石口子水庫壩型比選

朱敏榮

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

石口子水庫是開發(fā)利用介休市龍鳳河水資源的控制性水利樞紐工程，位于龍鳳河干流上，水庫控制流域面積 341.5 km2，總庫容 245萬 m3，屬?。ㄒ唬┧畮?。水庫任務是為介休提供工業(yè)供水和農(nóng)業(yè)灌溉用水，兼顧下游防洪。供水對象為義安工業(yè)園和0.1萬hm2農(nóng)業(yè)灌溉，供水范圍涉及龍鳳鎮(zhèn)、城關鄉(xiāng)、三佳鄉(xiāng)3鄉(xiāng)鎮(zhèn)及義安工業(yè)園。

2 壩址區(qū)地形地質條件

石口子水庫壩址位于石口子上游河道，距龍鳳峽谷出口約 2.6 km，河谷底寬 15～30 m，河谷呈“V”字形，左岸自然坡度 50°～75°，屬峻坡，基巖裸露；右岸自然坡度40°～70°，地表下部多被第四系松散層覆蓋。壩址區(qū)基巖地層巖性主要為長山、白云質灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r及頁巖等。左壩肩基巖強風化層厚度3.0～7.8 m，河床段基巖強風化層厚度2.5～3.5 m，右壩肩基巖強風化層厚度5.0～8.8 m。左右壩肩整體穩(wěn)定，巖體表層強風化層，巖體內陡傾角節(jié)理裂隙發(fā)育。

3 壩型方案

工程區(qū)塊石料及人工骨料母巖儲量豐富，而土料缺乏。壩址位于碳酸鹽巖峽谷地段，河谷窄深，河床砂卵石覆蓋層平均厚10 m，河床以上兩岸壩基基巖裸露，巖性完整性好，左右壩肩整體穩(wěn)定。綜合地形地質條件、筑壩材料比較適合的壩型為重力壩和混凝土面板堆石壩。

重力壩型中的堆石混凝土重力壩，由于筑壩用的堆石混凝土比常態(tài)混凝土更經(jīng)濟，同時具有低水泥用量、低水化熱和高強度保證率，能顯著提高工效，縮短工期、降低施工成本等特點。故在設計中選取堆石混凝土重力壩、混凝土面板堆石壩兩種壩型比較。

4 壩型比選

4.1 混凝土面板堆石壩

混凝土面板堆石壩軸線在堆石混凝土重力壩軸線下游20 m，兩壩軸線相互平行。正常蓄水位1014.50 m，校核洪水位1019.34 m，總庫容253萬m3。樞紐工程由大壩、左岸泄洪隧洞及供水管道組成。4.1.1 大壩

大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂長112 m，壩頂寬5.0 m，壩頂高程為1020.00 m，壩趾面最低高程為955.00 m，最大壩高65.0 m。

壩頂上游側設“L”型C20鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程1021.20 m，高出壩頂1.2 m。墻高4.0 m，頂寬0.7 m，底板為帶角撐的斷面，底寬4 m，防浪墻上游側底部設寬0.8 m的小道，其高程為1017.70 m，高于正常蓄水位3.2 m，以利檢查行走。壩頂下游側設預制混凝土土塊路緣石，壩頂為水庫內部交通道路，采用瀝青混凝土路面，厚0.5 m，其下設0.3 m厚的水泥穩(wěn)定碎石墊層。

壩坡根據(jù)已建工程采用類比法確定，上下游壩坡均為1∶1.4，下游壩坡每14 m設一馬道，馬道寬2 m。

壩體堆石分區(qū)填筑、分區(qū)碾壓，上游到下游依次分為墊層區(qū)、特殊墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)、下游護坡區(qū)。

為提高基巖的整體性和抗?jié)B能力，對趾板的巖石地基進行固結和帷幕灌漿處理。沿趾板中部布置雙排帷幕灌漿，孔距2 m，帷幕灌漿采用封閉式，平均灌漿深度25 m，左右岸壩頭帷幕灌漿沿壩軸線向外延伸12 m。對趾板下壩基進行固結灌漿，灌漿深度8 m，梅花形布置，孔距3 m。

大壩面板混凝土強度等級C25，抗?jié)B等級W8，抗凍等級F150。面板頂高程1017.70 m，面板采用等厚0.4 m，面板配筋采用單層雙向配筋。趾板厚度0.5 m，長4 m?；炷林喊宀牧线x用C25鋼筋混凝土，抗?jié)B等級W8，抗凍等級F150。大壩周邊縫寬12 mm，縫間填浸瀝青木板。周邊縫設三道止水，底部“F”型銅片止水，中間設直徑20 mm的氯丁橡膠棒止水，頂部縫口設凸體直徑50 mm的氯丁橡膠棒止水，表面設橡膠增強型SR防滲蓋罩封閉，蓋罩內充填性能良好的SR－2塑性止水填料，縫間填厚12 mm的瀝青杉板。

4.1.2 導流泄洪洞及供水管道

由于壩址河谷寬度小，兩岸山體基巖陡立、高差大，庫區(qū)周邊又無適宜的地形布置岸邊溢洪道，因此選擇泄洪隧洞作為泄水建筑物，以利于排沙。在水庫左岸山體內布置2條導流泄洪洞，洞軸線相距30 m，分別由引渠段、進口有壓洞段、進水塔段、無壓洞段和出口消能段組成，兩條洞長分別為230 m，280 m。進口有壓洞段斷面均為圓形，洞徑5.1 m，無壓隧洞斷面均為城門洞形，洞長分別為210 m，245 m，洞寬5.1 m，高7.0 m，進口底高程均為973.00 m，出口底高程分別為972.00 m，971.50 m，設計縱坡1∶200。隧洞進水塔段布置平板檢修閘門和平板工作閘門，隧洞出口設消能段，采用挑流消能方式。

