龍里窄沖水庫(kù)壩型的選擇

張思遠(yuǎn)

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng)550002)

龍里窄沖水庫(kù)壩型的選擇

張思遠(yuǎn)

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng)550002)

對(duì)于水利工程，樞紐建筑物的位置和形式的選擇是關(guān)鍵之一。在此就以窄沖水庫(kù)為例，就水庫(kù)壩型壩線的選擇進(jìn)行初步的探討。經(jīng)綜合比較分析認(rèn)為，推薦壩型為鋼筋混凝土面板堆石壩。

水庫(kù);面板壩;重力壩;壩型;選擇;壩線

窄沖水庫(kù)位于龍里縣城西南民主鄉(xiāng)的朵花河上，朵花河屬烏江水系清水河流域獨(dú)木河支流打草河上游。朵花河發(fā)源于龍里縣西南沙拉巖，自西向東于龍里縣城西匯入獨(dú)木河。

1 壩線及壩型擬定

1.1 壩線選擇

壩址位于窄沖村寨下游約300.0 m的朵花河河段上。左岸上、下游均有沖溝發(fā)育，地形較破碎，且有一丫口發(fā)育，丫口地表高程1 216.5 m，受沖溝切割及丫口發(fā)育影響，左岸山體較單薄，為一孤立山峰，山頂高程1 232.11 m，在正常蓄水位1 220 m高程時(shí)，山體長(zhǎng)50 m左右;右岸山體雄厚，地形較完整。受左岸上、下沖溝制約，可選建壩河段河谷長(zhǎng)約200.0 m，正常蓄水位時(shí)左岸山體長(zhǎng)50 m左右，因此壩線選擇余地不大，具有唯一性。

1.2 壩型的選擇

壩址河谷為“U”型橫向谷，底寬80～90 m，在正常蓄水位1 220 m時(shí)，河谷寬205.2 m，寬高比3.31。河床高程1 158 ～1 160 m，河床及兩岸階地沖洪積粉質(zhì)黏土及砂卵石層厚2～6.3 m，下伏基巖主要為泥質(zhì)白云巖及灰質(zhì)白云巖，緩傾下游，傾角5°左右，且有泥巖夾層發(fā)育，垂直強(qiáng)風(fēng)化深度4～8 m，弱風(fēng)化深度14～17 m，壩基弱風(fēng)化巖體以AⅢ2類為主夾CⅣ類。

根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件，綜合考慮后，擬選面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩兩種壩型進(jìn)行比選。

1.3 鋼筋混凝土面板堆石壩方案

1.3.1 大壩

水庫(kù)大壩為混凝土面板堆石壩，左、右壩肩坐標(biāo)點(diǎn)分別為XA=2 919 608.693 6 m，YA=384 774.240 5 m，XB=2 919 486.199 7 m，YB=384 962.093 3 m，壩 軸 線 方 位 角123.107°。壩頂高程 1 223.3 m，河床趾板建基面高程1 153.60 m，最大壩高69.3 m，壩頂長(zhǎng)226.592 m。

1.3.2 溢洪道

岸邊式溢洪道布置在大壩左岸埡口處。整個(gè)溢洪道由進(jìn)水渠、控制段、泄槽段、消能段組成。溢洪道總長(zhǎng)為195.62 m，軸線方位角為 NE43.15°。溢流堰凈寬 27 m，堰頂高程1 220 m，無(wú)閘自由溢流，溢流堰型為實(shí)用堰，后與泄槽相接。堰頂設(shè)交通橋，橋?qū)?.0 m，與壩頂及左岸公路相連。泄槽斷面為矩形，底板、邊墻采用C30鋼筋混凝土襯砌。溢洪道出口消能工采用底流消能方式。

1.3.3 導(dǎo)流兼放空引水隧洞

為節(jié)省投資，利用導(dǎo)流洞改建而成，采用“三洞合一”方式布置，即導(dǎo)流、放空、引水為一體。根據(jù)壩址處的地形地質(zhì)條件，導(dǎo)流兼放空引水隧洞布置在右岸，其中，由取水塔、隧洞等組成。

