靜寧縣田堡調(diào)蓄水池設(shè)計(jì)方案分析

陳 璐

(甘肅省水利廳水利工程建設(shè)造價(jià)與規(guī)費(fèi)管理中心，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

靜寧縣田堡供水點(diǎn)是引洮二期重要的受水區(qū)之一，也是水資源最為緊缺、現(xiàn)狀用水矛盾最突出、對(duì)引洮二期工程需求最迫切的區(qū)域[1]。田堡供水點(diǎn)從上川輸水渠樁號(hào)9+483.71處引水，沿譚家河右岸胡家山、張家山、李家山方向以4座無(wú)壓隧洞方式穿越山體，出隧洞后經(jīng)重力流管道至水池西側(cè)，出水管布置于水池南側(cè)，出池后泵站加壓接田堡水廠，水廠布置在譚家河右岸二級(jí)階地上，后經(jīng)2級(jí)泵站提水至新店北山高位水池，主要承擔(dān)靜寧縣威戎、雷大、余灣3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)全部及治平、新店、甘溝、四河、城川、李店、雙峴、仁大8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的部分城鎮(zhèn)人口、工業(yè)企業(yè)、農(nóng)村人畜用水。規(guī)劃供水人口12.61萬(wàn)人，其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口1.73萬(wàn)人、農(nóng)村人口10.88萬(wàn)人，根據(jù)水資源供需結(jié)果及配置方案，受水區(qū)設(shè)計(jì)水平年2030年供水量277.51萬(wàn)m3，其中9月停水檢修期內(nèi)所需水量29.7萬(wàn)m3。工程受水區(qū)水資源可利用量十分有限，當(dāng)?shù)匾延姓{(diào)蓄工程調(diào)蓄能力有限，無(wú)法解決引洮工程停水檢修期用水問(wèn)題，因此修建田堡調(diào)蓄水池承擔(dān)引洮工程停水檢修期間的受水區(qū)供水任務(wù)，形成無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)本受水區(qū)全時(shí)段正常供水，使骨干工程效益完全發(fā)揮。

2 設(shè)計(jì)方案比選

2.1 工程地質(zhì)概況

田堡調(diào)蓄水池位于田堡村上游約1 km處的席家河左岸河漫灘及Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地上，該處席家河流向大致為自西向東，河谷呈“U”型，寬1.2 km～1.5 km，河谷兩岸主要發(fā)育Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地，Ⅰ級(jí)階地呈橢圓狀或帶狀嵌于Ⅱ級(jí)階地與主河槽之間，Ⅱ級(jí)階地呈寬窄不一的條帶狀分布在兩岸山坡坡腳處，主河槽位于河谷中部偏右側(cè)，現(xiàn)代河床寬約35 m～40 m，高程在1844 m～1833 m之間，該蓄水池?cái)M利用主河槽與左岸Ⅱ級(jí)階地之間所夾持的半橢圓狀Ⅰ級(jí)階地凹地建庫(kù)蓄水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，該處主河槽與左岸Ⅱ級(jí)階地之間所夾持的半橢圓狀Ⅰ級(jí)階地凹地最寬處約120 m，最長(zhǎng)處約550 m，階面較平坦，現(xiàn)為低臺(tái)階狀耕地和苗圃地，高出主河槽1.0 m～3.0 m，低于Ⅱ級(jí)階地前緣岸坎12 m～16 m，高程在1848 m～1835 m之間。此外，席家河在此段為季節(jié)性洪水溝道，枯水期河水?dāng)嗔鳎哟猜懵?，暴雨及?qiáng)降雨季節(jié)河道內(nèi)有水流通過(guò)，且歷時(shí)短暫。調(diào)蓄水池場(chǎng)地位于現(xiàn)代河床、左岸Ⅰ級(jí)階地上及Ⅱ級(jí)階地前緣岸坎處，場(chǎng)地穩(wěn)定，適宜修建調(diào)蓄水池。

