大黃沖水庫工程建設方案比選

謝莉

【摘 要】結合大黃沖水庫工程地形、地質條件、規模要求和需水量分析，推薦采用混凝土重力壩方案。對重力壩的泄流及消能防沖方案進行比選后，溢流壩選用開敞式溢洪方案，消能采用底流消能方案。水庫樞紐建筑物主要由大壩、泄水建筑物、供水建筑物等組成。文章根據工程實際情況選擇益洪方案，并對工程總體布置進行了介紹。

【關鍵詞】水庫工程；工程建設；方案；比選；總體布置

【中圖分類號】TV632 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0101-02

1 工程概況

大黃沖水庫位于昭平縣鳳凰鄉營盤村，水庫附近有黃姚到賀州二級公路、賀州至梧州高速高速公路經過，壩址距鳳凰鄉政府所在地約8 km，距賀州市約50 km，距昭平縣城約85 km。壩址位于西江水系桂江支流富群水支流的大黃沖支流上，流域地理為北高南低，河流發源于海拔644.6 m的將軍嶺，流域海拔高程為215～644 m，屬山區性河流。大黃沖水庫控制集雨面積6.88 km2，壩址以上主河道長4.80 km，河流平均坡降為38.7‰。

大黃沖水庫壩址位于昭平縣鳳凰鄉鰲獅屯西北面1.0 km處，工程任務規劃為供水為主的水利工程，即大黃沖水庫承擔鳳凰鄉政府駐地及營盤村等10個村共3.38萬人的生活、工業及第三產業用水任務。水庫樞紐建筑物主要由擋水建筑物、泄水建筑物、供水建筑物、交通工程及附屬建筑物等組成。水庫正常蓄水位為254 m，總庫容為320萬m3，興利（有效）庫容為264萬m3。大黃沖水庫供水流量為0.15m3/s，放入原河道的生態基流量為0.02m3/s。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252—2017）的規定，大黃沖水庫為小（1）型水庫，工程等別為IV等。攔河大壩、泄水建筑物、供水建筑物進口及副壩等主要建筑物，按4級建筑物設計；其余為次要建筑物，按5級建筑物設計。大黃沖水庫混凝土主壩及副壩設計洪水標準為30年一遇，校核洪水標準為200年一遇，相應設計洪水位為255.29 m，校核洪水位為255.69 m。土石壩設計洪水標準為30年一遇，校核洪水標準為300年一遇，相應設計洪水位為255.09 m，校核洪水位為255.83 m。消能防沖建筑物為5級建筑物，設計洪水標準為20年一遇。

2 工程選址

在選擇壩址時應根據樞紐附近的地形地質條件、水流河勢條件、建筑材料、施工條件、樞紐布置等綜合研究決定。本工程屬新建水庫工程，工程壩址的選擇及選線應遵循以下幾條基本原則。

（1）大黃沖水庫的主要任務是為鳳凰鄉政府駐地及營盤村等10個村提供生活、工業和第三產業用水，與黃砂沖水庫、底沖水庫聯合運行，滿足正常供水需求，因此應選擇水量充沛、供水保證率高、水質較好的水源點。

（2）選擇距離本工程受水區較近的水源點。

（3）選擇地質條件好，在適合工程主要建筑物布置的前提下工程量和投資較省的壩址。

（4）選擇施工條件較好、淹沒影響較少的壩址。

（5）選擇在滿足供水要求的情況下，投資較省的供水線路方案。

（6）選擇便于運行、管理的工程地址和線路。

根據規模要求和需水量分析，大黃沖水庫承擔鳳凰鄉政府駐地及營盤村等10個村共3.38萬人的生活、工業及第三產業用水任務。大黃沖壩址干流上游1.95 km處建有黃沙沖水庫，支流匯入口以上2.91 km處建有底沖水庫，2座已建水庫均為多年調節水庫，且下游區間河道集雨面積較小、來水量小，河段內不適宜建設具有調節功能的水利工程。經綜合分析，在2條河流匯合口以上任何單條河流斷面建設水庫均不能滿足供水需求，因此本次新建水庫工程壩址只能選擇在底沖支流匯入口下游。而根據現場的地形條件，河流匯合口往下只有150 m左右是高山峽谷地帶，再往下是開闊的農田和村莊，已無建壩條件。因此，壩址只能在河流匯合口往下的150 m范圍內選擇，根據布置，壩軸線選在河流匯合往下游50 m處。

