某水庫泄水建筑物布置方案比選分析

梁英 水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院

1.擋泄水建筑物概況

庫馬爾水庫壩型為瀝青心墻壩，壩高61m，壩頂長度195m，死水位為1428.00m，正常蓄水位為1447.50m，設(shè)計洪水位為1450.41m，校核洪水位為1450.95m。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準(SL252-2017)，工程等別為Ⅳ等小(1)型工程。泄洪建筑物的形式為：溢洪道采用側(cè)槽，堰型為WES堰，堰寬34m，堰頂高程1447.5m，最大泄洪流量437.78m3/s；導(dǎo)流兼泄洪沖沙隧洞孔口尺寸3×3m，最大泄洪流量224.24m3/s。

2.工程地形地貌與地質(zhì)概況

壩址位于庫瑪爾河兩支流匯合口下游750m處(出山口上游1.8km處)河谷相對狹窄呈“U”型,兩岸基巖裸露,巖層走向與河道大角度相交,為橫向谷,現(xiàn)代河道底寬100～110m,壩址上游740m兩支流匯合處發(fā)育I級堆積階地,寬20～40m,表面覆蓋坡洪積物,坡度為20～35°。

壩址區(qū)位于天山褶皺系(Ⅲ)構(gòu)造帶內(nèi),地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜,構(gòu)形跡為近EW向。壩址區(qū)范圍除分布有北輪臺分支斷裂F1-2外,其余均為次級斷層及節(jié)理裂隙。壩址區(qū)基巖巖性為上太古界興地塔格群(Ar2)灰綠色、灰黑色綠簾陽起石片巖。

3.泄洪建筑物布置方案

3.1 方案一

3.1.1 工程地質(zhì)條件

溢洪道布置在河床左岸，軸線方向129°，由側(cè)槽段、調(diào)整段、拋物線、泄槽段、挑流消能段、護坦段和出口段組成，全長222.997m。

①側(cè)槽段、調(diào)整段:該段基巖裸露，基巖巖性為灰綠色綠簾陽起石片巖，自然坡度57～70°，基巖強風化層4～5m，弱風化層10～13m。引渠段和控制段未發(fā)現(xiàn)有大的斷層通過，該段挖深10～28m，基礎(chǔ)位于弱風化和微風化巖體內(nèi)，建議基礎(chǔ)承載力標準值1.2MPa。

②泄槽段、挑流消能段:該段沿線基巖大部分裸露，局部覆蓋厚0.5～1.5m的第四系沖洪積砂卵礫石層，基巖巖性為灰綠色綠簾陽起石片巖，基巖強風化層4～5m，弱風化層10～13m。挑流消能段上方部分巖體傾倒，方量約1.2萬m3。

③護坦段和出口段:該段挖深8～15m，基礎(chǔ)位于弱風化和微風化巖體內(nèi)，建議承載力標準值1.2MPa。

3.1.2 溢洪道布置

本方案溢洪道布置在河床左岸，進口緊靠左壩肩，平行軸線左側(cè)為導(dǎo)流泄洪沖砂隧洞，溢洪道采用側(cè)槽溢洪道，校核泄量437.78m3/s，設(shè)計泄量337.98m3/s，由側(cè)槽段、調(diào)整段、泄槽段、挑流消能段、護坦段和出口段組成，全長222.997m。其中側(cè)堰段采用開敞式WES堰，堰寬34m，堰頂不設(shè)閘門，堰頂高程1447.50m，堰面曲線y=0.215x1.85，堰頂曲線后接一直線段，坡度為1:0.5，靠山體一側(cè)為“L”型擋墻，側(cè)槽長33.867m，底寬度由6m漸變?yōu)?2m，縱坡i=1/350，側(cè)槽段后為水平調(diào)整段，長25m，寬12m，斷面采用整體式矩形斷面，邊墻頂高程同壩頂高程1451.20m，該段設(shè)置的交通橋一座與壩頂連通交通橋?qū)?.5m，跨度12m；泄槽段包括拋物線段、泄槽段，長127m，拋物線方程Y=0.02105x2，泄槽采用矩形整體式斷面，縱坡1/2.9，泄槽寬度12m；挑流消能段長12m，采用挑流消能，挑流鼻坎寬12m，反弧半徑20m；護坦段和出口段溢共長2513m，護坦段采用厚1m的混凝土襯砌，出口段開挖延伸至河床。