取水塔后隧洞洞身采用“龍?zhí)ь^”型式與導(dǎo)流洞相接。在隧洞出口，弧形閘門前1 m處兩邊墻上設(shè)置左、右輸水管，將水引入左、右岸輸水管。

隧洞軸線方位角由 NE84°20'24″轉(zhuǎn)向 NE29°46'22″，再轉(zhuǎn)向 NW8°45'38″，為有壓洞，隧洞總長(zhǎng) 289.453 m，利用導(dǎo)流洞長(zhǎng)226.6 m，占導(dǎo)流洞全長(zhǎng)78.2%。

1.4 碾壓混凝土重力壩方案

1.4.1 樞紐布置

碾壓混凝土重力壩方案主要建筑物由碾壓混凝土重力壩、壩頂溢流表孔、放空底孔和壩身引水管及輸水管道組成。

壩軸線方位角NW123.107°。左、右壩肩坐標(biāo)點(diǎn)分別為XA=2 919 480 m，YA=384 963.1 m，XD=2 919 605 m，YD=384 772.8 m，壩頂高程1 223.35 m，最大壩高76.65 m，壩軸線長(zhǎng)279.930 m，壩頂寬度取為8 m。

非溢流壩段:上游壩坡1∶0.2，折坡點(diǎn)高程1 192.60 m;下游壩坡為 1∶0.75，折坡點(diǎn)高程 1 212.683 m。

溢流壩段:上游壩坡 1∶0.2，折坡點(diǎn)高程 1 192.6 m;下堰頭上游端采用圓弧曲線，下游端溢流堰面為曲線，下部接一坡度為1∶0.75的直線段，最后與一反弧消能段相連。

1.4.2 溢流表孔

該壩址河谷底部地形平緩，河床兩岸有漫灘及一級(jí)堆積階地發(fā)育，河谷兩岸地形坡度陡峭，河谷底部寬約80～150 m，在正常蓄水位1 220 m時(shí)，河谷寬206.8 m，寬高比3.36。河谷斷面為底部寬緩的“U”型河谷。為了減小壩高，溢流布置以不沖刷兩岸坡的前提下，溢流寬度盡量加寬，經(jīng)布置，溢流凈寬27 m，溢流表孔布置在壩身河床段，為開敞式溢流表孔，堰頂高程1 220 m。溢流堰面曲線堰頂下游面采用冪曲線，堰頂上游面采用三圓弧曲線，下游堰面經(jīng)一坡度為1∶0.75的直線溢流段與一半徑R=20 m的下游反弧段相接。消能方式采用挑流消能，挑射角20°。溢流面混凝土采用C30混凝土。

1.4.3 放空底孔

放空底孔布置在左壩段，緊靠溢流表孔。底孔進(jìn)口底坎高程1 167 m，進(jìn)口設(shè)一2.0 m×2.5 m的平面檢修閘門，出口設(shè)一2.0 m×2.0 m的弧形工作閘門。底孔斷面為2.0 m×2.5 m的方形孔，采用C 40鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚1.0 m。其后接反弧消能段，采用挑流消能。

1.4.4 取水塔及取水鋼管

引水管布置在左壩段，設(shè)計(jì)引水流量1.104 m3/s，為壩內(nèi)埋管，采用直徑為2.0 m(壁厚22 mm)的Q235鋼管，管中心高程1 170.5 m。引水管進(jìn)口采用塔式分層引水，塔身上設(shè)置3個(gè)進(jìn)水口分層取水，孔口尺寸為2 m×2 m，設(shè)置高程為1 170、1 190、1 205 m。每個(gè)取水塔出口設(shè)置岔管，將水引入左、右岸輸水管。

1.4.5 帷幕灌漿

重力壩方案防滲帷幕布置及防滲標(biāo)準(zhǔn)與面板壩方案一致，該方案在壩體段帷幕采用兩層灌漿廊道，高程分別為1 160.30、1 194.8 m。防滲帷幕線總長(zhǎng)680.104 m，兩岸采用灌漿平洞，左岸灌漿平洞長(zhǎng)141.88 m，右岸灌漿平洞長(zhǎng)221.31 m。防滲帷幕有效進(jìn)尺為14 220 m，無(wú)效進(jìn)尺3 000 m。