3 主要建筑物形式選擇

根據選定的壩址方案，設計擬選擇混凝土重力壩和瀝青混凝土心墻堆石壩2個方案。2個方案比較如下。

（1）地形地質條件：在選定的壩址處比較瀝青混凝土心墻堆石壩和混凝土重力壩2種壩型。從地形、地質條件看，均能滿足要求。

（2）基礎處理難易程度：重力壩方案兩岸山體不對稱，呈“V”字形。左岸岸坡覆蓋層較薄，厚0～1.5 m，下伏基巖風化程度不深，巖體透水率5 Lu界線埋深10.0～20.0 m；河床巖體透水率5 Lu界線埋深7～10.0 m；右岸岸坡覆蓋層較薄，厚0～1.5 m，但下伏基巖巖體透水率5 Lu界線埋深33～51.0 m。左岸及河床透水率5 Lu界線埋深較淺，右岸透水率5 Lu界線埋深較大。因此，重力壩方案左岸和河床基礎處理相對簡單，右岸基礎處理難度較大。

而布置瀝青心墻堆石壩方案由于上游壩腳受兩條河流匯合的限制，壩軸線與混凝土重力壩軸線在右岸基本重合，左岸在重力壩軸線下游40～100 m，根據地質資料，左岸巖體透水率5 Lu界線埋深為20.0～40.0 m，河床巖體透水率5 Lu界線埋深約45 m，右岸巖體透水率5 Lu界線埋深為26～32 m。左岸透水率5Lu界線埋深較淺，右岸及河床透水率5 Lu界線埋深較大。故堆石壩方案左岸基礎處理相對簡單，右岸和河床基礎處理難度較大。

從基礎處理難易程度看，混凝土重力壩優于瀝青心墻堆石壩。

（3）樞紐建筑物布置條件：混凝土壩由左、右岸非溢流壩和中間溢流壩組成，溢流壩下游設置消力池，右岸布置上壩公路連接下游現有公路，整體工程布置緊湊。堆石壩方案溢洪道需劈山形成，開挖工程量大，且形成大范圍的高邊坡。從樞紐建筑物布置條件看，混凝土重力壩方案更優。

（4）工程占地：混凝土重力壩方案各建筑物布置緊湊，堆石壩方案建筑物布置相對分散，因此壩區永久占地混凝土重力壩方案較堆石壩方案少約7.2 hm2。從工程占地投資及征地實施難易程度上看，混凝土重力壩方案更優。

（5）施工條件及施工工期：2個方案施工場地布置基本相同，施工導流布置存在很大區別。混凝土重力壩采用分期導流的施工方案，一期采用明渠導流、二期采用底孔導流，導流工程簡單，施工總工期為26個月。堆石壩方案采用一次攔斷河床，利用隧洞導流，導流工程量大，施工總工期為24個月。從施工條件及施工工期看，兩者相當，但隧洞施工工期存在較大的不確定性。

（6）天然建筑材料供應條件：根據地質調查情況，混凝土重力壩所需砂料和混凝土粗骨料可到公會鎮建新灰巖石料場購買，運距為15 km。堆石壩方案壩體任意料堆石區除采用溢洪道開挖的石料填筑外，還需從公會鎮建新灰巖石料場購買，運距為15 km。從天然建筑材料供應條件看，2個方案相當。

（7）工程投資：混凝土實體重力壩方案比瀝青混凝土心墻堆石壩方案投資節省1 149.01萬元，2個方案投資相差較大，從工程投資角度看，混凝土重力壩方案明顯占優。壩型比選主要工程量及投資比較表見表1。