2.2 方案布置比選

2.2.1 調(diào)蓄水池選址比較

根據(jù)工程區(qū)地形地質(zhì)條件，田堡調(diào)蓄水池初步選定在位于田堡村上游約1 km處的席家河左岸河漫灘及Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地，水廠位于調(diào)蓄水池對(duì)面Ⅱ級(jí)階地，由于調(diào)蓄水池處壓力水頭不滿足水廠運(yùn)行要求，在調(diào)蓄水池處設(shè)提水泵站一座。從工程經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行管理及成本等方面考慮，在方案設(shè)計(jì)中進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)蓄水池、水廠選址方案，論證取消調(diào)蓄水池至水廠加壓泵站的可能性。

沿席家河對(duì)可能的調(diào)蓄水池及水廠位置進(jìn)行進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)踏勘和選址，踏勘后表明，現(xiàn)選定的水池、水廠場(chǎng)地以上席家河8 km河段河谷寬度不足100 m，河谷狹窄，兩岸山坡陡峻，無(wú)修建調(diào)蓄水池和水廠的地形條件，場(chǎng)地以下約7.5 km田河村的席家河河谷寬500 m～600 m，左岸一級(jí)階地寬約400 m，階地高程1758 m～1755 m左右，修建水廠及調(diào)蓄水池的地形、地質(zhì)條件均較好，缺點(diǎn)就是場(chǎng)地占地范圍內(nèi)多為果園，征地費(fèi)用很高，計(jì)入征地費(fèi)用后工程總投資高于初選場(chǎng)址，另外場(chǎng)地高程較低，較初選定場(chǎng)址低約90 m，造成水頭嚴(yán)重浪費(fèi)，還有與人飲對(duì)接管網(wǎng)確定的控制水池新店北山高位水池位置偏離比較嚴(yán)重，清水提水泵站揚(yáng)程約350 m(原揚(yáng)程約245 m)增加太多，造成運(yùn)行成本增加。

綜合考慮規(guī)劃成果、現(xiàn)狀飲水安全工程管網(wǎng)位置及高程、工程投資、施工交通條件、渣場(chǎng)位置、水池水廠占地、運(yùn)行條件等綜合因素，必須從調(diào)蓄水池設(shè)提水泵站至水廠，加壓泵站難以取消。

2.2.2 調(diào)蓄水池選型比較

根據(jù)供水范圍及調(diào)蓄水池的選址位置，并結(jié)合工程區(qū)地形、地貌條件，可選擇布置調(diào)蓄水池的地形條件有兩種，一種是黃土低山丘陵梁峁區(qū)和河谷川臺(tái)地區(qū)，在梁峁區(qū)沖溝的溝腦部位修建擋水壩蓄水，其優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)所需庫(kù)容大小調(diào)整壩線位置，工程量較少投資較省，缺點(diǎn)是工程區(qū)地處黃土梁峁區(qū)植被較差，水土流失嚴(yán)重，對(duì)入庫(kù)泥沙淤積問(wèn)題較難處理，同時(shí)受擋水壩位置、高程、地形、交通及施工條件限制，可供選擇的溝腦位置偏少；另一種是在河谷川臺(tái)地較平緩處半挖半填形成水池，其優(yōu)點(diǎn)是洪水影響小或者不受影響、無(wú)泥沙的影響，缺點(diǎn)是占地多、工程量大、工程投資較高。參考同類(lèi)地區(qū)己建工程經(jīng)驗(yàn)，本工程調(diào)蓄水池選型為半填半挖的注入式水池型式，調(diào)蓄水池利用開(kāi)挖料作為填筑段填筑料，在平面位置布置時(shí)充分利用現(xiàn)有凹型地形作為蓄水池容積的一部分，池深結(jié)合基礎(chǔ)地質(zhì)條件設(shè)置，盡量根據(jù)挖填平衡原則設(shè)計(jì)，開(kāi)挖料充分利用，減少棄料。

