天星水庫壩址比選分析

劉 偉

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

擬建天星水庫位于重慶市萬盛經開區境內清溪河左岸支流大埡槽上，是一座以城市生活和工業供水為主的綜合利用水利工程。總庫容1118萬m3，工程等別Ⅲ等、工程規模中型。正常蓄水位376.8 m，興利庫容962萬m3，多年平均供水量為967萬m3。

天星水庫由樞紐工程和供水工程兩部分組成。樞紐工程主要建筑物包括瀝青混凝土心墻壩、右岸溢洪道、右岸取水系統。瀝青混凝土心墻壩最大壩高55.0 m，壩頂寬度8.0 m，壩頂長224.50 m。溢洪道緊靠右壩肩布置。取水系統亦位于右岸，與導流洞結合，進口設分層取水塔，取水管道經導流洞敷設至大壩下游分水控制閥室。供水工程始于壩后，供水管道長1.6 km。

2 壩址區選擇及壩址初選

2.1 壩址區選擇

根據涉及天星水庫的相關規劃成果，以及天星水庫前期設計成果，已確定天星水庫建設地點為大埡槽河溝內。大埡槽河道全長約9.0 km，根據支流匯入及地形情況，可將大埡槽自上而下分為上游、中游、下游三段。其中，上游為羅家灣至鐵爐溝段，河道長約4.5 km；中游為鐵爐溝至響水洞段，河道長約2.8 km；下游為響水洞至入清溪河匯合口段，河道長約1.7 km。

根據本項目供需平衡分析，擬建天星水庫需滿足年供水900萬m3以上，則天然徑流來水量至少應在1200萬m3以上。因此，可研設計階段從河道徑流量、地形地質條件等方面分別分析上、中、下游三段的筑壩成庫條件，見圖1、表1。

圖1 大埡槽河段示意圖

表1 大埡槽河段分析描述特性表

經綜合分析，大埡槽河段適宜修建天星水庫樞紐的壩址區為大埡槽下游響水洞至入清溪河匯合口長度約1.7 km河段。

2.2 壩址初選

經現場踏勘，在大埡槽河天星村后溝溝口至清溪河匯合口的1.7 km河段上進行壩址選擇。綜合考慮該河段地形地質條件，在此河段初選四處壩址，自上而下編號為第1#～4#壩址，相鄰壩線間距約400 m。初選壩址位置示意見圖2[1]。匯總初選四處壩址來水量、地質條件、庫容條件、樞紐布置條件及征地移民特征見表2。

圖2 天星水庫壩址位置示意圖

四處壩址來水量、征地移民差別較小，地質條件及樞紐布置條件為壩址選擇的最主要因素。在選壩初期，四處壩址均布置鉆孔，經初步地質勘察、方案布置后得出：雖然1#壩址左岸存在巖質滑坡體、3#壩址右岸強風化深度大，但從工程地質條件及工程布置等方面綜合研判，仍是1#壩址和3#壩址相當較優，因此，確定響水洞、緣天崗處2處壩址作為可研階段的比選壩址，命名為上壩址、下壩址，兩壩址相距約0.9 km。

3 壩址比選

工程區土料匱乏，不適宜修建均質土壩；壩基頁巖為較軟巖，單軸飽和抗壓強度較低，布置混凝土面板壩壩址區無可上壩堆石料源，堆石料需外運。因此，壩址區較適宜修建瀝青心墻壩，結合壩址區頁巖石渣料源豐富的特點，現階段選取瀝青混凝土心墻壩作為壩址比選的代表壩型。

3.1 上壩址條件及工程布置

(1)地形地質條件

大埡槽河道以NW350°向進入上壩址，河道基本順直，谷底50 m～60 m，現代河床寬10 m～15 m，平水期水面寬度4 m～8 m，水深0.2 m～0.5 m。左岸坡整體為一處巖質滑坡，坡體植被茂密，局部發育小沖溝，自然邊坡30°～55°，坡面下陡上緩，坡腳現為公路；河床為第四系全新統沖洪積砂卵J礫石，厚2 m～4 m，右側為人工堆積臺地，寬20 m～30 m；右岸天然邊坡坡度25°～40°，多為殘坡積物覆蓋，層厚4 m～18 m不等，下為下統石牛欄組(S1s)灰黑色、灰綠色頁巖夾泥質灰巖。壩址巖層走向與大埡槽河流向小角度相交，縱向谷。

壩址區基巖多為志留系下統石牛欄組(S1s)灰黑色頁巖夾泥質灰巖、灰巖，大埡槽河床為半邊山背斜核部，左岸巖層產狀NE0～10°NW∠70°～80°，右岸巖層產狀NE0～10°SE∠70°～85°；巖層走向與大埡槽河流向夾角10°～20°。頁巖為較軟巖，頁理發育，極易風化，遇水易軟化崩解，干濕效應明顯，壩肩裸露頁巖多發生傾倒變形[2]。

(2)樞紐工程布置

樞紐工程主要包括擋水大壩、溢洪道、取水系統等。擋水大壩采用碾壓式瀝青混凝土心墻壩。根據建筑物功能、地形地質條件、施工條件等，溢洪道布置于樞紐右岸，取水塔與導流洞結合布置于樞紐右岸。由于本工程開挖量大，而工程區以外棄渣場選擇困難，土石壩方案考慮在壩體下游堆棄一部分棄渣。上壩址碾壓式瀝青心墻壩方案工程總平面布置見圖3。

