向交角為9°。壩址裂隙面多平直光滑，未見錯(cuò)動(dòng)痕跡，部分裂隙面粗糙較起伏。裂隙面表層至強(qiáng)風(fēng)化帶裂隙面多受風(fēng)化影響夾泥或無充填，張開1 mm～6 mm不等。經(jīng)鉆孔揭露，向深度發(fā)展，弱風(fēng)化層裂隙多數(shù)張開較小至閉合，普遍0～2 mm，且均為方解石充填，深部裂隙未發(fā)現(xiàn)泥質(zhì)充填現(xiàn)象。

3 壩型選擇及樞紐布置

3.1 適宜壩型分析

根據(jù)選定的下壩線選擇適宜的代表壩型進(jìn)行比選。根據(jù)壩區(qū)地形地貌及地層巖性，左壩肩峰頂高程932.81 m，高于河谷30.6m，河谷至峰頂坡度16°～32°。左岸坡存在負(fù)地形埡口，埡口高程925.03 m，左岸地形平緩，坡度2°～ 12°，左岸坡峰頂高程937.49 m。右壩肩峰頂高程955.00 m，高于河谷52.75 m，右壩肩地形坡度45°，岸坡地形坡度4°～19°。右壩肩山體較雄厚，不存在埡口地形。兩岸地形坡度總體為32°～45°，左岸相對(duì)高差22.3 m～30.6 m，右岸相對(duì)高差52.75 m，壩址高程902.25 m～955.00 m。

左岸地形較單薄存在地形埡口，總體地形不完整。巖體質(zhì)量分類上為較硬巖，并夾軟質(zhì)巖，巖層較不均一。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裂隙調(diào)查及鉆孔聲波、孔壁攝影揭示，壩址巖體較破碎。

綜上，該壩線不具有建設(shè)拱壩的地質(zhì)地形條件，因此只能建剛性壩及當(dāng)?shù)夭牧蠅?，綜合以上條件本階段擬選擇C15砼埋石重力壩和面板堆石壩進(jìn)行比較。

3.2 C15砼埋石重力壩方案

工程主要建筑物有：C15砼埋石重力壩+右岸取水兼放空底孔+壩頂溢洪道+左岸埡口截流墻。大壩正常蓄水位922.00 m；設(shè)計(jì)洪水位923.75 m，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇（P=3.33%）；校核洪水位924.22m，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇（P=0.5%）。工程平面布置見圖1。

圖1 重力壩方案樞紐平面布置圖

3.2.1 大壩C15砼埋石重力壩

大壩河床段建基面高程897.00 n，壩軸線方位角NE159°，壩頂寬為4.0 m，壩頂高程925.00 m，最大壩高28 m，壩頂長(zhǎng)度101.0 m。

上游防滲面板為C25的二級(jí)配常態(tài)混凝土，908.00 m高程以下厚0.8 m，908.00 m高程以上厚為0.5 m，抗凍等級(jí)F50，抗?jié)B等級(jí)W6；基礎(chǔ)設(shè)置1 m厚的三級(jí)配C15常態(tài)混凝土墊層（90天齡期）。壩體設(shè)置7條橫縫，間距15 m～20 m寬。均在橫縫上游側(cè)防滲面板處設(shè)置一道銅片止水，止水銅片厚1.2 mm，銅片兩側(cè)埋入混凝土內(nèi)的長(zhǎng)度均為25 cm。

壩基基礎(chǔ)處理采用固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿孔按梅花型布置，孔排距為3 m，固結(jié)深度暫按6 m計(jì)算，初擬固結(jié)灌漿范圍2442 m2，固結(jié)灌漿孔268孔，進(jìn)尺約1608 m。

防滲帷幕線沿壩中心線布置，兩岸向山內(nèi)延伸與地下水位連接，防滲帷幕線長(zhǎng)682 m。預(yù)計(jì)防滲面積約18416 m2，總進(jìn)尺14483 m，有效進(jìn)尺10858 m。

3.2.2 C15砼截流墻

截流墻位于左岸埡口處，該埡口地面高程約925.00 m。該處覆蓋層厚約5.0m，截流墻中心線同大壩帷幕灌漿線布置一致，截流墻頂高程925.00 m，基礎(chǔ)勘巖1.0 m，基礎(chǔ)高程為919.00 m；截流墻最大高度為6.0 m，截面設(shè)計(jì)為矩形，墻厚2.0m，采用C15三級(jí)配常態(tài)混凝土澆筑，抗凍等級(jí)F50，抗?jié)B等級(jí)W4。截流墻中心線長(zhǎng)度為56.0 m，設(shè)三條伸縮縫，伸縮縫上游側(cè)各設(shè)一道銅片止水。

3.2.3 壩頂溢洪道

大壩溢洪道布置在河床靠左岸壩段，溢流壩段長(zhǎng)6 m，樁號(hào)壩橫B0+054.0至橫B0+060.0，采用單孔布置，凈寬為4.0 m。設(shè)計(jì)為開敞式無閘門表孔自由溢流，堰頂高程922.00 m，堰型設(shè)計(jì)為實(shí)用堰（WES型），消能方式采用底流消能，反弧段半徑為8.0 m，圓心角53.13°，消力池底板高程為899.50 m，消力池寬4.0 m，長(zhǎng)14.0 m。溢洪道及消力池底板及側(cè)墻均采用C30的鋼筋混凝土澆筑。

