松塔水庫樞紐工程可研壩型方案比選

何志萍

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

松塔水庫位于壽陽縣瀟河主流松塔河上，其任務(wù)是以城市生活及工業(yè)供水、水力發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用。設(shè)計(jì)總庫容9820萬m3，為壽陽縣和榆次區(qū)城市及工業(yè)供水2200萬m3，其中榆次區(qū)1500萬m3，壽陽縣700萬m3；年均發(fā)電349萬kW·h，可改善瀟河灌區(qū)早灌面積1.171萬hm2農(nóng)業(yè)的灌溉用水。

2 壩型選擇

根據(jù)地形、地質(zhì)、施工、建筑材料及投資等條件，初選均質(zhì)土壩、混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩三種壩型進(jìn)行比較。選定的松塔水庫壩址位于西草莊村和東草莊村附近約2.0km的河段上。三種壩型采用的洪水標(biāo)準(zhǔn)為：水庫大壩正常運(yùn)用（設(shè)計(jì)）洪水重現(xiàn)期為100年，非常運(yùn)用（校核）洪水重現(xiàn)期為1000年。

2.1 均質(zhì)土壩方案

主要建筑物有大壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、供水發(fā)電洞及發(fā)電站。水庫總庫容9820萬m3，依據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，水庫屬中型工程，工程等別為Ⅲ等。校核洪水位1028.61m，設(shè)計(jì)洪水位1027.59m，正常蓄水位1027m。大壩壩頂高程1030.00m，壩頂長550.0m，最大壩高63.0m，最大壩底寬351.2m，壩頂寬10.0m。大壩包括壩體、排水體、反濾層和護(hù)坡等區(qū)。壩頂下游側(cè)設(shè)路肩石和漿砌石排水溝，與下游壩坡縱向排水溝相通；壩頂上游側(cè)設(shè)寬50cm、高1.2m的漿砌石防浪墻，墻頂高程為1031.20m，墻底伸入壩體2.0m。

溢洪道設(shè)在大壩左岸，基礎(chǔ)坐落在新鮮基巖上，為開敞式正槽溢洪道。溢洪道平面直線布置，進(jìn)口底高程1016.50m，溢洪道凈寬36m。主要由引渠段、控制段、泄槽段、挑流段四部分組成，總長135m。樁號(hào)0-042~0+000為引渠段，樁號(hào)0+000~0+015為控制段，樁號(hào)0+015~0+125為泄槽段，樁號(hào)0+125~0+139為挑流段。溢洪道底坡1/20，溢流堰堰頂高程1022.00m，堰前設(shè)檢修疊梁閘門，閘孔尺寸12m×7m，3孔共用1套疊梁閘門；堰頂設(shè)3孔弧形工作閘門，閘孔尺寸12m×5m，每孔寬12m。溢洪道斷面為矩形斷面，為連續(xù)式挑流鼻坎，反弧半徑為25.0m，挑射角度為25°。

導(dǎo)流泄洪洞為圓形有壓隧洞，洞徑6.0m，兼有施工導(dǎo)流、泄洪和沖沙作用，布置在大壩左岸，進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，內(nèi)設(shè)1孔平板檢修門，進(jìn)口底高程975.50m，出口設(shè)工作閘門閘室，底高程為972.05m，閘室內(nèi)設(shè)一扇弧形工作門。出口采用挑流消能。導(dǎo)流泄洪底洞全長357.0m。檢修閘門啟閉設(shè)備設(shè)在進(jìn)水塔頂部，啟閉機(jī)平臺(tái)高程為1036.00m。

供水發(fā)電洞為圓形有壓隧洞，洞徑2.6m，兼有發(fā)電和供水作用，布置在大壩左岸，進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔、攔污柵和平板事故閘門，進(jìn)口底高程991.50m，出口接壓力鋼管和電站廠房，發(fā)電洞全長240.0m，壓力鋼管長25.6m。

水電站位于大壩下游左岸壩腳處，由供水發(fā)電洞引水。電站裝機(jī)容量1000kW，設(shè)計(jì)流量2.6m3/s，設(shè)2臺(tái)機(jī)組，單機(jī)流量1.3m3/s，單機(jī)容量500kW。主廠房為矩形廠房，單層排架結(jié)構(gòu)，地面以下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地面以上為磚混結(jié)構(gòu)。廠房長30m，寬9m，其中安裝間長6.0m，位于廠房右側(cè)。2臺(tái)臥式機(jī)組呈一字型排列，機(jī)組中心間距為8.0m，水輪機(jī)機(jī)組安裝高程973.40m，水輪機(jī)層底板高程972.53m，安裝間底板高程976.30m，室外地坪976.10m。副廠房位于主廠房上游側(cè)，長30.00m，寬8.4m，設(shè)有站用變壓器室、勵(lì)磁變壓器室、中控室、高壓室，副廠房地面高程976.10m。水輪機(jī)組為金屬蝸殼和尾水管，設(shè)混凝土尾水道、尾水閘門，尾水通過尾水渠送入供水豎井。

