內(nèi)蒙烏后旗大壩口水庫改擴建工程設(shè)計方案

程曉鳴 潘玉龍 趙國杰 趙新波

烏拉特后旗位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市西北部,距巴彥淖爾市50 km。南與杭錦后旗、磴口縣相連。大壩口水庫位于狼山山脈中段前緣的大壩溝溝口,在烏拉特后旗旗府巴音寶力格鎮(zhèn)以西5 km處,是內(nèi)蒙古西北地區(qū)狼山水系防洪工程治理規(guī)劃中的一項重點工程。

大壩溝在狼山山脈中段前緣,是狼山西部地區(qū)較大的溝谷之一。流域面積377 km2,溝長 60.1 km,比降1.6%；溝谷蜿蜒曲折,呈NE—SE向分布,兩岸山巒起伏,坡度陡峭,臨近庫區(qū)相對高差為80～130 m。主要支溝有德爾音高勒、沙爾垴輝音高勒、阿勒特高勒。

20世紀以來,大壩溝山洪頻繁發(fā)生。1919年降雨兩天一夜,山洪沖斷烏加河,直抵陜壩(杭錦后旗),駱駝在洪水中象飄葫蘆一樣；1934年陰雨1個月,山洪不斷；1943年發(fā)山洪,淹地4～5 hm2；1955年發(fā)山洪22 d,烏北、烏南再次一片汪洋,成為水鄉(xiāng)澤國；1975年8月5日特大暴雨,大壩溝洪峰流量達1 640 m3/s,溝中所做的防洪工程全部沖垮,使烏拉特后旗、杭錦后旗損失嚴重。

現(xiàn)狀大壩口水庫工程于1996年冬天開工,主體工程于2000年完工。設(shè)計總庫容98萬m3,興利庫容46.6萬m3。設(shè)計洪水標準為20年一遇(P=5%)洪水,校核洪水標準為100年一遇(P=1%)洪水,壩型為C15細石混凝土砌塊石單曲拱壩。

大壩口水庫建成后,隨著烏拉特后旗改革開放的深入發(fā)展,全旗經(jīng)濟迅速發(fā)展。為滿足旗府、下游東升廟大壩口工業(yè)園區(qū)內(nèi)的紫金公司以及下游總排干渠、團結(jié)灌區(qū)的防洪要求,同時提供旗府城鎮(zhèn)供水及壩址附近紫金公司等部分工礦企業(yè)的工業(yè)用水,更好地發(fā)揮大壩口水庫工程效益,提高水庫防洪、供水綜合利用的能力,提出將以灌溉、供水、緩洪、調(diào)洪為主要任務(wù)的現(xiàn)狀小(Ⅱ)型水庫改擴建為以防洪為主、結(jié)合供水任務(wù)的中型水庫。

1 工程區(qū)地質(zhì)條件

大壩口水庫改擴建工程位于大壩溝溝口附近,該溝谷段長約300 m,溝谷寬25～40 m,為基本對稱的V形谷。

工程區(qū)地層主要為元古界狼山群變質(zhì)巖(PtL)、新生界第四系(Q)及燕山早期花崗巖。

工程區(qū)位于狼山復(fù)背斜的南翼,局部小褶曲發(fā)育。巖體片理走向NE60°～80°,傾向NW,局部傾向SE,傾角60°～75°。其主體構(gòu)造線方向為NE,與狼山山鏈走向大體一致。主要構(gòu)造形跡為擠壓破碎帶及裂隙。工程區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積物孔隙潛水和基巖裂隙水；工程區(qū)巖體中緩傾角結(jié)構(gòu)面不發(fā)育,亦未發(fā)現(xiàn)大的順河向結(jié)構(gòu)面,兩岸發(fā)育的擠壓破碎帶規(guī)模小,性狀較好,壩基(肩)巖體抗滑穩(wěn)定性較好。

根據(jù)1/400萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2001),按50年一遇超越概率10%,一般場地類型的設(shè)防水準,工程區(qū)地震動峰值加速度為0.15g,反映譜特征周期為0.35 s,相當于地震基本烈度7度。

