陽膽溪水庫工程面板堆石壩溢洪道方案比選分析

【摘要】本文介紹了陽膽溪水庫基本情況，分析了溢洪道工程地質條件，結合工程實際，通過三種溢洪道方案的工程量、總投資、水流條件及工程風險方面進行綜合比較，最終確定工程采用壩頂溢洪道方案。

【關鍵詞】水庫工程；面板堆石壩；溢洪道；方案比選

1、工程概況

陽膽溪水庫工程為貴州省天柱縣“十二五”期間擬建重點水源工程，工程任務主要是向縣域東部重點城鎮——白市鎮供水，以及附近灌溉供水。擬建庫河流為白市鎮北西方的小溝溪，小溝溪屬沅江水系清水江一級支流汶溪河的支流，其全流域面積為7.94，主河長7.0，平均坡降約22‰，中上游河段為低山狹谷地形，下游河段為較開闊的河谷盆地，壩址位于小溝溪中游河段。壩址以上集雨面積5.05，水庫規模為小型，擬建最大壩高為30.7m，正常蓄水位為332，總庫容為127萬，興利庫容為99.49萬，死庫容為8.51萬。

2、溢洪道工程地質條件

（1）岸坡溢洪道工程地質條件

正常高水位以上左岸最大坡高約為46m，右岸最大坡高約為44m，兩岸坡正常高水位以上全強風化帶厚度為20～30m。左岸巖層傾向坡外偏下游，右岸巖層傾向坡內偏下游，右岸風化深度較大且風化線較平緩，水平向開挖至弱風化基巖難度較大，為減小水平向開挖深度及開挖邊坡高度，溢洪道底板可考慮以強風化基巖作持力層。

溢洪道開挖范圍基本位于全強風化帶，全強風化巖體破碎，整體失穩形式主要為圓弧狀滑動，為保證溢洪道開挖邊坡整體穩定，建議開挖坡度為：覆蓋層及全風化層為1：1.0～1.5，強風化帶為1：0.75～1.0，自上而下分梯級開挖，對開挖邊坡及時作掛網噴錨支護，必要時采用預應力錨索格構進行支護。溢洪道出口沖刷部位強風化帶厚2～3m，強風化基巖抗沖系數建議為1.9，弱風化基巖抗沖系數建議為1.5。

（2）導流及輸水隧洞工程地質條件

導流隧洞斷面為城門洞形，底寬為2.1m，高為2.1m，可選擇布置在壩址左岸或右岸山體內。兩岸基巖為粉砂質板巖，岸坡下部隧洞高程上法向強風化深度

為2～5m，岸坡上部正常高水位高程上水平向強風化深度左岸為23m，右岸為52m。全強風化圍巖較破碎，自穩能力差；弱微風化圍巖為中至厚層粉砂質板巖，無軟弱巖性層，施工中需采取噴混凝土等保護措施，局部用錨桿加固。

（3）壩頂溢洪道工程地質條件

大壩堆石體在運行期間可能出現較大沉降變形，建議壩頂溢洪道設計采取適應壩面不均勻沉降的結構措施。

溢洪道出口沖刷部位砂卵石層厚2～3m，下伏基巖為弱風化，承載力為2MPa，抗沖刷系數為1.5，建議出口沖刷部位作必要抗沖處理。

3、溢洪道方案比選

由于本工程在左岸布置有施工導流兼放空隧洞，因此，可選擇在右岸布置泄洪隧道，但泄洪隧洞要求進水口為開敞式，右岸邊坡山體較陡，且風化較深，進口開挖邊坡較高，投資較大，施工難度也較高。因此，根據可研審查意見，本階段設計選取壩頂溢洪道、側槽式溢洪道及正槽式溢洪道三種泄洪方式作為比較。

方案一：側槽式溢洪道

由于下壩線正常高水位以上左岸最大坡高約為46m，右岸最大坡高約為44m，兩岸坡正常高水位以上全強風化帶厚度為20～30m。左岸巖層傾向坡外偏下游，右岸巖層傾向坡內偏下游，因此當采用岸坡溢洪道時建議布置于右岸。

側槽式溢洪道緊鄰右壩肩，右導墻與壩肩址板共用，泄槽軸線方位N82.72E，溢洪道總長130.3m，溢洪道基礎為強風化層粉砂質板巖，溢洪道由引渠段、控制段、側槽段、泄槽段和末端挑流消能段組成。引渠段長10m，引渠段大部為天然地形狀態，其處理部分主要為側槽端部左岸邊坡開挖處理部分，右側墻結合大壩址板布置，左側墻主要為取水口靠庫內一側山體開挖后的邊坡護砌處理段，開挖邊坡為1：0.5，采用C20砼貼坡處理，厚0.5m。溢流堰型式采用WES實用堰，側槽首端底寬4m，底板高程328.80m，側槽末端底寬8m，底板高程328.60m，側槽底坡i=1/40，為陡坡，側槽橫斷面為梯形，靠山一側邊坡為1：1，由開挖斷面采用貼坡襯砌處理而成。泄槽段總長87.7m，根據地形情況泄槽段坡度為i=0.238。泄槽斷面為矩形，底寬均為8m，泄槽出口采用底流消能。

