坪底水庫樞紐布置及工程設(shè)計

朱 珺

(山西省水土保持監(jiān)測中心)

1 工程概況

坪底水庫地處石樓縣境內(nèi)的屈產(chǎn)河中游坪底河段，壩址距裴溝鄉(xiāng)政府4.5 km，距石樓縣城22 km，距屈產(chǎn)河入黃口25 km。該水庫是在石樓縣人民政府和山西省國際電力集團有限公司合作建設(shè)石樓煤電一體化項目的前提下，為了盡快實施屈產(chǎn)河水資源合理開發(fā)利用項目，盡早向石樓縣城鎮(zhèn)生活和石樓縣煤礦坑口燃煤空冷發(fā)電廠一期工程供水而提出的工程方案。根據(jù)本地區(qū)國民經(jīng)濟發(fā)展需求，水庫的主要任務(wù)是向石樓縣提供城鎮(zhèn)生活供水和工業(yè)供水，年均供水量500萬m3。該工程為調(diào)蓄水庫，設(shè)計總庫容400萬m3，防洪庫容321.2萬m3，調(diào)節(jié)庫容101萬m3。

坪底水庫壩址位于裴溝鄉(xiāng)坪底村下游約500 m處的屈產(chǎn)河上，河流流向N40°-50°W，河谷底寬30-40 m，主河床靠近右岸，左岸為河漫灘，谷底高程811-813 m，兩岸坡頂高程860-880 m，相對高差50-70 m。左岸為巖質(zhì)岸坡，岸坡上部坡度45°-55°，下部坡度30°-40°;右岸為陡崖，下部為基巖岸坡，上部為土質(zhì)岸坡，坡度50°-60°。河谷斷面呈“U”型。出露地層為三疊系中統(tǒng)二馬營組灰綠色、紫色砂巖夾暗紫色泥巖，河谷覆蓋層為卵石混合土，局部夾低液限粉土，厚3-5 m。壩址處斷裂構(gòu)造不發(fā)育，為單斜巖層，兩岸地下水補給河水。壩址工程地質(zhì)條件較好，宜修建混凝土重力壩。

2 樞紐布置

在本工程可研階段，初步選定了坪底村下游約500 m處的上壩址和坪底村下游約1.2 km處的下壩址兩個壩址進行比選。從上壩、下壩址的地形地質(zhì)條件、建筑物布置、施工條件、工程量及投資等多方面進行了綜合比較，推薦采用上壩址方案。

2.1 壩型

坪底水庫為屈產(chǎn)河干流上的骨干工程，由于河流洪水量大峰陡，壩址處河谷狹窄，兩岸地形陡峻，無合適地形修建溢洪道，故不具備建土石壩的條件。根據(jù)工程區(qū)料場調(diào)查資料，壩址區(qū)就近無合適的石料場，最近的料場位于屈產(chǎn)河上游羅村鎮(zhèn)東北九寨溝處，距離壩址約50 km，運距較遠。同時，考慮到砌石施工速度較慢，漿砌石壩在該工程中不具備明顯的優(yōu)勢，因此水庫壩型不適宜采用當(dāng)?shù)夭牧蠅巍８鶕?jù)推薦壩址的地形、地質(zhì)條件，并考慮泄洪、交通、施工等因素，結(jié)合樞紐總體布置，宜采用混凝土重力壩和碾壓混凝土重力壩2種壩型。按照壩型的特點進行了2種樞紐總布置方案的技術(shù)經(jīng)濟比較(見表1)。經(jīng)計算，碾壓混凝土重力壩方案總投資26 169.37萬元，工期2年;混凝土重力壩方案總投資23 454.21萬元，工期2年。混凝土重力壩方案投資比碾壓混凝土重力壩方案省，加之施工度汛方便，施工工藝簡單，故確定混凝土重力壩方案為推薦方案。

表1 坪底水庫各壩型主要工程造價比較

2.2 溢洪道

坪底水庫河流泥沙含量很高，年輸沙量大。據(jù)裴溝水文站1970-2002年實測資料統(tǒng)計，多年平均懸移質(zhì)輸沙量737.6萬t，多年平均輸沙量為811.8萬t，平均含沙量為248 kg/m3。為了保證水庫的正常運行提高供水效益，采用壩頂溢流方案，不設(shè)溢洪道。