3.2.4 取水兼放空底孔

根據(jù)壩址處地形地質(zhì)條件，結(jié)合供水情況，且受水區(qū)在大壩下游，因此將取水及放空建筑區(qū)布置在大壩右岸。該水庫庫容量不大，為節(jié)約投資和方便管理，將取水及放空底孔合二為一，布置如下：

取水兼放空底孔中心線樁號(hào)為B0+028，參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，取水建筑物設(shè)計(jì)為兩層取水，上層取水口進(jìn)口底板高程為916.00 m，底層取水口進(jìn)口底板高程為906.00 m。進(jìn)口均為喇叭形布置，進(jìn)口尺寸為2.8 m×1.4 m（寬×高），進(jìn)口段邊墻圓弧半徑為0.5m，進(jìn)口段后設(shè)有攔污柵，閘槽尺寸為1.8 m×1.4 m（寬×高）。攔污柵后接事故檢修閘門，該段取水孔頂曲線和邊曲線采用橢圓曲線，經(jīng)頂曲線和邊曲線漸變后取水孔尺寸漸變?yōu)?.0 m寬×1.4 m高，取水孔在與大壩連接處開始由矩形斷面漸變?yōu)閳A形斷面，漸變段長(zhǎng)3.0 m，漸變段后接DN600 mm鋼管。壩體部分取水管采用C20二級(jí)配混凝土包管，厚50 cm。在大壩下游設(shè)一根DN50的生態(tài)水下放管，接入消力池，在取水管Q0+035.00處設(shè)叉管，分叉一根DN600的放空管，接入消力池，分叉一根DN300的供水管用作人畜飲水和一根DN200的灌溉供水管。

3.3 面板堆石壩方案

面板堆石壩方案擬定為：主壩面板堆石壩+左岸埡口溢洪道+右岸導(dǎo)流兼放空取水隧洞。

3.3.1 大壩

在面板壩方案中大壩按30年一遇洪水設(shè)計(jì)（P=3.33%），300年一遇洪水校核（P=0.33%）。設(shè)計(jì)面板堆石壩壩軸線方位角為NW21°，壩頂高程924.00 m，防浪墻頂高程為925.20 m，河床趾板建基面高程為896.00 m，最大壩高28.0 m，壩頂軸線長(zhǎng)為98.0 m。根據(jù)規(guī)范并結(jié)合大壩施工、運(yùn)行及構(gòu)造要求，壩頂路面寬度設(shè)計(jì)為5.0 m，加上上、下游防浪墻厚度，即壩頂總寬度為5.7 m。上、下游壩坡設(shè)計(jì)均為1∶1.4，上游鋼筋混凝土面板設(shè)計(jì)為0.4 m等厚；下游壩坡908.30 m高程設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬2.0 m?；炷林喊逯糜谌躏L(fēng)化巖體上部，厚度為0.5 m，寬度為6.0 m，趾板及907.00 m以下面板設(shè)有上游鋪蓋及蓋重堆石區(qū)。面板下游依次為墊層區(qū)（水平寬3.0 m）、過渡區(qū)（水平寬4.0 m）、主堆石區(qū)、下游次堆石區(qū)、下游堆石排水區(qū)及下游護(hù)坡，下游干砌石護(hù)坡為0.5 m厚。堆石材料均應(yīng)采用料場(chǎng)開挖的新鮮的厚層石料填筑。

3.3.2 溢洪道

溢洪道布置于左岸埡口處，由控制段（寬頂堰）、泄槽段、反弧段及消力池段組成。溢流堰堰頂高程922.00 m，為寬頂堰，溢流堰凈寬為4 m，等寬度布置，過流斷面為矩形。堰頂上設(shè)置5 m寬單跨交通橋。溢洪道總長(zhǎng)度160.0 m。溢洪道底板及側(cè)墻均采用C30鋼筋混凝土澆筑。

3.3.3 導(dǎo)流兼取水隧洞

導(dǎo)流兼取水隧洞總長(zhǎng)120.0 m，洞線平面布置設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)彎段，半徑為10 m。前期導(dǎo)流洞為無壓的城門洞型，斷面尺寸為2.0 m（寬）×2.0 m（高），進(jìn)口底板高程905.5 m，進(jìn)口段待下閘蓄水前進(jìn)行封堵兼作無壓取水隧洞。取水隧洞的設(shè)計(jì)同C15砼埋石重力壩方案的取水兼放空底孔設(shè)計(jì)。

4 壩型比選結(jié)論

金盆水庫是羊場(chǎng)鎮(zhèn)重要的人畜飲水及灌溉水源之一。根據(jù)選定壩線的地形、地質(zhì)條件，經(jīng)過對(duì)代表壩型重力壩和面板堆石壩的整體布置設(shè)計(jì)和詳細(xì)的論證比較，及投資情況分析，重力壩壩區(qū)樞紐土建部分主要工程量投資為2438.24萬元，面板堆石壩壩區(qū)樞紐土建部分主要工程量投資為2523.31萬元，重力壩壩區(qū)投資概算優(yōu)于面板堆石壩壩區(qū)樞紐樞紐投資85.07萬元。綜上，優(yōu)選技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)優(yōu)越的C15埋石重力壩作為代表壩型。