淥吝水庫工程建設(shè)方案的比選

唐思

【摘 要】文章結(jié)合淥吝水庫工程的地形、地質(zhì)條件，對上、下壩址及壩形進行綜合比選后，推薦下壩址選用混凝土重力壩方案。對重力壩的泄流形式及消能防沖方案進行比選后，溢流壩選用無閘控溢流壩，消能采用底流消能方案。水庫樞紐主要建筑物由大壩、取水系統(tǒng)、輸水設(shè)施等建筑物組成。根據(jù)工程實際情況，對溢洪的方案進行比選，并對工程總布置進行設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】水庫工程；工程建設(shè)；方案；比選；總布置

【中圖分類號】TV62 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）02-0097-04

1 工程概況

淥吝水庫工程壩址位于廣西扶綏縣中東鎮(zhèn)那吝屯北面300 m處，壩址所在河流為雙俠河上游左側(cè)支流淥吝河。雙俠河是左江的一級支流，發(fā)源于西大明山脈南麓的中東鎮(zhèn)新靈村吉臺屯附近，河流自北向西南穿過新靈村，在思同村轉(zhuǎn)向南流至瓶山村附近又轉(zhuǎn)向東南，先后經(jīng)三哨、東哨、八聯(lián)、弄狀等村屯后，在六合山附近匯入左江。

淥吝水庫是一座以鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水為主，結(jié)合改善下游農(nóng)村人飲及灌溉等綜合利用的水利工程。水庫正常蓄水位為141 m，有效庫容為166.52萬m3，總庫容為218.10萬m3，為?。?）型水庫，Ⅳ等工程。大壩等主要建筑物按4級建筑物設(shè)計；其余為次要建筑物，按5級建筑物設(shè)計。混凝土重力壩的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，消能防沖建筑物設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。淥吝水庫城鎮(zhèn)供水規(guī)模為4 439 m3/d。工程類型為Ⅲ型?？紤]到本工程為水源項目，水庫的建筑物級別為4級，供水管線管徑較小，結(jié)構(gòu)簡單，故將供水工程降一級，按Ⅳ級建筑物設(shè)計。洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水設(shè)計，30年一遇洪水進行校核。

2 工程選址

在選擇壩址時，應(yīng)根據(jù)樞紐附近的地形、地質(zhì)條件、水流河勢條件、建筑材料、施工條件及樞紐布置等綜合研究決定。本工程屬新建水庫工程，工程壩址的選擇及選線應(yīng)遵循以下基本原則。

（1）地形條件：壩址一般選在狹窄河谷處，壩軸線短，壩體工程量??；并且，壩址上游應(yīng)有一定河谷開闊地帶，以獲取足夠的庫容。

（2）地質(zhì)條件：應(yīng)選擇地質(zhì)條件良好的地段，壩址處的岸坡要穩(wěn)定，以減少壩基處理及岸坡處理的工程量。

（3）河勢條件：壩軸線應(yīng)盡量與河流流向正交，以利于布置泄洪建筑物，保證下泄洪水流順暢；當(dāng)必須與河流斜交時，交角不宜過小，否則既增加了壩體的工程量，又會使泄洪水流不順。

（4）建筑材料：壩址附近應(yīng)有數(shù)量足夠并符合要求的建筑材料。

（5）施工條件：壩址附近應(yīng)有適宜的地形布置施工場地；距離交通干線近；便于交通運輸。

（6）水庫淹沒：合理選擇壩址，盡量減少庫區(qū)村屯、耕地的淹沒面積，減少征地移民難度，維護社會穩(wěn)定。

（7）本工程為中東鎮(zhèn)供水水源工程，壩址比選時，應(yīng)選取滿足供水需求的相同庫容方案進行比較。

根據(jù)淥吝河上游河段沿岸的地形、成庫條件及淹沒影響范圍，水庫壩址可在淥吝屯至下游1 km處有一段長約500 m的河道范圍內(nèi)選擇，水庫的主要庫容集中在該河段上游，在此河段修建水庫，庫容可滿足供水要求。該段河道蜿蜒曲折，根據(jù)地形、河勢條件，在選定河道范圍內(nèi)，可布置上壩址、下壩址。

上壩址距中東鎮(zhèn)直線距離約2.5 km。河段為較寬闊的“V”形河谷，河道彎曲呈“S”形，河流流向大致為由北西至南東，壩軸線處河床寬度約75.0 m，右岸殘存有少量河流階地，河灘地面高程為121～123 m，地形較緩。兩岸地形不對稱，左岸較陡，自然坡度約39°，邊坡較完整，坡高大于100 m。右岸較緩，自然坡度約25°，邊坡完整，局部形態(tài)略有起伏，坡高約40 m。