從以上分析結果可知，2種壩型布置方案在地形地質條件、施工條件、天然建筑材料供應條件及施工工期上相當，混凝土重力壩方案在樞紐建筑物布置、工程占地、基礎處理難易程度、工程投資方面占據明顯優勢。綜合各因素分析成果，本階段推薦采用混凝土重力壩方案。

4 泄洪方案選擇

4.1 泄流方案及選擇

根據選定的混凝土重力壩壩型，可采取閘控式溢洪或開敞式溢洪方案。開敞式泄洪方案運行、管理簡單，堰頂高程與正常蓄水位齊平為254 m；而閘控式泄洪方案是通過閘門擋正常蓄水，可以降低堰頂高程和壩頂高程，比開敞式泄洪方案節省一部分混凝土工程量和淹沒征地投資，但增加了金屬結構投資，且本工程水庫地處山區，洪水來得快，去得也快，若采用有閘門方案對運行調度要求較高，對運行人員的要求亦較高，從而造成后期運行管理比較麻煩，還需經常檢修維護。因此，從工程運行管理的可靠性、安全性及運行費用等方面考慮，采用無閘門泄洪方案更為穩妥。經綜合分析比較后，本階段初步選擇采用開敞式泄洪方案。

4.2 消能防沖方案選擇

消力池段覆蓋層為沖洪積含泥漂卵礫石，松散，厚1.5～4.5 m，下伏基巖為中厚層粉細砂巖夾粉砂質泥巖，局部為粉砂質泥巖與含鈣泥巖互層。強風化層厚1 m，弱風化層厚2～3 m，沖坑系數取1.1。經計算，在下泄校核流量時，水舌拋距為38.05 m，最大沖坑水墊厚度為5.94 m，最大沖刷坑深度為4.15 m。沖坑上游側影響范圍按4倍沖坑深度考慮為16.6 m，小于水舌拋距，不會危及壩基穩定。

從下游河床地質條件分析，能同時滿足底流消能和挑流消能方案，但是，采用挑流消能會造成霧化，容易造成輸電線路短路等后果，影響壩址下游鰲獅屯村民的日常生活。同時，挑流消能還會造成下游河床流態紊亂，使下游防護費用高于底流消能方案。

綜上所述，底流消能方案比挑流消能方案更安全可靠。因此，本階段推薦采用底流消能方案。

5 工程總體布置

攔河壩工程主要是修建大黃沖主壩和副壩，形成大黃沖水庫。主壩壩軸線位于2條河流匯合往下游50 m處，壩型為混凝土重力壩，由左、右岸非溢流壩段、河床溢流壩段組成，溢流壩上設交通橋，壩頂寬4.5 m。壩頂總長216 m，壩頂高程為257.5 m，最大壩高49.5 m，溢流壩段布置2個開敞式表孔泄洪，溢流堰采用WES型實用堰，堰頂高程為254 m，每孔凈寬8 m；壩下游消能采用底流消能，在溢流壩下游末端設置消力池，消力池底板高程為213 m，池長30 m，寬18 m，池深1.5 m，坎高1.5 m，消力池與大壩間用半徑為15 m的圓弧段連接。根據地形高程，在右岸庫周一個地勢較低的山坳處需修建副壩擋水，副壩距離主壩右壩肩245.8 m，壩型為混凝土重力壩，壩頂寬4.5 m，壩頂長42 m，壩頂高程為257 m，最大壩高13 m。

6 結語

經過上述比選，大黃沖水庫建設場址采用混凝土重力壩方案，溢流壩段采用開敞式表孔泄洪方案，消能采用底流消能方案。

參 考 文 獻

[1]SL 252—2017，水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].

[2]SL 319—2005，混凝土重力壩設計規范[S].

[3]SL 253—2000，溢洪道設計規范[S].

[4]SL 191—2008，水工混凝土結構設計規范[S].

[責任編輯：陳澤琦]