芭蕉灣水庫工程壩型選擇及首部樞紐布置

郭巍巍 劉春鋒 胡鑫

1 工程概況

芭蕉灣水庫壩址位于貴州省玉屏侗族自治縣舞陽河二級支流排坡河支流冷水江上。工程任務(wù)為灌溉及農(nóng)村人畜飲水，設(shè)計年灌溉需水量232萬m3（P=80%），年供水量75.2萬m3（P=95%）。水庫正常蓄水位576.80 m，相應(yīng)庫容127萬m3；校核洪水位579.24 m，相應(yīng)庫容171萬m3，最大壩高為29.50 m。工程規(guī)模為?。?）型，工程等別為Ⅳ等，其中擋水、泄水、引水建筑物及灌溉、供水建筑物為4級，消能防沖、導(dǎo)流及其它臨時建筑物為5級。

2 自然條件

2.1 氣象、水文條件

排坡河流域?qū)僦衼啛釒駶櫺图撅L(fēng)氣候，溫和多雨，每年4—8月為雨季。多年平均降水量1 120 mm，但年內(nèi)分配不均，4—10月占全年的80.1%。多年平均氣溫17.2℃，月平均最高氣溫32.7℃，月平均最低氣溫2.2℃；多年平均風(fēng)速1.1 m/s。

徑流年內(nèi)分配不均，年際變化不大，壩址多年平均徑流量1 995萬m3。年內(nèi)徑流量主要集中在4—8月，其徑流量占全年的69.5%，其中5—7月徑流量尤為集中，其徑流量占全年的50.7%；9—翌年3月徑流量較小，僅占全年徑流量的25.6%。多年平均入庫總沙量0.62萬t，折合0.47萬m3。

2.2 地形地質(zhì)條件

庫區(qū)兩岸基本對稱，壩址區(qū)河谷呈“U”形，主河槽寬15～40 m，兩岸地形坡度30°～70°。岸坡下部略陡，基巖廣泛出露；中上部邊坡略緩，覆蓋層為坡殘積含碎石黏土，植被茂密；溝谷底部大部分覆蓋沖洪積物及坡殘積物，局部基巖裸露。壩址區(qū)出露地層主要為寒武系中統(tǒng)敖溪組（∈2a）灰白色厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰色薄層狀灰?guī)r、灰?guī)r夾灰黑色薄層狀泥灰?guī)r及新生界第四系全新統(tǒng)（Q4）松散堆積物。構(gòu)造以節(jié)理裂隙為主，巖溶呈現(xiàn)不均一性，未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。

3 壩型選擇

水庫正常蓄水位576.80 m，壩頂581.00 m高程河谷寬79 m，河谷寬高比2.68，壩基及兩岸巖石均為較堅硬巖-堅硬巖，弱風(fēng)化巖體飽和單軸抗壓強度大于50 MPa，適合建造重力壩或拱壩，選擇細(xì)石混凝土砌石重力壩和細(xì)石混凝土砌石拱壩進(jìn)行比較。

細(xì)石混凝土砌石拱壩采用定圓心定外半徑的單曲拱壩。建基面選擇在弱風(fēng)化中部基巖上，最大壩高為29.5 m，壩頂軸線長度82.0 m（不含重力墩長度），壩頂寬度3.0 m，下游壩坡在高程578.00 m以下坡度為0.2，厚高比為0.20。砌石重力壩建基面選擇在弱風(fēng)化中部基巖上，最大壩高為30.0 m，壩頂長度為81.0 m，壩頂寬度3.0 m，上游壩面高程561.00 m以下坡度為1∶0.2，下游壩面高程576.00 m以下坡度為1∶0.7。

鑒于砌石拱壩相比重力壩方案具有壩體斷面小、工程量小、施工方便、工期短、經(jīng)濟(jì)性較好等特點，經(jīng)比較砌石拱壩方案可節(jié)省土建工程投資204萬元、節(jié)約工期1個月，故最終確定細(xì)石混凝土砌石拱壩為推薦壩型。

4 首部樞紐總體布置

首部樞紐工程由擋水建筑物、泄水建筑物、引水兼放空建筑物等組成。首部樞紐平面布置圖如圖1所示。

圖1 首部樞紐平面布置圖

擋水建筑物為細(xì)石混凝土砌石拱壩，采用定圓心定半徑的單曲拱壩。河床部位拱壩建基面高程551.50 m，壩頂高程581.00 m，最大壩高29.5 m。拱壩頂拱外半徑45.00 m，中心角為104.4°，左、右半拱對稱布置。壩頂軸線長度82.0 m（不含重力墩長度）。壩頂寬度3.0 m，下游壩坡在高程578.00 m以下坡度為0.2，壩體底部厚度7.39 m，拱壩厚高比為0.20。壩體結(jié)構(gòu)分別為：迎水側(cè)為0.5 m厚混凝土預(yù)制塊，后接0.5 m漸變至1.0 m厚C25W6防滲心墻，后接C15細(xì)石混凝土毛石結(jié)構(gòu)，壩下游外側(cè)為0.5 m厚混凝土預(yù)制塊，基礎(chǔ)設(shè)置1.5 m厚C15混凝土墊層。

泄水建筑物采用居壩中布置的開敞式溢流表孔，共3孔，堰頂前端展開單孔凈寬11.364 m，采用無閘門控制WES實用堰，堰頂與正常蓄水位齊平。溢流表孔出口采用挑流消能型式，挑角10.0°，溢流護(hù)面采用0.7 m厚的C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下部采用C25鋼筋混凝土，鼻坎混凝土護(hù)面與砌石壩體采用錨筋連接。溢流段設(shè)壩頂交通橋，連接兩岸交通，橋面寬3 m。如圖2所示。

圖2 溢流壩段橫剖面圖

壩后45 m處設(shè)重力式擋墻結(jié)構(gòu)二道壩，高8 m，頂寬1.5 m，底寬5.5 m，上游坡比1∶0.5，下游坡比1∶0.1。二道壩和壩體之間設(shè)置護(hù)坦和護(hù)墊，鋼筋混凝土護(hù)坦長24.4 m、厚1.5 m的，格賓石籠護(hù)墊長20.6 m、厚0.5 m。

為改善壩肩受力條件，保證壩肩穩(wěn)定，在兩壩肩設(shè)置M7.5漿砌石重力墩。左岸重力墩基礎(chǔ)底高程572.00 m，頂高程581.00 m，壩軸線方向?qū)挾?.0 m，順?biāo)飨驅(qū)挾?6.0 m；右岸壩肩地勢相對平緩，頂部原地面高程與壩頂基本平齊，重力墩基礎(chǔ)底高程570.00 m，頂高程581.00 m，壩軸線方向?qū)挾?2.0 m，順?biāo)飨驅(qū)挾?6.0 m。

引水兼放空建筑物由取水口、引水管道和分水閥室組成。其中取水口由攔污柵和事故檢修閘組成；引水管道由埋內(nèi)埋管和壩后明鋼管組成，埋內(nèi)埋管采用直徑1.0 m鋼管，壩后背管（明鋼管）總長20 m；壩后背管后接1#分水閥室，在閥室內(nèi)取水管分為3支，分別為灌溉兼人飲供水管線、放空管線和生態(tài)基流管線。

5 結(jié) 語

綜合考慮地形、地質(zhì)、料源、移民、交通等情況，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定芭蕉灣水庫工程首部樞紐的形式和布置，采用細(xì)石混凝土砌石拱壩、開敞式溢流表孔泄洪、右岸塔式進(jìn)水口接壩內(nèi)埋管的引水布置方式，對類似工程有借鑒作用。