下壩址與上壩址相距約280 m。河段為較狹窄的“V”形河谷，河道基本順直，河流流向為北西至南東，壩軸線處河床寬度約33.0 m，河床地面高程為114.0～116.0 m。兩岸地形不對稱，左岸略陡，上部自然坡度約36°，邊坡較完整，坡高大于100 m；右岸略緩，自然坡度約27°，下部近河床段稍陡，坡度約45°，局部形態(tài)略有起伏，坡高大于100 m。右岸近河床處有基巖出露。

壩址比選主要依據(jù)上壩址、下壩址兩壩址方案的施工條件、主要工程量、工程投資、工程用地及水庫淹沒投資等方面進行技術(shù)經(jīng)濟綜合比較論證。2個壩址的綜合比較如下。

（1）上、下壩址地層巖性、風(fēng)化程度相近，均滿足修筑混凝土壩和堆石壩的地質(zhì)條件。上壩址河流兩岸有沖洪積堆積層，挖除工作量較下游大，且壩軸線較長，因此從地質(zhì)條件來看，下壩址地質(zhì)條件較優(yōu)。

（2）從地形上看，上壩址地勢較高，河床較為開闊，若壩址設(shè)于此處所需工程量大；下壩址河床坡降較大，地勢較低，河床狹窄，若壩址設(shè)于此處，則有利于縮短壩軸線，工程量小。從工程布置上看，上壩址壩頂長度比下壩址長13.50 m，最大壩高相近，經(jīng)過工程量比較，上壩址工程量稍大。

（3）從施工導(dǎo)流布置上看，2個方案均采用底孔導(dǎo)流，導(dǎo)流條件和導(dǎo)流工程布置基本相同，導(dǎo)流工程量也基本相同。

（4）從工程施工工期上看，上壩址壩體工程量稍大，施工期比下壩址稍長。

（5）從淹沒賠償條件上看，上壩址正常蓄水位為143 m，下壩址正常蓄水位為141 m，上下壩址相距280 m，由于上壩址淹沒范圍稍大，會影響到淥吝屯房屋的拆遷問題，所以淹沒賠償投資稍大于下壩址。

上、下壩址的主要工程量及工程直接投資、水庫和工程用地投資比較見表1。

經(jīng)比較，下壩址方案工程投資較上壩址省589.4萬元，并且施工條件好、工程占地少，因此本階段淥吝水庫工程推薦下壩址方案。

3 主要建筑物形式的選擇

根據(jù)選定的下壩址方案，設(shè)計選擇了重力壩方案和混凝土面板堆石壩2個方案進行比較。

（1）從工程布置看，重力壩方案工程建筑布置緊湊、簡單，而混凝土面板堆石壩方案則需要布置大壩、溢洪道、放水系統(tǒng)（放水塔及隧洞）等建筑物，工程布置難度大，特別是溢洪道布置困難，溢洪道布設(shè)在右岸，開挖工程量大，開挖邊坡較高；各建筑物分散布置，管理、運行不便。

（2）從施工導(dǎo)流看，混凝土面板堆石壩方案只能采用隧洞導(dǎo)流，導(dǎo)流方案工程量大、施工期長。

（3）從施工進度看，重力壩方案的引水系統(tǒng)、溢流壩結(jié)合大壩布置，土石方工程量比混凝土面板堆石壩方案小，施工期比混凝土面板堆石壩方案縮短8個月。

（4）淥吝水庫位于山區(qū)河流上，洪水過程呈驟漲、驟降的性質(zhì)，并且水庫壩址距離中東鎮(zhèn)僅4 km，因此重力壩方案比混凝土面板堆石壩方案更為安全、可靠。

（5）由于混凝土面板堆石壩的主堆區(qū)的石料仍需要從周邊石料場購買，運距遠、用量大，因此當(dāng)?shù)夭牧蠅尉偷厝〔牡膬?yōu)勢被削弱。

（6）混凝土重力壩方案由于工程布置緊湊，工程永久用地面積較混凝土面板堆石壩方案少。從工程永久占地看，混凝土重力壩方案優(yōu)于混凝土面板堆石壩方案。

（7）從2個方案的建筑工程投資看，混凝土面板堆石壩方案的建筑工程投資比混凝土重力壩方案多出1 559萬元。從工程造價方面看，混凝土重力壩方案優(yōu)于混凝土面板堆石壩方案。

2種壩形的工程投資比選見表2。

經(jīng)比較，混凝土重力壩方案工程布置優(yōu)、施工導(dǎo)流工程省、施工工期短、可靠性高、工程用地少、工程投資省，因此本階段淥吝水庫工程推薦混凝土重力壩方案。