圖3 上壩址瀝青混凝土心墻壩平面布置圖

上壩址擋水大壩為瀝青混凝土心墻壩，正常蓄水位376.8 m，設計洪水位377.0 m，校核洪水位378.3 m，總庫容1118萬m3。瀝青砼心墻壩壩頂高程378.5 m，壩頂上游側設置防浪墻，防浪墻頂高程379.7 m。瀝青砼心墻壩底部最低高程為323.5 m，最大壩高55.0 m，壩頂寬度8 m，壩頂長224.50 m。大壩上游壩坡坡比為1∶2.5，上游壩坡采用C20混凝土預制塊護坡，護坡厚0.2 m，護坡下設0.5 m厚(兩層)砂礫石墊層。上游壩坡在高程343.2 m處設置馬道，馬道以下為上游圍堰，圍堰作為上游壩坡一部分。大壩下游壩坡為1∶2，壩后堆渣，渣頂高程低于壩頂高程2.0 m，渣頂寬度40 m，渣體下游坡面采用0.5 m厚C25砼框格梁護坡，渣體馬道內側設置砼排水溝；下游壩坡高程335.0 m以下為灰巖塊石排水棱體。

3.2 下壩址條件及工程布置

(1)地形地質條件

下壩址位于緣天崗附近。河谷兩岸岸坡為斜坡～陡坡，左岸自然邊坡坡度25°～40°，右岸自然邊坡坡度30°～45°，呈不對稱“V”型谷，左高右低，左壩肩坡頂高程550 m，右壩肩坡頂高程480 m。河谷相對開闊，河道基本順直，平均縱坡約1.3%，谷底60 m～90 m，現代河床寬10 m～25 m，河床高程320 m左右，河流流向NW350°。壩址區河谷階地不發育，河床兩岸發育河漫灘，寬15 m～30 m。左岸沖溝發育，右岸沖溝不發育。

壩址區基巖多為志留系中統韓家店組(S2h)灰綠色頁巖局部夾雜色泥質粉砂巖，左岸巖層產狀NE0～10°NW∠75°～85°，右岸巖層產狀NE5～10°SE∠75°～82°；巖層走向與大埡槽河流向夾角5°～10°。頁巖為較軟巖，頁理發育，易風化，干濕效應明顯，遇水易軟化崩解，壩肩頁巖裸露處多發生傾倒變形。其中，大埡槽河左岸山體頁巖局部夾泥質粉砂巖，泥質粉砂巖雜色，呈條帶狀分布，出露于左壩肩山體坡腳附近，向兩側近南北向延伸[2]。

(2)樞紐工程布置

樞紐工程主要包括擋水大壩、溢洪道、導流輸水洞等。擋水大壩采用碾壓式瀝青混凝土心墻壩。根據地形地質條件、建筑物功能、施工條件等，溢洪道布置于樞紐左岸，取水塔與導流洞結合布置于樞紐右岸。上壩址碾壓式瀝青心墻壩方案工程總平面布置見圖4。

圖4 下壩址瀝青混凝土心墻壩平面布置圖

下壩址瀝青混凝土心墻壩軸線總長271.0 m，正常蓄水位為369.0 m，設計洪水位為369.4 m，校核洪水位為370.8 m，總庫容1121.0萬m3。計算確定瀝青砼心墻壩壩頂高程371.0 m，壩頂上游測設置防浪墻，防浪墻頂高程372.2 m，壩頂下游側設置有C25砼電纜溝。瀝青砼心墻壩底部最低高程為311.5 m，最大壩高59.5 m，壩頂寬度8.0 m。大壩上游壩坡坡比1∶2.5，在高程328.0 m處設置6.0 m寬馬道和C20砼鎮腳，上游壩坡(328.0 m以上)依次鋪設0.3 m厚的砂礫石墊層厚、0.2 m厚的C25預制砼塊護坡，壩坡與兩岸連接處設置C20砼基座。大壩下游壩坡為1∶2.0，323.0 m高程下部為砂巖塊石排水棱體，排水體頂寬3.0 m，內坡坡比1∶1.5，外坡坡比1∶2。下游壩坡結合壩后上壩公路布置，采用Z字型布置。下游壩坡355.21 m高程以上、棄渣外側邊坡均采用C25砼框格植草護坡。

3.3 壩址比選

可研階段從地形地質條件、工程布置及樞紐投資、施工條件、建筑材料、庫岸邊坡處理、棄渣處理、庫區淹沒及工程占地、供水工程、工程總投資方面對上、下壩址進行技術經濟綜合比選，主要結論見表3。

表3 上下壩址比較結論表

經綜合比較，上壩址在徹底處理了左岸滑坡后，在滿足工程布置的情況下，壩軸線比下壩址短，需處理的地質問題比下壩址少，投資比下壩址省?？裳须A段推薦上壩址。

4 結語

天星水庫可研報告于2020年5月通過重慶市水利局技術審查。本水庫建設條件與隴東、河西地區有較大區別，工程區植被茂密、降雨量大、巖溶發育、庫區移民多，部分設計習慣也有一定特點。結合本工程設計過程的經驗與體會，本文認為有以下幾點可供類似項目設計參考：

(1)項目設計時，需充分收集資料與調研，了解項目建設的基礎條件，掌握項目審批的相關流程等，做到有的放矢地開展設計。

(2)水庫工程壩址比選時，應收集整理已有規劃成果，在符合流域、區域水利相關規劃的同時，不能拘泥于項目前期設計成果。壩址選擇宜從已確定的開發河流上，從適宜河段、壩址區再到壩址，由遠及近的逐漸分析選擇。

(3)目前，水庫工程建設條件越來越差，本工程庫區、壩址區存在滑坡，庫區淹沒移民多，面對不利筑壩條件時，應進行充分的地質勘察、工程布置、計算分析等，多維度比選，盡可能做到在相當條件中選出相對優的壩址。