3.2 方案二

溢洪道布置在河道右岸，采用無壓洞方案。

3.2.1 工程地質(zhì)條件

溢洪道布置在河床右岸，由側(cè)槽段、調(diào)整段、洞身段、泄槽段、挑流消能段和護坦段組成，全長228.237m。

①側(cè)槽段、調(diào)整段:溢0+000.00～溢0+033.867 段為側(cè)槽段，溢0+033.867～溢0+058867段為調(diào)整段。側(cè)槽段和調(diào)整段未發(fā)現(xiàn)有大的斷層通過。該段基礎(chǔ)位于弱風化和微風化巖體內(nèi)，建議基礎(chǔ)承載力標準值

1.2 MPa。

②無壓洞段、泄槽段和挑流消能段:沿線基巖裸露，基巖巖性為上太古界灰綠色綠簾陽起石片巖，基巖強風化層4～5m，弱風化層10～13m。泄槽段和挑流消能段開挖深度為15～21m，該段基礎(chǔ)位于弱風化和微風化巖體內(nèi)，建議承載力標準值1MPa。

表1 泄洪建筑物比選表

③護坦段:該段最大挖深22m，該段基礎(chǔ)位于弱風化和微風化巖體內(nèi)，建議承載力標準值1.2MPa。

3.2.2 溢洪道布置

本方案溢洪道布置在河床右岸，進口緊靠右壩肩，溢洪道由側(cè)槽段、調(diào)整段、無壓洞段、泄槽段、挑流消能段和護坦段組成，全長228.237m。其中側(cè)槽段采用開敞式WES堰，堰寬34m，堰頂不設(shè)閘門，堰頂高程1447.50m，堰面曲線y=0.215x185，堰頂曲線后接一直線段，坡度為1:0.5，靠山體一側(cè)為“L”型擋墻，側(cè)槽長33.867m，底寬度由6m漸變?yōu)?2m，縱坡i=1/350，側(cè)槽段后為調(diào)整段，長25m，寬12m，斷面采用整體式矩形斷面，邊墻頂高程同壩頂高程1451.20m，該段設(shè)置的交通橋一座與壩頂連通，交通橋?qū)?.5m，跨度12m；無壓洞段總長5m，包括漸變段、洞身段，其中漸變收縮段長40m，斷面形式由12m×10.5m(寬x高)收縮為8m×10.5m的城門洞形斷面，縱坡1/350，洞身段長15m，斷面形式為8m×10.5m(寬x高)的城門洞形，縱坡i=1/350:泄槽段長85m，采用矩形整體式斷面，底寬8m，縱坡i=1/2。挑流消能段，長16m，采用挑流消能，挑流鼻坎寬8m，挑角為15.9°，反弧半徑20m；護坦段長13.37m，采用厚1m的混凝土襯砌。

4.比選結(jié)果

根據(jù)綜合比選結(jié)論:兩方案都滿足設(shè)計要求，從布置上來看，方案一布置在壩肩左岸邊坡較緩的坡面上，為明槽開挖，且泄槽基本順地形的坡度布置，開挖量較小，溢洪道布置更為順直:方案二布置在壩肩右岸，右岸邊坡較陡，溢洪道為半洞半明槽型式，考慮到無壓洞洞身斷面開挖不亦過大需設(shè)置收縮段，泄槽段及消能段所處山勢陡峭，石方開挖量大，且存在高邊坡處理等問題。從工程施工角度考慮，方案一由于和導(dǎo)流洞布置在壩肩的同側(cè)，同時施工時必會產(chǎn)生一定的干擾，方案二溢洪道與導(dǎo)流洞分別布置在壩體兩側(cè)，同時施工不產(chǎn)生干擾，施工較為便捷；從投資方面方案一少于方案二。

綜上所述，方案一從布置、運行安全、投資等方案優(yōu)于方案二，只是方案一在施工方面需做好施工協(xié)調(diào)，建議溢洪道和導(dǎo)流洞的出口段考慮聯(lián)合開挖，以減少施工的干擾。因此，推薦泄洪建筑物布置方案一，即溢洪道布置在左岸。