方案二：壩頂溢洪道

溢洪道由溢流堰控制端、壩身泄槽段及下游消力池組成。溢流堰凈寬16.00m，分位2孔，每孔凈寬8.00m，采用開敞式自由溢流，堰型為駝峰堰，其布置2跨經跨度為8.00m的交通橋，橋墩厚度均為1.00m，交通橋采用鋼筋砼空心簡支板式結構，橋板厚度為60cm，壩身段泄槽縱坡為1：1.50，底板為0.6m厚的C35高性能鋼筋混凝土。下游消力池段采用與泄槽段等寬布置，即消力池內部寬度17.00m，消力池底板與泄槽末端底板采用半徑6.00m的圓弧曲線平順連接。消力池底板采用C35鋼筋砼澆筑，其厚度為1.00m；消力池導墻為M7.5重力式擋墻，內部作20cm厚C25鋼筋砼護面，擋墻頂部寬度為0.80m，迎水面鉛直，墻背坡度為1：0.40，基礎墊層為1.00m厚C15砼。下游校核洪水位為309.59m，消力池導墻頂高程為311.00m，頂部設置1.20m高的欄桿，擋墻背部采用壩基開挖強風化料碾壓回填至311.00m與導墻頂部平齊。

由于下壩線正常高水位以上左岸最大坡高約為46m，右岸最大坡高約為44m，兩岸坡正常高水位以上全強風化帶厚度為20～30m。左岸巖層傾向坡外偏下游，右岸巖層傾向坡內偏下游，因此當采用岸坡溢洪道時建議布置于右岸。

溢洪道由引渠道，進口控制段、泄槽及末端底流消能段組成。總長126.4m，溢洪道泄槽起始段寬16m，尾段寬8m。其中實用堰段長3.5m，泄槽及底流段長125.1m。引渠段中心軸線長度30m，底板高程330.00m，進口沿溢洪道軸線延伸并交于等高線，引渠段寬18m，右岸山體開挖邊坡1：1，邊坡采用35cm厚C20砼襯砌。引水渠底板在近堰前設置砼鋪蓋，鋪蓋長10m，厚度0.3m。溢流堰為不設閘的滾水堰，堰頂高程332.00m，溢流堰單孔凈寬8 m，共2孔。溢流堰型式采用WES實用堰，控制段長3.5m（堰體底寬），泄槽坡度為i=0.25，泄槽斷面為矩形，底寬均為8m，泄槽出口采用底流消能。泄槽段采用C35鋼筋砼底板，側墻采用M7.5漿砌石襯砌及C25鋼筋砼護面，側墻以上邊坡強風化以下采用C20砼噴錨支護，強風化以上采用鋼筋砼網格梁覆土種草護坡。

據上述三種溢洪道方案工程量及投資對比如表1所示。在投資方面，由上表可知，側堰方案溢洪道總投資較壩頂溢洪道方案多139萬元，正槽溢洪道方案較側堰方案總投資多50萬元，投資方面，壩頂溢洪道方案較優。在水流條件方面，壩頂溢洪道及正槽溢洪道為正堰，控制段水流條件較好，流態簡單；而側堰方案，由于是側向進水，且側槽段內水流為螺旋流，水流流態較為復雜，因此，從水流條件方面來看，壩頂溢洪道及正槽溢洪道較好；在工程風險方面，國內外眾多事例表明，正槽及側堰型溢洪道技術條件成熟，可滿足工程正常運行。壩頂溢洪道在集水面積及泄流量均較小的情況下，國內外也有成功經驗可以借鑒。參照已建混凝土面板堆石壩壩頂泄洪工程，如我國榆樹溝壩及桐柏下庫壩等，工程可正常運行。總而言之，面板堆石壩壩頂溢洪道適用于下泄流量較小且兩岸邊坡太陡造成高邊坡增大投資的情況。

4、結語

綜上所述，兩方案技術可行，側槽溢洪道投資較壩頂溢洪道方案多139萬元，正槽溢洪道投資較壩頂溢洪道方案多139萬元，且壩頂溢洪道為正堰其水力條件簡單，沒有側堰、正槽溢洪道的高邊坡問題。因此，本階段設計推薦采用壩頂溢洪道方案，溢流堰按2孔布置，單孔凈寬8m。

參考文獻：

[1]廖海梅， 趙青， 魯思遠，等. 面板堆石壩壩身溢洪道局部和整體穩定性分析[J]. 人民黃河， 2015， 37（5）：89-92.

[2]鳳煒. 榆樹溝溢流混凝土面板堆石壩設計與施工[J]. 新疆水利， 2015（5）：21-28.

作者簡介：劉興宇（1987-06），大學本科，貴州省丹寨縣，現在職稱：中級工程師，主要從事工作：主要從事水工設計