根據(jù)地形特點(diǎn)，調(diào)蓄水池前緣臨河一側(cè)為填方段，靠山一側(cè)為挖方段，本次設(shè)計(jì)對(duì)填方段的池堤提出“土石壩+重力壩方案”和“土石壩方案”兩個(gè)方案進(jìn)行比較[2-3]。

方案一：“土石壩+重力壩”方案，布置如下：水池容積為34.8萬(wàn)m3，利用河道左側(cè)河灘布置，庫(kù)內(nèi)水深8.7 m，最大壩高11.8 m，為半填半挖水池，水池左側(cè)緊鄰河道，池體采用重力式砼擋土墻，擋土墻高11.8 m，頂寬1.0 m，迎水面鉛直，背水面邊坡為1∶0.6，墻后夯填壤土，頂面高程較擋土墻低3 m，其頂寬3.0 m，邊坡1∶1.5，臨河側(cè)修建防洪堤，堤基深入地下2.5 m；水池靠山一側(cè)開(kāi)挖山坡，開(kāi)挖邊坡系數(shù)采用1∶2.75，壩面設(shè)土工膜進(jìn)行防滲，護(hù)坡自上而下依次鋪設(shè)8 cm厚C20砼預(yù)制板、厚3 cm聚苯乙烯保溫板、PE復(fù)合土工膜(250 g/0.5 mm/250 g)，厚50 cm 10%水泥土墊層、原土翻夯300 cm，池底全部采用土工膜進(jìn)行防滲，庫(kù)底自上而下依次為厚80 cm壤土保護(hù)層，PE復(fù)合土工膜，厚30 cm 10%砂礫石墊層，池基清除腐殖土、壤土及松散的砂礫石層，用砂礫石夯填至設(shè)計(jì)高程(砂礫石墊層底面高程)，水池靠山一側(cè)有一小沖溝，采用地下箱涵導(dǎo)出洪水。

方案二：“土壩方案”，布置如下：與方案一中的水庫(kù)位置相同，平面布置與方案一基本一致，水池容積為34.8萬(wàn)m3，庫(kù)內(nèi)水深8.7 m，臨河池堤采用均質(zhì)土壩，最大壩高14 m，頂寬5 m，迎水面邊坡系數(shù)采用1∶2.75，壩體背水面邊坡1∶1.75，迎水面護(hù)坡自上而下依次為8 cm厚C20砼預(yù)制板、厚3 cm聚苯乙烯保溫板、PE復(fù)合土工膜、厚50 cm 10%水泥土墊層，靠山一側(cè)池底布置、防滲同方案一，進(jìn)出水建筑物、排洪建筑物與方案一基本相同。

采用方案一時(shí)，水池盡可能利用河灘空地布置，挖填不平衡，砼用量較多，庫(kù)容利用河灘地較多，壩體占河灘地較少，重力式擋土墻投資較大，蓄水池工程投資4352.68萬(wàn)元；采用方案二壩體設(shè)計(jì)施工要求簡(jiǎn)單，開(kāi)挖量大，庫(kù)容利用河灘地較少，占用土地面積大，挖填比較平衡，砼用量少，蓄水池工程投資2907.33萬(wàn)元，占地投資較方案一多約100萬(wàn)元，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單方便，從投資角度比較，方案二比方案一節(jié)省投資1345.35萬(wàn)元。經(jīng)過(guò)綜合比較，從投資、工程安全性和施工難度綜合考慮，調(diào)蓄水池采用為“土壩方案”進(jìn)行布置，調(diào)蓄水池平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 田堡調(diào)蓄水池平面示意圖

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)池頂防護(hù)設(shè)計(jì)