2.3 導(dǎo)流洞

結(jié)合施工工期和壩址地形條件，坪底水庫工程采用全河一次斷流，上下游圍堰擋水，導(dǎo)流洞泄流，非汛期施工的導(dǎo)流方式。導(dǎo)流洞布置于大壩左岸，總長度372 m，其中，進口段75 m，圓形壓力隧洞段275 m(洞徑2.5 m)，出口段22 m。

2.4 取水泵站

坪底水庫取水方式采用庫區(qū)直接取水，在庫區(qū)右岸距大壩約65 m處的凹岸新建一座深井式圓形泵房，布置3臺400SG550-17×6長軸深井泵，2臺工作，1臺備用。單泵設(shè)計流量0.15 m3/s，設(shè)計揚程105.0 m，通過管道輸水至調(diào)蓄水池。

2.5 調(diào)蓄水池

由于坪底水庫采用非汛期蓄水運行方式，為保證汛期正常供水，在供水點相應(yīng)位置修建調(diào)蓄水池1座。調(diào)蓄水池建于西衛(wèi)村上游屈產(chǎn)河河道左岸河漫灘上，總庫容為120萬 m3，其中供水調(diào)節(jié)庫容108.3萬m3，死庫容11.7萬 m3。調(diào)蓄水池的布置形式為平原型水庫，采用四周填筑圍護壩形式。

2.6 樞紐布置

經(jīng)過對樞紐布置與施工條件、施工工期、工程投資、運行條件等方面的綜合比較，最終選定坪底水庫由混凝土重力壩+溢流表孔+泄洪排沙洞+取水泵站等建筑物組成。

3 樞紐建筑物設(shè)計

3.1 混凝土重力壩

根據(jù)壩址處地形條件，樞紐大壩軸線布置為一直線，壩軸線起點(右壩頭)坐標(biāo):

X＝994 56.416 m

Y＝100 473.131 m

終點(左壩頭)坐標(biāo):

作為西方生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的“馬克思主義者”，萊斯在其著作中也表達了一定的制度批判思維。例如《滿足的限度》就寫到，“現(xiàn)代社會將穩(wěn)定與權(quán)威建立在經(jīng)濟生產(chǎn)與需求得到滿足的成就之上……出現(xiàn)于現(xiàn)代社會發(fā)祥之初的資本主義是這一傾向的始作俑者”?。但以真正的馬克思主義政治經(jīng)濟學(xué)批判尺度來衡量，萊斯的制度批判卻是抽象的。

X＝99 381.738 m

Y＝100 385.145 m(獨立坐標(biāo)系)

大壩壩頂總長115.4 m，壩頂高程837.0 m，最大壩高段建基面高程806.0 m，最大壩高31.0 m。

大壩由左、右岸擋水壩段和溢流壩段三部分組成。左岸擋水壩段長23.4 m，右岸擋水壩段長19.5 m，溢流壩段(布置在左岸擋水壩段和泄流底孔壩段中間)長72.5 m。擋水壩段壩頂高程837.0 m，壩頂寬4.5 m，上游壩坡為豎直面，下游壩坡坡比1∶0.75;溢流壩段共設(shè)6孔溢流表孔，孔口凈寬10 m，堰頂高程825.0 m，溢流表孔壩段設(shè)寬4.5 m的檢修工作橋與兩岸壩頂相通。根據(jù)泄洪排沙的要求，在右岸樁號0+011.1 m-0+017.9 m壩段設(shè)有壓泄流底孔，底孔斷面尺寸為4 m×4 m，進口底高程816.0 m。

3.2 導(dǎo)流洞

導(dǎo)流洞進口引水渠為梯形斷面，設(shè)計底寬3.5 m，石質(zhì)設(shè)計邊坡1∶0.4，土質(zhì)設(shè)計邊坡 1∶1.0，進口底高程812.50 m，設(shè)計縱坡i＝0。

