五當(dāng)召水庫壩址壩型比選設(shè)計

劉春艷，郭　濤

（太原市水利勘測設(shè)計院，山西　太原　030002）

1　工程概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市石拐區(qū)位于市區(qū)東部，大青山南麓、土默川西部，西南與包頭市九原區(qū)毗連，南與包頭市東河區(qū)相鄰，東與包頭市青山區(qū)接壤，總面積761km2。五當(dāng)召是國家重點文物保護單位、4A級旅游景區(qū)，是中國藏傳佛教的四大名寺之一，也是內(nèi)蒙古自治區(qū)最大的藏傳佛教寺院。

擬建的五當(dāng)召水庫位于包頭市石拐區(qū)的五當(dāng)召溝內(nèi)，五當(dāng)召是五當(dāng)溝的一級支流，五當(dāng)溝系黃河一級支流，發(fā)源于包頭市固陽縣下濕壕鎮(zhèn)頭道井山頂，向西北傾斜。

2　工程建設(shè)必要性

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴大，特別是區(qū)內(nèi)旅游業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，而本工程區(qū)距五當(dāng)召景區(qū)僅2.5km，與之配套的地方特色農(nóng)業(yè)急需發(fā)展，因此，迫切需要修建水利工程以增加景區(qū)的美譽度；其次，隨著鄉(xiāng)村經(jīng)濟的發(fā)展壯大，鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊以及河流兩岸的農(nóng)田基地，急需提高防洪能力；再次，作為黃河一級支流的五當(dāng)溝，修建五當(dāng)召水庫可每年減少黃河泥沙匯入2.27萬m3，50年可減少113.5萬m3泥沙匯入黃河。通過水庫的建設(shè)，不僅可以促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，同時將帶來巨大的生態(tài)和社會效益。

3　工程任務(wù)和規(guī)模

3.1　工程任務(wù)

結(jié)合水庫下游防洪要求和當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟發(fā)展對水資源的需求，確定本次水庫建設(shè)任務(wù)為以防洪為主，兼顧旅游和灌溉。

水庫下游防洪保護對象有：自然村4個（毛忽洞村、堿水渠村、席麻塔村、牧業(yè)隊）、耕地233.33hm2、人口1500人、牲畜存欄數(shù)3500頭，還有巨龍焦化廠、包頭市佳遠化工有限責(zé)任公司，包頭市軍遠工貿(mào)有限責(zé)任公司等企業(yè)。此外，五當(dāng)召水庫還擔(dān)負下游毛忽洞村、堿水渠村、席麻塔村及牧業(yè)隊66.67hm2耕地的灌溉任務(wù)。

3.2　工程規(guī)模

水庫總庫容為126.6萬m3，其中死庫容48.8萬m3，興利庫容19.7萬m3，調(diào)洪庫容58.1萬m3，水庫控制流域面積為31.8km2，壩長125m，壩高34.4m。

4　工程等別和建筑物級別

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）規(guī)定該水庫屬?。ㄒ唬┬退畮?，工程等別為Ⅳ等，其主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，樞紐建筑物設(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，施工導(dǎo)流洪水重現(xiàn)期為汛期5年一遇。

5　工程選址比選

5.1　選址原則

一是可以滿足用水需求的庫容條件及應(yīng)對特大洪水的泄流條件；二是較好的壩址地形地質(zhì)條件；三是水庫淹沒損失小，樞紐布置方案經(jīng)濟合理；四是較為便利的施工條件。

5.2　壩址地形、地質(zhì)條件比較

從地形條件來看，水庫大壩要盡可能建在口小肚大的地方，綜合考慮了地形、地質(zhì)、建材、樞紐布置等因素后選擇兩處水庫壩線進行方案比較，即上壩線和下壩線。

5.2.1上壩線方案

上壩線位于漿砌石拱橋上游270m處，壩址處河溝底寬約60m，兩岸山坡陡峻，花崗片麻巖裸露，坡度為45°左右，巖脈走向基本與河流主流垂直，巖層傾角60°～70°，并且向庫區(qū)傾斜，基礎(chǔ)巖石較完整，無需地基處理，有利于水庫蓄水防漏。上壩線上游2.5km處為五當(dāng)召景區(qū)。

5.2.2下壩線方案

下壩線位于漿砌石拱橋下游1.5km處，壩址處河溝底寬約80m，兩岸山坡較陡，坡度約40°～45°左右，花崗片麻巖有部分裸露，大部分為表土覆蓋，基礎(chǔ)巖石較破碎，需做地基處理，主河床沙礫石覆蓋較厚。

從地形地質(zhì)條件比較，上壩址較優(yōu)。

5.3　上、下壩址樞紐建筑物布置及施工條件

5.3.1上壩址樞紐建筑物布置及施工條件

由于該壩址兩岸高山陡峻，沒有布置溢洪道的條件，且五當(dāng)召溝為石質(zhì)山區(qū)，石料開采方便，混凝土骨料砂、礫、卵石均可就地取材。因此，上壩址方案較為理想的壩型為混凝土壩，采用底孔泄洪沖沙洞泄洪。5.3.2下壩址樞紐建筑物布置及施工條件