2.2 混凝土面板堆石壩

混凝土面板堆石壩方案的樞紐工程包括擋水大壩、岸邊溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞、供水發(fā)電洞、電站等。水庫總庫容9820萬m3，校核洪水位1028.61m，設(shè)計(jì)洪水位為1027.59m，正常蓄水位1027m。大壩采用碾壓堆石壩體、混凝土面板防滲，壩頂高程1030.00m，壩頂長550.0m，最大壩高64.62m，最大壩底寬度231.648m，上、下游壩坡均為 1∶1.5，壩頂寬 10.0m。下游壩坡在高程1000.00m處設(shè)一條馬道，馬道寬2.0m。大壩壩體分區(qū)主要由墊層、過渡層、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)及大塊石區(qū)組成。主堆石區(qū)頂部高程1027.20m，壩頂設(shè)鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程1031.20m，墻底與主堆石區(qū)頂齊平。混凝土防滲面板頂高程1027.20m，與壩頂防浪墻相接，頂部厚度0.5m，底部與趾板采用鉸接，厚度0.5m。

岸邊溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞和供水發(fā)電洞的布置及結(jié)構(gòu)尺寸同均質(zhì)土壩方案。

2.3 碾壓混凝土重力壩

混凝土重力壩方案的樞紐工程包括擋水大壩、供水發(fā)電洞、電站等。水庫總庫容為9860萬m3，校核洪水位1028.70m，設(shè)計(jì)洪水位為1028.63m，正常蓄水位1027m。混凝土重力壩方案大壩由擋水壩段、溢流壩段和底孔壩段組成，另外還有壩身放水鋼管、電站等設(shè)施。大壩擋水壩段采用碾壓混凝土重力式斷面，壩頂高程1030.7m，壩頂寬10.0m，大壩上游邊坡為1∶0.2，下游邊坡為1∶0.9；溢流壩段位于大壩中部，長48m，堰頂高程1021.00m，采用WES型實(shí)用堰；底孔壩段位于溢流壩段左側(cè)，長26m，總壩長521m。大壩最大壩高69.25m，最大壩底寬74.734m。

供水發(fā)電洞、電站的布置及結(jié)構(gòu)尺寸同均質(zhì)土壩方案。

3 壩型比較

3.1 地形、地質(zhì)條件

選定的松塔水庫壩址地形較為平坦，河流在區(qū)內(nèi)呈“S”型，河谷寬約240m，為“U”型谷。河床地面高程968.0～976.5m，局部基巖裸露。兩岸為基巖山區(qū)，發(fā)育有堆積階地，基巖裸露。

從工程地質(zhì)條件分析，修建碾壓混凝土重力壩對基礎(chǔ)巖層要求較高，壩基開挖至弱風(fēng)化帶基巖下部，需將河床表層1～3m厚的松散砂卵石土層及強(qiáng)風(fēng)化基巖清除，對壩基建基面進(jìn)行固結(jié)灌漿，由于壩基存在泥質(zhì)砂巖夾層，大壩深層滑動(dòng)不滿足規(guī)范要求，還需采取預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固。

混凝土面板堆石壩的趾板要求有較高的穩(wěn)定性，所以對壩基的要求很高，趾板基礎(chǔ)必須建在較好的基巖上，基礎(chǔ)坐落在河床強(qiáng)風(fēng)化基巖的下限，需將河床表層1～3m厚的松散砂卵石土層和2m厚的強(qiáng)風(fēng)化層清除，趾板置于強(qiáng)風(fēng)化層下限，即全部挖除上層高壓縮性松散砂卵石土層和2m厚的強(qiáng)風(fēng)化層，再筑壩。

均質(zhì)土壩適宜建在任何基巖、砂礫石、河床沖積層、黏性土層等地基，并可直接建于不透水地基上，土壩的基礎(chǔ)坐落在基巖上，需將河床表層1～3m厚的松散砂卵石土層清除，再清除局部松散的強(qiáng)風(fēng)化巖層，壩軸線下游鋪1m厚的反濾層和排水體，再筑壩。

從工程地質(zhì)條件分析，均質(zhì)土壩優(yōu)于其他兩種壩型。

3.2 筑壩材料

碾壓混凝土重力壩需要的水泥、粉煤灰等外運(yùn)材料較多，該工程壩址附近缺少混凝土粗、細(xì)骨料，所以此種壩型對本工程來說，不具優(yōu)越性。混凝土面板堆石壩要求有較豐富的石料和混凝土骨料，本工程壩址附近缺少混凝土粗、細(xì)骨料，所以此種壩型對該工程來說，同樣不具優(yōu)越性。均質(zhì)土壩對黏土、粉質(zhì)壤土、壤土、含礫壤土、含礫黏土和礫質(zhì)土等土料均適宜建壩，對該工程來說，當(dāng)?shù)赜胸S富的土料，在滿足相同的供水條件下，可節(jié)省大量投資，應(yīng)優(yōu)先考慮這種壩型。

從筑壩材料看，均質(zhì)土壩優(yōu)于其他兩種壩型。

3.3 施工條件

碾壓混凝土重力壩具有施工速度快、水泥用量少、水泥水化熱低等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是大壩在冬季、雨季有一定影響。混凝土面板堆石壩由于大壩主體是堆石料，可在冬季、雨季施工，但面板施工技術(shù)要求高，堆石填筑必須采用振動(dòng)碾碾壓，以達(dá)到較高的密實(shí)度。均質(zhì)土壩由于土料單一、干擾少、施工簡單，便于大規(guī)模施工。

從施工條件看，均質(zhì)土壩優(yōu)于其他兩種壩型。

3.4 工程量及投資

經(jīng)過對三種壩型的工程量及投資進(jìn)行分析可知，均質(zhì)土壩方案比混凝土面板堆石壩方案少0.65億元，比碾壓混凝土重力壩方案少1.95億元。因此本階段初選均質(zhì)土壩方案。