要把名師放在高層次人才隊伍建設的突出位置，落實特殊支持政策，給他們營造良好的教學和科研環(huán)境，在事業(yè)平臺、經(jīng)費使用、人事制度、考核評價、激勵保障等方面進行重點培養(yǎng)支持。

供水管道布設于最左側的泄洪洞內，長210 m，從泄洪洞閘門后靠近洞頂位置設取水口，之后將0.6 m壓力鋼管沿泄洪洞埋設于底板巖體內，管道從泄洪洞出口引出并防護。

4.2 堆石混凝土重力壩

堆石混凝土重力壩軸線在混凝土面板堆石壩軸線上游20 m，兩壩軸線相互平行。正常蓄水位1014.50 m，校核洪水位1018.78 m，總庫容245萬m3。樞紐工程由大壩、泄洪沖沙底孔、溢流表孔及壩內預埋供水管道組成。

4.2.1 大壩

大壩為堆石混凝土重力壩，總長97.0 m，壩頂寬6 m，壩頂高程1020.00 m，最大壩高66.0 m。壩體由4個壩段組成，從左到右分別為左岸擋水壩段、壩內預埋供水管及泄洪沖沙底孔壩段、溢流表孔壩段、右岸擋水壩段，長度分別為16 m，29.5 m，29.5m，22 m。

大壩上游983.00 m高程以上為鉛直面，以下壩坡坡率為1∶0.3，下游1011.76 m高程以上為鉛直面，以下壩坡坡率為 1∶0.8。

溢流表孔壩段位于大壩右側，采用開敞式溢流堰，堰頂高程1014.50 m，設3孔，孔口凈寬8.5 m。溢流面由堰頂曲線段、斜坡直線段及銜接反弧段組成。

為減少壩基滲漏，降低滲透壓力，提高壩基抗滑穩(wěn)定性，在壩軸線上游3 m處壩基設置防滲帷幕。該重力壩壩高66 m，屬中壩，根據(jù)地質資料，帷幕灌漿設計高程為929.00 m，灌漿最大深度為25.0 m。

4.2.2 泄洪沖沙底孔

泄洪沖沙底孔位于左岸壩段，由進水塔、孔身段、出口閘室及出口挑流消能段組成，全長57.055 m。

泄洪沖沙底孔進口緊貼大壩上游壩坡設置進水塔，進水塔為C25鋼筋混凝土結構，塔身順水流方向長6.13 m，垂直水流方向寬9.9 m，塔筒高43.0 m。塔筒上部設檢修平臺及啟閉機室，檢修平臺高程為1020.00 m，啟閉平臺高程為1031.20 m。

孔身段長26 m，由進口漸變段、圓形有壓孔段、出口漸變段等組成。進口漸變段長8 m，由6 m×6 m的方形斷面漸變?yōu)橹睆? m的圓形。圓形有壓孔段長10 m，直徑6 m，出口漸變段長8 m，由直徑6 m的圓形漸變成為4.8 m×4.8 m的方形斷面?？咨肀韺觾纫r0.5 m厚C40抗磨蝕鋼筋混凝土。

出口挑流消能段長21.35 m，自上游至下游依次布置直線段和反弧段，反弧半徑16 m，挑角25°，挑流鼻坎頂高程978.50 m。

4.2.3 壩內預埋供水管道

壩內預埋供水管道取水口設2個，分別為高低兩個不同高程的取水口，可實現(xiàn)不同庫水位取水。高位進水口布置在壩體上游表面，進水口中心高程999.00 m；低位進水口布置在泄洪底孔圓形有壓孔段內，進水口中心高程982.00 m。

高位取水口壩內預埋供水管道布置在左岸擋水壩段，由進口檢修閥室段、壩內預埋供水管及出口控制閥室組成，全長52.5 m。

進口檢修閥室底高程997.80 m，閥室為城門洞形，凈寬4.5 m，凈高4.5 m，長5 m。壓力鋼管預埋高于大礬混凝土中而成，出口設2.5 m長漸變管，管徑由1.0 m漸變?yōu)?.5 m。管道出口中心高程為978.00 m，出口接入控制閥室。

4.3 壩型比選

4.3.1 地形地質條件

壩址區(qū)位于龍鳳河谷的平順段，混凝土面板堆石壩方案不利于泄洪隧洞進口布置，上游右岸覆蓋層較厚，布設面板和趾板時開挖量較大。

4.3.2 工程投資

混凝土面板堆石壩方案的投資為6321萬元，堆石混凝土重力壩方案的投資為5550萬元，混凝土面板堆石壩方案投資較大。

4.3.3 施工運行管理

混凝土面板堆石壩運用管理比較復雜，運行中需注意對混凝土面板的維修。堆石混凝土重力壩采用目前比較先進的自密性混凝土筑壩技術，不需要振搗，避免了人工干預，施工質量容易保證，大體積塊石的使用，減少了水泥用量，節(jié)約了成本，施工速度快，投資較小。

從地形地質條件、施工條件、投資等方面綜合分析，堆石混凝土重力壩具有較大優(yōu)勢，因此確定大壩壩型為堆石混凝土重力壩。