導(dǎo)流洞洞身段圍巖為三疊系中統(tǒng)二馬營組第三巖組，巖性為灰綠色中厚層長石石英砂巖夾暗紫色泥巖，巖性堅硬，巖體較完整。巖體堅固系數(shù)f＝3-4。圍巖類別為Ⅲ類。洞徑設(shè)計為2.5 m，開挖洞徑2.7 m。縱坡為i＝1/100，洞長275 m。0+000-0+225段洞身采用噴錨支護，噴10 cm厚混凝土，錨桿采用φ25、L＝2 m砂漿錨桿;0+225-0+275段洞身采用噴錨支護及20 cm厚C20混凝土襯砌。

主體工程施工完成后對導(dǎo)流洞進行封堵，封堵位置位于大壩軸線處，采用混凝土堵頭，堵頭設(shè)計長10.0 m。

3.3 取水泵站

泵房整體設(shè)計高度29.62 m，根據(jù)最低取水位825.5 m，確定泵房底板高程為820.50 m，由水泵及設(shè)備布置確定泵房內(nèi)徑為7.14 m，外徑為8.74 m。泵房分上、下兩部分，下部塔筒采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度為20.3 m，筒壁壁厚依次為1.0 m、0.8 m，底板厚度為1.2 m。水泵工作平臺(塔筒頂部)高程為839.5 m，采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆板梁結(jié)構(gòu)。廠房工作平臺外設(shè)一圈走道板，寬1.8 m。上部廠房采用圓形磚混結(jié)構(gòu)，直徑8 m。根據(jù)起吊設(shè)備要求，確定屋面梁底高程為 848.82 m，軌頂高程為846.00 m。屋頂采用50 mm厚彩色壓型復(fù)合板及鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。泵房內(nèi)設(shè)LD環(huán)形電動單梁起重機，起吊重量為10 t。泵站副廠房利用走道板空間，房高4.95 m，走道板外緣封閉。

泵房前布置進水閘室，長3.5 m，孔口寬度為1.5 m，進水口底高程為824.0 m，閘室內(nèi)設(shè)置攔污柵和檢修閘門各一扇(前后布置)，其孔口寬1.5 m，高5.0 m。閘門和攔污柵啟吊設(shè)備均選用電動葫蘆啟吊，懸掛電動葫蘆位置高程844.5 m。檢修平臺高程與工作平臺相同，檢修平臺上設(shè)排架，用以安裝起吊設(shè)備。

3.4 調(diào)蓄水池

調(diào)蓄水池圍護壩采用均質(zhì)碾壓土壩，壩頂軸線總長度1 543.39 m，壩頂高程905.0 m，最大壩高10.0 m。壩頂寬度5.0 m，在壩頂迎水面設(shè)防浪墻，墻高1.0 m。圍護壩迎水面邊坡為1∶3.5，背水面邊坡為1∶3，背水面邊坡坡腳設(shè)堆石棱體排水。

進水管(水庫供水管道)位于調(diào)蓄水池西北角樁號1+414.36 m處，管徑DN600，為壩內(nèi)埋管，管道出口接入沿迎水面壩坡設(shè)置的泄槽及消力池。放水管位于調(diào)蓄水池北側(cè)樁號0+55 m處，管徑DN800，進口設(shè)鋼筋砼結(jié)構(gòu)的進水塔，放水管穿越壩體后接電廠取水管道沿河道左岸輸水至電廠。

放水管進水塔塔高10.0 m，上設(shè)排架柱及啟閉機房，進水塔與壩頂用交通橋連接，塔內(nèi)設(shè)檢修閘門和工作閘門各一扇，其孔口寬1.0 m，高1.0 m。

4 結(jié)束語

坪底水庫工程采用閘壩結(jié)合的形式，同時采用空庫度汛的利用方式，有效地解決了當(dāng)?shù)睾樗嗌澈看?、水庫淤積嚴(yán)重的問題，可大大地提高水庫的使用壽命。因采用空庫度汛，為了保證供水，修建了總庫容120萬m3的調(diào)蓄水庫。能否利用該庫區(qū)的近20 m厚的淤積層修建截潛流工程，補充一部分汛期供水，從而減少調(diào)蓄水庫的庫容，是下一步應(yīng)進行研究的主要目標(biāo)。