4 溢洪方案選擇

4.1 泄流形式及選擇

根據(jù)選定的混凝土重力壩壩形，可采取閘控式溢洪或開敞式溢洪方案?？紤]到本工程所在淥吝河河谷少雨區(qū)，平時降雨量少，每年7～9月份易受臺風(fēng)影響，降雨量較多，臺風(fēng)雨強度大而集中，這是造成洪澇災(zāi)害的主要原因。淥吝水庫河流呈現(xiàn)山區(qū)性河流特征，采取閘控式溢洪方案較開敞式溢洪方案的運行管理更繁瑣，可靠性、安全性難以保證?？紤]到采取閘控式溢洪方案節(jié)省投資有限，經(jīng)濟效益不明顯，管理又比較困難，因此溢流壩段的溢洪采用開敞式溢洪方案。為了更經(jīng)濟合理地布置攔河壩，提出以下3種溢流壩方案進行比選。

方案一，16 m溢流凈寬方案：根據(jù)河槽寬度，在滿足進水口及工程總體布置要求的前提下，最大限度地提高泄流能力，以減少水庫的淹沒數(shù)量，本方案溢流壩采用2孔無閘控溢流壩，單孔凈寬8 m，溢流前沿總凈寬16 m，堰頂高程為141.0 m，壩頂高程為147.00 m。

方案二，20 m溢流凈寬方案：本方案采用2孔溢流壩，無閘控溢流壩。單孔凈寬10 m，溢流前沿總凈寬20 m，堰頂高程為141.0 m，壩頂高程為144.80 m。

方案三，24 m溢流凈寬方案：本方案采用2孔溢流壩，無閘控溢流壩。單孔凈寬12 m，溢流前沿總凈寬24 m，堰頂高程為141.0 m，壩頂高程為143.50 m。

不同溢流壩孔口形式投資比選見表3。

通過工程投資及水庫淹沒投資比較，20 m無閘控溢流凈寬方案時投資最少，故采用方案二進行大壩的布置。

4.2 消能防沖方案選擇

壩址所處下伏基巖為泥質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖，巖質(zhì)相對軟弱，且低壩水頭低，挑射水舌挑距近，下游沖刷會影響壩腳，因此本工程不適合采取挑流消能方案。壩址處河道狹窄、坡降大，下游水位低、不穩(wěn)定，壩址下游處河道彎折，為“U”形的底部，若采用面流消能方案，則會造成兩岸坡大沖刷，進而影響壩址西側(cè)邊坡穩(wěn)定。因此，本工程的消能采用底流消能方案。

5 工程總體布置

水庫樞紐建筑物主要由大壩、取水系統(tǒng)、輸水設(shè)施等建筑物組成。

大壩由左岸重力壩段、溢流壩段、右岸重力壩段組成，大壩壩頂總長168.60 m，中部為24.60 m長的溢流壩段，布置有2孔溢流表孔，每孔凈寬10 m，溢流前緣凈寬20 m；溢流壩左側(cè)為左岸重力壩段，長54 m，分3個壩塊；溢流壩右側(cè)為右岸重力壩段，分為5個壩段，長90 m。

大壩壩頂高程為144.80 m，河床處建基面高程為109.00 m，最大壩高35.80 m。大壩壩頂寬5.0 m，上游壩坡為直立面；下游壩坡起坡點為138.00 m，壩坡為1∶0.75；溢流壩堰頂高程為141.00 m，堰面曲線采用WES形實用堰，堰面曲線下游連接1∶0.75的直線段，直線段末端接半徑R=5 m底流消力池，消力池底高程為111.50 m，消力池長21 m，消能坎高2.0 m，底板厚1.5 m。

進水口為壩式進水口，布置在右岸重力壩上游樁號0+118.6 m處。進水口底坎高程為124.00 m，進水口攔污柵孔口尺寸為B×H=1 m×1.8 m，進水口工作閘門的孔口尺寸為B×H=1 m×1.2 m，閘門控制段后接直徑為D=0.5 m的壓力鋼管，壓力鋼管段長20 m，鋼管末端設(shè)鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩內(nèi)管道分岔成3根管道，分別為管徑為0.1 m、0.3 m、0.4 m的環(huán)境基流管、供水管道、灌溉管道。在3根管分岔出均設(shè)工作閥、流量控制閥。

6 結(jié)語

經(jīng)過上述比選，淥吝水庫建設(shè)場址采用下壩址混凝土重力壩方案，溢流壩采用2孔無閘控溢流壩，單孔凈寬10 m，消能采用底流消能方案。

參 考 文 獻

[1]SL 252—2000，水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]SL 319—2005，混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范[S].

[3]SL 253—2000，溢洪道設(shè)計規(guī)范[S].

[4]SL 191—2008，水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[責(zé)任編輯：陳澤琦]