陽城縣上河水庫工程大壩壩型設(shè)計(jì)方案比選

馮立平

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

上河水庫位于陽城縣董封水庫上游獲澤河的支流上，距董封水庫約5.0 km的上河村西250m的河床中。工程主要為陽城縣工農(nóng)業(yè)及演禮鄉(xiāng)工業(yè)園區(qū)提供工業(yè)和居民生活用水，并為董封灌區(qū)提供灌溉補(bǔ)充水源?？値烊?57.6萬m3，主要建筑物級別為4級。

2 壩址氣象地質(zhì)條件

2.1 氣象條件

上河水庫工程區(qū)夏季溫濕，冬季干冷，最高氣溫30.2℃（7月），最低氣溫-7.9℃（1月），多年平均降水量650 mm，最大年降水量1094.3 mm，汛期6—9月降雨占全年降雨量的70%，多年平均蒸發(fā)量1991 mm，最大年蒸發(fā)量2654.9 mm，多年平均徑流量1864萬m3，多年平均輸沙量19.3萬m3，洪水多發(fā)生在七八月，陡漲陡落，一次洪水經(jīng)過一般在24 h內(nèi)。

2.2 地質(zhì)條件

壩址區(qū)河流流向?yàn)?N60°～65°E，河谷呈“U”字形，河床高程864.0～872.2m。河谷下部寬65～90m，上部寬95～120m，河谷巖壁陡立，高25～30m，右岸局部呈倒懸陡壁。下部近直立，上部岸坡略緩，坡度30°～40°。兩岸山梁最高1176～1209m。地貌上屬溶蝕侵蝕中山區(qū)。壩址區(qū)兩岸陡壁為裸露基巖，山坡山頂植被較為發(fā)育，出露地層主要為古生界奧陶系下統(tǒng)亮甲山組。河谷中分布有新生界第四系全新統(tǒng)松散堆積物。巖層平緩，整體呈單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀N40°～50°W/NE∠4°～8°。壩址處無斷裂構(gòu)造，卸荷裂隙較為發(fā)育。壩址右岸發(fā)育卸荷裂隙，裂隙走向多為順河方向，裂隙張開，隙寬0～0.5m，延伸30～50m，碎石充填。壩址上游左岸導(dǎo)流洞進(jìn)口發(fā)育一條大裂隙，裂隙走向?yàn)镹85°E，寬度 0.3～0.8m，延伸 30～50m，碎石充填。

現(xiàn)距董封水庫約2 km，距上河水庫約10 km處有一采石場，該料場經(jīng)村水泥公路通往壩址，交通較為便利。

3 壩型方案比選

考慮到地形地質(zhì)條件及當(dāng)?shù)亟ú姆植记闆r，初擬混凝土面板堆石壩和堆石混凝土重力壩兩種壩型進(jìn)行比較。

3.1 混凝土面板堆石壩方案

新建壩址處現(xiàn)有一供水工程，主要建筑物包括截潛流壩和供水管道系統(tǒng)。截潛流壩壩基上游側(cè)設(shè)有一道混凝土防滲墻，最大深度約22m。壩線選擇時(shí)考慮對現(xiàn)有工程的利用及工程對下游上河村的影響。因大壩底寬較大，利用截潛流壩做施工圍堰會(huì)導(dǎo)致大壩距上河村過近，此次設(shè)計(jì)考慮保留現(xiàn)有混凝土防滲墻，僅利用其提高上游壩基的防滲作用，將趾板放置于原防滲墻下游5m，故將壩軸線選定在截潛流壩軸線下游65m處。

根據(jù)地形條件，溢洪道適宜布設(shè)于大壩右岸，但開敞式溢洪道單寬流量較小，溢洪道寬度為20m時(shí)，校核泄量僅28.04m3/s；溢洪道寬度為30m時(shí)，校核泄量僅54.5m3/s。由此看出，在溢洪道不設(shè)閘門控制的前提下，要增加溢洪道泄量勢必會(huì)增大溢洪道寬度或增加壩高，此兩種方式均會(huì)增加工程投資，但泄量增加較小，故該工程泄洪建筑物采用導(dǎo)流泄洪洞泄洪。

樞紐主要建筑物包括大壩、導(dǎo)流泄洪洞。大壩長104m，壩頂寬8m，壩頂高程899.2m，最大壩高35.0m，上下游壩坡均為1∶1.4，面板采用等厚度布置，厚度0.4m，趾板采用等高線垂直于趾板基準(zhǔn)線的布置形式，厚0.5m，寬3m。河床段趾板基礎(chǔ)直接置于挖除表層松散層后的河床覆蓋層上，采取趾板上游設(shè)置垂直防滲墻的處理措施，防滲墻深入基巖2.0m，趾板通過連接板與防滲墻連接。岸坡段趾板放置于弱風(fēng)化基巖面上，并采用直徑25 mm的HRB335砂漿錨桿與基巖連接。面板壩河床段設(shè)混凝土防滲墻防滲，防滲墻及岸坡趾板下設(shè)灌漿帷幕，灌漿線沿面板壩趾板中心線至左右岸壩肩，沿壩軸線左岸延伸50m，右岸延伸35m。