1.5 方案比較

對(duì)碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩的綜合比較如表1。

表1 壩型選擇綜合比較表

1)水文地質(zhì)條件。由于壩線唯一，所以兩壩型方案水文地質(zhì)條件相同。從壩線地質(zhì)條件上分析，重力壩需采用弱風(fēng)化巖體中下部作基礎(chǔ)持力層，基坑開挖深度13～15 m，壩基巖體主要為弱風(fēng)化灰質(zhì)白云巖，強(qiáng)度滿足建壩要求，建基面為淺層抗滑穩(wěn)定控制面;巖層緩傾下游，與 N65°～80°W/SW∠60°～70°的裂隙組合為深層抗滑穩(wěn)定的控制面。存在基坑邊坡穩(wěn)定及沿巖層抗滑穩(wěn)定問(wèn)題。

面板堆石壩對(duì)地基條件要求較低，趾板采用弱風(fēng)化巖體作基礎(chǔ)持力層，主堆石區(qū)及次堆石區(qū)可采用稍密的砂卵石層或強(qiáng)風(fēng)化巖體作基礎(chǔ)持力層，趾板基坑底寬4 m，深度2～8 m。

就本工程來(lái)講，由于面板堆石壩對(duì)建壩地質(zhì)條件要求較低，修建面板堆石壩對(duì)建壩地質(zhì)條件的適應(yīng)性要優(yōu)于重力壩。

2)泄洪布置。混凝土重力壩方案的溢洪道布置在壩身，溢洪道水流方向順河向，只要求對(duì)泄洪沖刷區(qū)做工程處理措施即可，工程處理措施相對(duì)較簡(jiǎn)單，本次經(jīng)綜合比較選擇了挑流消能方式;混凝土面板堆石壩方案的溢洪道布置在岸邊的埡口處。從溢洪道布置來(lái)比較，混凝土重力壩方案的壩頂溢洪道布置比鋼筋混凝土面板堆石壩方案的埡口溢洪道布置要好些。

3)混凝土重力壩方案的放空設(shè)施可以考慮在壩身設(shè)置放空底孔，施工和運(yùn)行都較為方便;混凝土面板堆石壩方案的放空設(shè)施考慮為將導(dǎo)流洞改建為放空引水隧洞，然后在其旁邊再布置一取水塔。由此看來(lái)，面板壩方案將導(dǎo)流洞改建為放空引水隧洞三洞合一的方案要優(yōu)些。因此，在放空設(shè)施方面，混凝土面板堆石壩方案優(yōu)于混凝土重力壩方案。

4)施工條件主要的差別緣于壩型不同帶來(lái)的施工方面的不同，主要有工期不同，布置也不同。但各有其特點(diǎn)，總體來(lái)看，施工條件相當(dāng)。

5)水庫(kù)淹沒(méi)投資比較。兩個(gè)方案水庫(kù)淹沒(méi)均采用開敞式自由溢流，溢流凈寬相同，淹沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)一樣，則淹沒(méi)賠償一樣，即淹沒(méi)投資均為5 908.43萬(wàn)元。

6)投資比較。從表1可知，面板壩方案工程直接投資為10 057.83萬(wàn)元，重力壩方案工程直接投資為17 191.72萬(wàn)元，面板壩方案投資比重力壩方案投資少7 133.89萬(wàn)元。因此，從節(jié)約工程投資的角度，應(yīng)選擇混凝土面板壩方案。

2 結(jié)論

綜合比較分析認(rèn)為，采用面板堆石壩方案更經(jīng)濟(jì)，因此本階段選擇推薦壩型為鋼筋混凝土面板壩。

［1］SL 319-2005混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005:30.

［2］李煒.水力計(jì)算手冊(cè):第二版［K］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006:29.

［3］沈長(zhǎng)松，王世夏，林益才，等.水工建筑物［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2008:60.

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1007-7596(2012)07-0225-02

2012-06-20

張思遠(yuǎn)(1981-)，男，遼寧遼陽(yáng)人，工程師，從事水工建筑工作。