小浪底引黃工程板澗河調蓄水庫方案比選

王 玲

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

小浪底引黃工程位于山西省運城市，自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程庫區向山西省涑水河流域調水，是山西省大水網工程建設中的一項大型引調水工程。工程南依黃河與河南隔河相望，北及涑水河與臨汾市接壤，東與晉城市相連，涵蓋了運城市中東部的大部分地區。工程任務是解決運城市垣曲縣、絳縣、聞喜縣、夏縣、鹽湖5縣（區）農業灌溉、農業生產和城市生活用水需求，工程設計引水流量20m3/s，年供水量2.47億m3，該工程引水線路總長59.6km，主要建筑物包括輸水線路、進水塔、泵站、調蓄水庫、連通洞和末端出水池。板澗河調蓄水庫是工程沿線的一個調蓄水庫，主要功能是在沒有農業用水的9—10月進行充水，當小浪底庫區水含沙量大于5kg/m3時，啟用調蓄水庫進行供水。

2 水庫布置情況

2.1 板澗河概況

板澗河是黃河一級支流，發源于聞喜縣石門鄉上陰里，入垣曲后流經朱家莊、毛家灣，在解峪匯入黃河。河流全長69km，流域面積348.51km2，其中垣曲縣境內228km2，縱坡18%，河谷呈“U”型，河床相對穩定。

板澗河流域北高南低，呈NW-SE流向，上游為中低山地形，中游為低山地形，下游為黃土丘陵地形，河谷兩側山巒疊嶂，地形復雜，主要為侵蝕構造與黃土堆積而成。河床寬50m，平水期水面寬4m，洪水期水面寬50m。

2.2 調蓄水庫規模及布置

板澗河調蓄水庫庫容3336萬m3，位于板澗河村下游約1.5km處，該段河流流向約S65°E，河谷斷面呈“V”型。壩址區出露地層巖性主要為震旦系下馬家組安山巖、中統云夢山組石英砂巖及底部礫巖，局部分布第四系松散堆積層。該調蓄水庫主要建筑物包括大壩、溢洪道、泄洪洞等。

2.3 壩線選擇

根據地形地質條件，在板澗河村附近河段的兩個彎道中間選擇了2個壩線（上壩線和下壩線，兩壩線相距50m）。從選擇重力壩來分析，上壩線地形比較開闊，壩軸線182m，易布置泄水建筑物，但因下游縮窄使泄水建筑物出口處開挖量較大；下壩線兩岸較陡，河床狹窄，壩軸線160m，但泄水建筑物布置困難，且因巖層傾向下游，壩高也會增加。選擇混凝土面板堆石壩時，如果選擇上壩線，岸邊溢洪道和泄洪洞出口位于下游彎道處，主流可挑至主河槽；如果選擇下壩線，因大壩較高而下游壩腳基本位于河道轉彎處，無法布置溢洪道和泄洪洞出口。由此可見，不管是重力壩還是混凝土面板堆石壩，上壩線較為合適。

2.4 壩型布置

調蓄水庫壩址位于板澗河村下游約1.5km處，河谷斷面呈“V”型，谷底寬10～25m，谷底高程約458m。兩岸岸坡較陡，巖石裸露，初步確定可選擇拱壩、碾壓混凝土重力壩和面板堆石壩，下面主要對三種壩型的布置進行分析。

2.4.1 拱壩

從壩址現場勘察資料分析，認為壩址區兩岸上部為厚層狀石英砂巖，雖巖性堅硬，但層間存在大型斜層理結構面，斜層理及巖層均傾斜向下游，而且兩岸存在卸荷裂隙帶，主卸荷裂隙近順河向，延伸較遠，傾角69°～78°。兩岸結構面及風化卸荷帶的存在，對拱壩拱座穩定不利。

