杜家溝水庫壩型比選設(shè)計(jì)

田曉卿

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 山西太原030024）

1 杜家溝水庫工程概況

杜家溝水庫位于山西省忻州市靜樂縣杜家溝河上。杜家溝河發(fā)源于靜樂縣神峪溝鄉(xiāng)胡家莊村，屬黃河流域汾河的一級支流。水庫總庫容347.4 萬m3，是一座以供水為主的?。?）型水庫。

水庫的工程任務(wù)是：調(diào)節(jié)萬家寨引黃南干線供水量，每年8、9月份共58 天向靜樂縣2 個坑口電廠供水，供水量為158.9 萬m3。

水庫樞紐工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4 級，洪水標(biāo)準(zhǔn)采用30年一遇設(shè)計(jì)，300年一遇校核。

2 壩型適宜性及擬定

壩址位于杜家莊村下游約2.8 km，河床左低右高，河谷呈寬緩的“U”字型，底寬約150 m。該處河流流向約為N63°W。左岸坡度約34°～45°，最高點(diǎn)高程高于河床最低點(diǎn)106.8 m，右岸坡度約33°～59°，最高點(diǎn)高程高于河床最低點(diǎn)130.7 m。兩岸山坡及河谷底部多被松散層覆蓋，基巖局部裸露。

壩址區(qū)覆蓋層有第四系全新統(tǒng)松散覆蓋層，以河床中的洪沖積物（Q4pal）為主，兩岸山坡底部的坡洪積（Q4dpl）次之。Q4pal厚度0.5～2.8 m，下伏為三疊系中統(tǒng)銅川組（T2t）長石砂巖和泥巖地層。兩岸山坡表層多為松散覆蓋層，岸坡有基巖出露。覆蓋層自上而下依次有第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土（Q3eol）、中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）低液限黏土，第三系上新統(tǒng)（N2）地層低液限黏土和卵石混合土，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)銅川組（T2t）長石砂巖和泥巖地層。

根據(jù)工程區(qū)地形地質(zhì)條件，庫區(qū)兩岸山坡及山頂土層覆蓋較厚、河床及岸坡多有巖石裸露，石料豐富，宜采用當(dāng)?shù)夭牧辖▔巍?/p>

因此，選用混凝土面板堆石壩與堆石混凝土重力壩進(jìn)行比較。

方案A：混凝土面板堆石壩

混凝土面板堆石壩結(jié)合泄水建筑物布置情況考慮兩個方案，即單采用泄洪沖沙洞泄洪方案（方案①）和采用溢洪道、泄洪沖沙洞聯(lián)合泄洪方案（方案②）。

方案①樞紐建筑物由大壩、泄洪沖沙洞及供水建筑物三部分組成。

大壩：大壩的最大壩高37.4 m，壩頂長217 m，寬6.0 m，防浪墻高1.2 m，上下游壩坡均為1∶1.4。面板和趾板采用抗?jié)B等級W8、抗凍等級F200 的現(xiàn)澆C30 鋼筋混凝土；其中面板厚度40 cm、趾板厚度60 cm，墊層和過渡層的水平寬度均為3.0 m。面板及趾板的分縫采用止水銅片和GB 塑性填料。趾板放置于強(qiáng)風(fēng)化巖層下部，趾板下設(shè)帷幕灌漿和固結(jié)灌漿。

泄洪沖沙洞：泄洪沖沙洞布置于大壩右岸山體中，全長218.31 m，由進(jìn)口段、有壓洞身段及出口段組成，最大泄量169.3 m3/s。洞軸線平面設(shè)置轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)角350，轉(zhuǎn)彎半徑150 m。進(jìn)口閘室孔口尺寸4.0 m×4.5 m（寬×高），閘室內(nèi)設(shè)平板事故檢修閘門1 扇；出口閘室孔口尺寸為3.0 m×3.0 m（寬×高），閘室內(nèi)設(shè)弧形工作門1 扇；洞身進(jìn)口段采用龍?zhí)ь^，在底高程一致處與導(dǎo)流洞合并，夾角14.656°，共用段長85.6 m，洞身為內(nèi)徑4.0 m 的圓形斷面；出口采用挑流消能。

供水建筑物：供水建筑物布置于大壩右岸，供水建筑物結(jié)合泄洪沖沙洞布置，進(jìn)口與泄洪沖沙洞共用一個進(jìn)水塔。輸水管道總長310 m，管材采用DN600鋼管，埋設(shè)于泄洪沖沙洞底板下，其末端位于泄洪沖沙洞下游130 m 處，設(shè)控制閥對出水量進(jìn)行控制。