導(dǎo)流泄洪洞布置在壩體左岸，施工時(shí)用于導(dǎo)流，運(yùn)行期用以泄洪。進(jìn)水塔為雙孔布置，全長235.0m，進(jìn)口布設(shè)平板檢修閘門，孔口尺寸3.0m×6m（寬×高），出口布設(shè)弧形工作閘門，孔口尺寸3.0m×5.1m（寬×高）；隧洞洞身段為圓型，內(nèi)徑6.0m，進(jìn)口洞底高程873.0m，出口底高程871.0m，采用挑流消能。進(jìn)水塔檢修閘門檢修平臺(tái)通過交通橋與左岸道路相接，交通橋全長13m，橋面寬3.0m。

3.2 堆石混凝土重力壩方案

根據(jù)地形條件，上壩址河道由上至下漸寬，導(dǎo)流洞布置條件好，工程投資小，故壩線宜靠上游布置。但為節(jié)省投資，利用原截潛流壩作為上游圍堰，故將壩軸線布置在原截潛流壩線下游約65m處，與混凝土面板堆石壩一致。

樞紐主要建筑物包括大壩、導(dǎo)流泄洪洞。大壩長118m，壩頂寬6m，最大壩高54.8m，壩頂高程899.8m。大壩由擋水壩段、表孔溢流壩段、泄洪底孔壩段組成。溢流壩段位于河床段，共設(shè)5孔，每孔凈寬11m，堰面為開敞式WES實(shí)用堰，堰頂高程897.0m，校核泄量158.6m3/s。壩體上下游面設(shè)1.5m厚的鋼筋混凝土防滲面板，面板與堆石混凝土之間用錨筋連接。壩基覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化基巖全部清除，大壩坐落在弱風(fēng)化基巖的中上部，壩下基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿。壩體底部布置基礎(chǔ)灌漿廊道，由廊道內(nèi)進(jìn)行帷幕灌漿，其下游設(shè)排水孔幕。岸坡段壩體與基巖之間進(jìn)行接觸灌漿。

壩體左岸布設(shè)一孔泄洪底孔，供泄洪排沙之用。泄洪底孔進(jìn)口底板高程870.0m，孔口尺寸4.5m×4.0m（寬×高），進(jìn)口設(shè)平板檢修閘門，出口設(shè)弧形工作閘門。設(shè)計(jì)泄量284.8m3/s，校核泄量330.9m3/s。

導(dǎo)流洞布置在大壩左岸，總長190m，進(jìn)口高程871.5m，出口高程865.0m，坡降0.03，施工完成后，用混凝土對導(dǎo)流洞進(jìn)行封堵。導(dǎo)流洞寬4.5m，高6.25m，采用城門洞型，頂拱角度180°，頂拱半徑2.25m，直墻高4.0m。導(dǎo)流洞進(jìn)出口及洞身段均采用掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，噴10 cm厚的C20混凝土，頂拱設(shè)直徑25 mm的系統(tǒng)錨桿，間排距1m，梅花形布置。

兩種壩型方案的主要工程量及投資見表1。

表1 兩種壩型主要工程量及投資對照表

針對兩種壩型，從水庫規(guī)模、樞紐工程布置、工程投資等進(jìn)行比較可知，兩種壩型均可行。重力壩對地基要求高，需挖除壩基全部覆蓋層，基礎(chǔ)開挖深度最高達(dá)30.0m，壩下基巖全部進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。面板壩對地基要求不高，只需把趾板基礎(chǔ)開挖至弱風(fēng)化基巖，對趾板基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，故重力壩基礎(chǔ)處理工作量大。但重力壩將泄洪、排沙等建筑物布置在壩體上，樞紐布置簡單，運(yùn)行管理方便；排沙閘孔布置在壩體下部主河槽部位，洞線短，沖沙水流條件好，排沙量較大。面板壩的泄洪、排沙建筑物布置在水庫左岸，樞紐布置分散，導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)口遠(yuǎn)離主河槽，曲線形洞線，排沙效果較差；從工程總投資來看，兩者相差567.4萬元。

4 結(jié)論

綜合分析，重力壩樞紐布置簡單，運(yùn)行管理方便，重力壩較面板壩方案優(yōu)越，考慮近年來堆石混凝土重力壩以其施工速度快，不需要進(jìn)行溫控以及層間處理等優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用，興建堆石混凝土重力壩可以充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，加快施工進(jìn)度，節(jié)約投資，且該壩型在全省有較多的成功經(jīng)驗(yàn)，因此本工程推薦采用堆石混凝土重力壩。