2 大壩口水庫改擴建工程方案比選

大壩口水庫改擴建工程設(shè)計洪水標準(重現(xiàn)期)為50年一遇,校核洪水標準(重現(xiàn)期)為500年一遇。

根據(jù)壩址區(qū)峽谷兩岸陡峻、溝谷深切的自然特點,并充分利用現(xiàn)狀拱壩,在壩址區(qū)原截流墻上游共布置了3條壩軸線,自上至下依次為上、中、下壩軸線,中壩線為現(xiàn)狀漿砌石拱壩位置。相鄰壩軸線間距:上壩線距中壩線約20 m、中壩線距下壩線約43 m。大壩口水庫改擴建工程壩軸線選擇以充分利用壩址區(qū)的地質(zhì)、地形條件為原則,本著盡量采用當?shù)夭牧现?針對漿砌石重力壩和漿砌石拱壩兩種壩型分別擬定壩軸線。在對壩體工程量、施工方法、運行維護等指標進行綜合分析比較的基礎(chǔ)上,確定經(jīng)濟合理的壩軸線。

經(jīng)分析計算,上、中壩軸線寬高比分別為3.27,3.29。地形、地質(zhì)條件滿足修建拱壩的要求。下壩線地形寬高比為2.65,不滿足修建拱壩的要求。3條壩軸線地形、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件大體相似,壩基(肩)可利用巖體為弱風化的二云母石英片巖、變粒巖及碳質(zhì)變粒巖,次塊狀結(jié)構(gòu),巖體較差—較完整,相比較而言,變粒巖巖體完整性較好。經(jīng)工程處理,3條壩軸線均具備修建中等高度的混凝土壩或漿砌石壩的地質(zhì)條件。針對上述3條壩軸線,分別擬定相應(yīng)的壩型如下:在上壩線處新建漿砌石雙曲拱壩；在中壩線處進行原拱壩擴建,擴建方案分為漿砌石雙曲和單曲拱壩兩方案；在下壩線處新建漿砌石重力壩。

由于各方案金屬結(jié)構(gòu)和機電設(shè)備投資接近,故僅對土建工程進行比較。各方案的主要土建工程量、投資見表1。

表1 各方案土建主要工程量表

從表1看出中壩線單曲拱壩方案、下壩線方案工程量較大,投資較高。上壩線方案與中壩線的雙曲拱壩方案相差不多。但中壩線的雙曲拱壩方案存在以下問題。

(1)右岸壩下游由于沖溝的切割,且受現(xiàn)狀拱壩中心角的限制,拱座可利用巖體相對單薄,對拱座穩(wěn)定不利。

(2)由于舊壩作為新壩壩體的一部分,它將與新壩一同承擔外力,需要對舊壩壩體砌石的物理力學(xué)性質(zhì)進行鑒定。

(3)舊壩位于新壩的底部,由于兩壩半徑不同,使得舊壩在新壩體內(nèi)平面位置也在變化。如果新舊壩結(jié)合不好,各自為體,則新壩壩體應(yīng)力很復(fù)雜。

(4)舊壩壩體下面的巖石破碎帶不易處理。

經(jīng)分析比較,確定上壩線新建細石混凝土砌塊石雙曲拱壩方案為推薦的建設(shè)方案。

3 大壩口水庫改擴建工程設(shè)計方案

大壩口水庫改擴建工程主要建筑物包括擋水建筑物、泄洪建筑物、排沙建筑物、取水建筑物等,總庫容為1 172.0萬m3。

新建拱壩采用變圓心變半徑的雙曲拱壩,左、右半拱采用非對稱形式。河床部位拱壩建基面高程定為1 068.00 m,壩頂高程為1 122.60 m,最大壩高為54.6m。拱壩頂拱外半徑為110.00m,中心角為105.51°,壩頂軸線長度202.57 m。壩頂厚度4 m,不計防滲面板的壩體底部厚度15.2 m。

泄水建筑物采用開敞式溢流表孔,溢流堰頂設(shè)置在防洪高水位1 115.33 m高程,堰頂展開總凈寬度70 m,共設(shè)7孔,居中對稱布置,單孔凈寬10 m。出口采用挑流消能。沖沙底孔底設(shè)置在高程1 090.0 m,設(shè)置2孔,單孔尺寸為4 m×3.4 m(寬×高),用于汛期洪水來臨時沖沙泄洪。

水庫引水采取分層取水方式,Φ 300引水鋼管緊鄰溢流段左側(cè)埋設(shè)于壩內(nèi),共分4層,分別設(shè)在1 092.5,1 102.5,1 104.5,1 107.5 m高程處。壩后設(shè)閘閥室。

4 結(jié) 語

大壩口水庫改擴建工程的設(shè)計方案已通過審批、立項,目前正在進行項目建設(shè)的前期勘測、設(shè)計工作。