該壩址下游有取土場，且運距不遠，可選用土壩，擬采用帶粘土心墻的土壩方案，使用底孔泄洪洞泄洪，泄洪洞布設(shè)于主河槽中，水庫運行方式與上壩線相同。大壩迎水面設(shè)0.4m厚干砌石護坡，背水面采用混凝土網(wǎng)格碎石護坡，壩頂筑防浪墻，下游坡腳設(shè)置排水棱體。泄洪沖沙洞進口建啟閉塔，并用工作橋通至壩頂。大壩前后坡中部均設(shè)馬道，馬道和山坡與大壩交界處修漿砌石排水溝。

兩個壩址的施工條件都比較便利。

5.4　庫容條件及水庫淹沒損失比較

以防洪為首要任務(wù)的水庫，防洪庫容的大小決定了壩址方案的選擇。經(jīng)計算分析五當(dāng)召水庫上、下兩壩線處庫容基本相同，因此對壩址方案選取則應(yīng)重點考慮水庫的淹沒影響。在水庫的興建過程中，淹沒問題涉及到許多社會問題，且很難解決，下壩線占地較多，且涉及14戶居民的淹沒補償及搬遷問題，因此在方案比選中處于劣勢。而上壩線距五當(dāng)召景區(qū)較近，有利于促進旅游業(yè)的發(fā)展，從而帶動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

綜合考慮以上各種因素，本次設(shè)計選擇上壩址作為五當(dāng)召水庫樞紐壩址。

6　壩型比選

根據(jù)上壩址的現(xiàn)狀地形、地質(zhì)條件，壩基巖性、兩岸坡度、施工條件、建筑材料等因素，選定混凝土重力壩、堆石混凝土重力壩和砌石重力壩進行比較。

6.1　混凝土重力壩

混凝土重力壩是一種傳統(tǒng)壩型，技術(shù)成熟，適合大型機械化施工，造價較高，由于施工技術(shù)較復(fù)雜，溫度控制和裂縫控制難度高，故對施工隊伍的技術(shù)素質(zhì)和機械化水平要求較高。

本工程所在地區(qū)石料豐富，混凝土細骨料經(jīng)水洗處理后可滿足工程所需，工程沿線沒有混凝土粗骨料，建議進行外購。

6.2　堆石混凝土重力壩

堆石混凝土是一項創(chuàng)新混凝土筑壩施工技術(shù)。該技術(shù)是以高流動性自密實混凝土技術(shù)為基礎(chǔ)的大體積混凝土施工技術(shù)。方法是先將大粒徑塊石入倉，然后從堆石體上部澆入專用的自密實混凝土，利用其高流動性完全充填堆石體空隙，形成完整、密實、有較高強度和低水化熱的大體積混凝土。堆石混凝土壩比普通混凝土壩水泥用量少，且造價較低。

6.3　砌石重力壩

砌石重力壩有水泥砂漿砌石和一級配混凝土砌石兩種施工方法。砌石壩的強度和均質(zhì)性弱于混凝土壩，按以往的施工經(jīng)驗，水泥砂漿砌石壩施工材料和質(zhì)量均缺乏保證，特別是混凝土防滲墻工藝粗糙，往往形成漏水通道。我國南方地區(qū)采用的一級配（小石子）混凝土砌石，采用振搗棒振搗，其施工質(zhì)量顯著高于前者，但使用人工較多，勞動強度大。

經(jīng)比較，在發(fā)揮同等效益的條件下，混凝土重力壩造價最高，堆石混凝土壩略高于砌石壩。本次設(shè)計就堆石混凝土壩和一級配混凝土砌石壩進行比較，一級配混凝土砌石壩造價相對較低，但質(zhì)量控制難度較大，堆石混凝土壩施工作業(yè)機械化程度較高，工人勞動強度小，質(zhì)量較易控制。同時，現(xiàn)在人工單價越來越高，砌石重力壩的價格優(yōu)勢已不明顯。

因此，本次設(shè)計確定采用堆石混凝土重力壩壩型，最大壩高34.4m，壩軸線長度125m，水庫總庫容126萬m3，樞紐工程包括大壩（擋水壩段和溢流壩段）、泄洪沖沙洞等。

7　結(jié)語

通過對以上壩址地形、地質(zhì)條件、施工條件、庫容條件、水庫淹沒損失及建筑材料等因素的比較分析，確定了五當(dāng)召水庫壩址及壩型。項目建成后，可有效減少泥沙匯入黃河，提高水庫下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，在兼顧農(nóng)田灌溉的同時還對石拐區(qū)充分發(fā)展旅游資源具有積極的意義。