方案①的平面布置圖見圖1。

方案②樞紐建筑物由大壩、溢洪道、泄洪沖沙洞及供水建筑物四部分組成。

大壩及供水建筑物同方案①；泄洪沖沙洞除進(jìn)出口閘室孔口尺寸分別為3.0 m×3.5 m 和2.5 m×2.5 m、洞身為內(nèi)徑3.0 m 的圓形斷面外，其布置、結(jié)構(gòu)等均同方案①，最大泄量152.9 m3/s。

溢洪道：根據(jù)壩址地形，左岸存在天然埡口，考慮將溢洪道布置于大壩左岸，布置形式為河岸式溢洪道。溢洪道全長266.0 m，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流鼻坎段組成，最大泄量48.1 m3/s?？刂贫尾捎脽o底坎寬頂堰，凈寬10 m，堰頂高程低于壩頂高程3.1 m，末端采用挑流消能。

方案②的平面布置圖見圖2。

方案B：堆石混凝土重力壩

堆石混凝土重力壩的組成為溢流壩段和非溢流壩段。溢流表孔設(shè)置在河床中部，同時考慮水庫建成后便于運(yùn)行和管理，同時為了便于沖沙和排沙，在溢流壩段左側(cè)設(shè)置泄洪沖沙底孔一孔，擋水壩段位于溢流壩段和沖沙泄洪底孔壩段的兩側(cè)。大壩全長221 m，大壩自左向右依次為左岸擋水壩段、底孔壩段、溢流壩段、右岸擋水壩段。堆石混凝土重力壩座落于弱風(fēng)化基巖中上部，最大壩高為41.4 m，壩頂長221 m。非溢流壩段的壩頂寬度為6.0 m，上游面為折坡式，在壩高12 m 高程以下的壩面坡度為1∶0.2，以上垂直；下游在壩高37.1 m 高程以下的壩面坡度為1∶0.75，以上垂直。最大壩底寬度為34.4 m。

圖1 方案①平面圖

圖2 方案②平面圖

3 各方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 地形及地質(zhì)條件

通過對工程地質(zhì)條件的分析，面板堆石壩適應(yīng)地基變形的性能較好，對地基承載力的要求不高，基礎(chǔ)處理簡單。重力壩基礎(chǔ)對巖層要求比較高，大壩需座落在弱風(fēng)化基巖上，因此需清除壩基所有覆蓋層以及強(qiáng)風(fēng)化層，基礎(chǔ)處理工程量大。因此，從地形及地質(zhì)條件來看，面板堆石壩比堆石混凝土重力壩更優(yōu)。

3.2 筑壩材料

兩種壩型所需天然建筑材料可在壩址上游庫區(qū)就近采取，運(yùn)距約1 km，混凝土粗細(xì)骨料的運(yùn)距為25～45 km。從筑壩材料方面來看，混凝土面板堆石壩和堆石混凝土重力壩兩種壩型都不具備明顯優(yōu)勢。

3.3 施工條件

施工布置方面，堆石混凝土重力壩的泄洪建筑物布置在壩體中部，施工干擾大，工期延長；面板堆石壩的大壩與泄洪建筑物分別布置，互不影響施工，工期可以縮短。從施工布置看，面板堆石壩比堆石混凝土重力壩更優(yōu)。

3.4 運(yùn)行及管理

堆石混凝土重力壩的筑壩材料強(qiáng)度高，同時耐久性也好，泄洪建筑物可以結(jié)合大壩布置，不需要單獨(dú)布設(shè)岸邊泄洪建筑物，便于運(yùn)行和管理；混凝土面板堆石壩在運(yùn)行的過程中需要對上、下游壩坡經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)。從運(yùn)行和管理方面來看，堆石混凝土重力壩比混凝土面板堆石壩更優(yōu)。

3.5 工程量及投資

經(jīng)過綜合比較，混凝土面板堆石壩兩個方案比堆石混凝土重力壩投資均少，且施工技術(shù)簡單，因此混凝土面板堆石壩更優(yōu)；同時，對混凝土面板堆石壩方案①和方案②比較，方案①比方案②直接投資節(jié)省約471 萬元，并且方案①單采用泄洪沖沙洞泄洪，建筑物較方案②少，運(yùn)行維護(hù)方便。綜合比較，混凝土面板堆石壩方案①更優(yōu)。

4 結(jié)語

文中主要針對杜家溝水庫的壩型設(shè)計(jì)，比選了混凝土面板堆石壩和堆石混凝土重力壩這兩種壩型，選擇了經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上可行的混凝土面板堆石壩方案。