2.4.2 碾壓混凝土重力壩

碾壓混凝土重力壩由泄水壩段及擋水壩段組成。泄水壩段布置在河床中部，擋水壩段位于泄水壩段兩側，大壩全長182m。

碾壓混凝土重力壩座落在弱風化基巖下部，最大壩高102.3m，擋水壩段壩頂寬度9.0m，最大壩底寬度87m。

壩體為三級配R90100碾壓混凝土，大壩基礎鋪1m厚的常態混凝土墊層。壩基設固結灌漿和帷幕灌漿。

溢流表孔采用實用堰，共設6孔，堰凈寬48m，為開敞式，采用挑流式消能。沖沙泄流底孔洞身為方形，尺寸3.0m×3.6m，采用挑流式消能。

2.4.3 混凝土面板堆石壩方案

堆石壩方案由大壩、溢洪道、泄洪洞三部分組成。混凝土面板堆石壩最大壩高85m，壩頂長167m，寬8.0m。面板和趾板采用現澆C30鋼筋混凝土，趾板下設帷幕灌漿和固結灌漿。根據壩址地形情況，大壩右岸地形較高，岸坡較陡，而左岸相對較低，上壩公路位于左岸，因此將溢洪道和導流泄洪洞均布置在左岸，溢洪道全長253.5m。泄洪洞布置于溢洪道左側，兩軸線相距70m，其進口位于左岸溝凹內，與導流洞結合布置。泄洪洞全長327m，由隧洞進口段、閘室段、無壓洞身段及出口消能段組成。

從上述三種壩型布置來分析，不適宜選擇拱壩，因此，主要從堆石壩和重力壩作進一步分析比較。

3 壩型比選

混凝土面板堆石壩可以就地取材，壩體適應地基變形能力強，基礎處理費用低，工期短，施工技術簡單，工序之間干擾小，但壩身不易布設泄洪建筑物，需修建岸邊式溢洪道；運行過程中需要對上、下游壩坡進行經常性維護。

碾壓混凝土重力壩筑壩材料強度高，耐久性好，運行管理方便；泄洪建筑物結合大壩布置，不需另設岸邊溢洪道，但對碾壓混凝土重力壩壩體施工技術要求高，混凝土填筑受氣候影響大，對壩基要求高，基礎處理復雜。

下面從壩址區的地形、地質條件、筑壩材料、工程總布置、施工條件、運行管理、工程量及投資等方面對兩種壩型進行比選。

3.1 地形、地質條件

從地形上看，兩岸沒有天然埡口，但左岸地形較緩，泄水建筑物可布置在左岸。從工程地質條件分析，混凝土面板堆石壩對地基變形的適應性能較好，對地基承載力要求不高，壩基混合土卵石層和強風化層較薄，基礎處理工作簡單。混凝土重力壩對基礎巖石要求較高，大壩必須座落在弱風化下部微風化基巖上，而地基弱風化層較厚，最厚達16m，基礎開挖和基礎處理工程量大。因此從地形、地質條件來看，面板堆石壩優于碾壓混凝土重力壩。

3.2 筑壩材料

石料場位于壩址上游約0.6km處，為安山巖。壩址區溢洪道和導流泄洪洞洞身主要為石英砂巖。料場和開挖料弱微風化巖層可作為堆石料的料源使用來加工主堆石區及下游堆石區石料，也可用于加工墊層料和過渡區石料。粗骨料可在漆樹溝灰巖石料場（運距6km）開采加工或寺溝灰巖石料場（運距25km）購買。細骨料可采用板澗河下游槐坪村砂礫料場，運距20km。從筑壩材料看，面板堆石壩優于碾壓混凝土重力壩。

3.3 施工條件

在施工布置上，混凝土重力壩的泄洪建筑物布置在壩體中部，二者施工干擾大，工期相對較長；面板堆石壩的大壩與泄洪建筑物分開布置，施工互相不影響，可以縮短工期，泄洪建筑物的開挖料也能作為大壩填筑材料使用。從施工布置看，面板堆石壩優于混凝土重力壩。

3.4 運行管理

混凝土重力壩筑壩材料強度高，耐久性好，泄洪建筑物結合大壩布置，不需另設岸邊溢洪道，沖沙效果好，運行管理方便；面板堆石壩運行過程中需要對上、下游壩坡進行經常性維護，泄洪洞沖沙效果較差。從運行管理方面看，重力壩優于面板堆石壩。

3.5 投資分析

通過對兩種壩型的投資分析得知：碾壓混凝土重力壩投資約為1.9億元，混凝土面板堆石壩投資約為1.5億元，堆石壩比重力壩節省投資約40000萬元。

4 結語

通過上述綜合分析，板澗河調蓄水庫選擇混凝土面板堆石壩既有利于工程布置，又利于就地取材、方便施工，還可節約投資，因而是較為合理的方案。