池頂滿足專門(mén)交通要求，為方便工程運(yùn)行管理，在池頂設(shè)5 m寬0.25 m厚現(xiàn)澆C20砼路面，在靠山一側(cè)，池頂路面設(shè)寬×高為0.3 m×0.3 m排水溝，排水溝左側(cè)布置改線永久道路，寬5.0 m，路面高程1854.0 m，池頂設(shè)高0.5 m現(xiàn)澆C20鋼筋砼L型防浪墻，墻頂高程1851.5 m，墻頂寬0.4 m，墻底寬1.0 m，墻厚0.4 m。

(2)靠山體一側(cè)壩坡設(shè)計(jì)

靠山體一側(cè)壩坡為由山體開(kāi)挖形成，按設(shè)計(jì)坡比進(jìn)行削坡后，將壩坡的濕陷性黃土進(jìn)行原土翻夯3.0 m，為了防止壩體滲漏，壩面設(shè)土工膜進(jìn)行防滲，自上而下依次鋪設(shè)厚8 cm C20砼預(yù)制板、厚3 cm聚苯乙烯保溫板、PE復(fù)合土工膜(FN2/1PE-16-500-0.5)以及厚50 cm 10%水泥土墊層。

(3)臨河側(cè)池堤設(shè)計(jì)

臨河側(cè)池堤設(shè)計(jì)為均質(zhì)土壩，設(shè)計(jì)邊坡迎水面為1∶2.75，背水面邊坡1∶1.75，池頂寬度5 m。調(diào)蓄水池迎水面采用兩布一膜復(fù)合土工膜，自上而下依次為厚8 cm C20砼預(yù)制板、厚3 cm聚苯乙烯保溫板、PE復(fù)合土工膜、壤土夯填池體，背水面采用植草格護(hù)坡，壩腳設(shè)貼坡式排水，高度2.5 m～5.5 m，調(diào)蓄水池迎水面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2 調(diào)蓄水池迎水面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

(4)池底及壩基處理

池底地基處理：若池基為砂礫石，先清除表層腐殖土、全部壤土及松散的砂礫石層后采用振動(dòng)碾表面壓實(shí)，池底清基后高程低于設(shè)計(jì)高程時(shí)，采用砂礫石夯填至設(shè)計(jì)高程，池底全部采用土工膜進(jìn)行防滲，自上而下依次為厚80 cm壤土保護(hù)層，PE復(fù)合土工膜，厚50 cm 10%水泥土墊層；若池基為巖石，地基處理自上而下依次為自上而下依次為厚80 cm壤土保護(hù)層，PE復(fù)合土工膜，厚50 cm 10%水泥土墊層。

壩基地基處理：清除巖石以上全部的壤土及砂礫石層，壤土壩體直接置于巖石層上頂面。

池堤與坡腳交界處復(fù)合土工膜設(shè)小腳C20砼錨固墩，池頂防浪墻兼做復(fù)合土工膜錨固墩。

考慮調(diào)蓄水池大面積鋪設(shè)土工膜水氣頂托作用，在土工布下部縱橫向設(shè)置直徑90 mmPVC排水排氣花管，采用專用的PVC透水花管。排氣管數(shù)量以池底尺寸具體布置，縱橫向間距10 m。

4 結(jié)論及建議

工程受水區(qū)水資源可利用量十分有限，當(dāng)?shù)匾延姓{(diào)蓄工程調(diào)蓄能力有限，無(wú)法解決引洮工程停水檢修期用水問(wèn)題。本工程中調(diào)蓄水池承擔(dān)引洮工程停水檢修期間的受水區(qū)供水任務(wù)，形成無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)本受水區(qū)全時(shí)段正常供水，使骨干工程效益完全發(fā)揮。因此，實(shí)施引洮供水二期配套靜寧縣城鄉(xiāng)供水田堡工程是十分必要和迫切的。本次調(diào)蓄水池工程設(shè)計(jì)對(duì)同類(lèi)型工程設(shè)計(jì)、施工具有參考意義。