關(guān)于對(duì)鴨兒溝水庫樞紐工程布置的幾點(diǎn)思考

白選義 張學(xué)超

（1.禮泉縣水政水資源辦公室 陜西 禮泉 713200；2.禮泉縣水利工作隊(duì) 陜西 禮泉 713200）

1 鴨兒溝水庫流域概況

黑河為達(dá)溪河右岸一級(jí)支流，于鴨兒溝村南村匯入達(dá)溪河。流域面積4255km2，全長168km，河道平均比降2.9‰。干流河口以上14.2km處的河川口匯入其最大支流達(dá)溪河。在鴨兒溝附近建設(shè)水庫，主要任務(wù)是向大唐礦區(qū)工業(yè)及兩縣城村居民生活供水，兼有減淤、發(fā)電等作用。

2 鴨兒溝水庫樞紐工程布置

2.1 布置原則

樞紐布置要保證各種建筑物在正常工作條件下都能正常工作，在滿足建筑物的強(qiáng)度和穩(wěn)定的條件下使樞紐的總造價(jià)和年運(yùn)行費(fèi)用最低，充分發(fā)揮水庫樞紐綜合效益，盡可能使一種建筑物發(fā)揮多種作用。樞紐布置應(yīng)與施工導(dǎo)流、施工方法、施工進(jìn)度結(jié)合起來統(tǒng)一考慮，便于施工，并盡可能縮短工期。對(duì)于均質(zhì)土壩，應(yīng)設(shè)置開敞式溢洪道。

2.2 壩址樞紐布置方案比選

根據(jù)不同正常蓄水位調(diào)水調(diào)沙計(jì)算結(jié)果，鴨兒溝水庫正常蓄水位為893m。結(jié)合地形、地質(zhì)條件，樞紐布置有兩種組合方案：一是將溢洪道、泄洪排沙洞和輸水洞均布置于右岸，平面布置三種建筑物的進(jìn)口；由臨河面向外依次為泄洪排沙洞、輸水洞、溢洪道。二是將溢洪道、泄洪洞和輸水洞均布置于右岸，平面布置三種建筑物的進(jìn)口；由臨河面向外依次為溢洪道、泄洪排沙洞、輸水洞。通過比較，方案一從工程投資、施工條件、建成后的運(yùn)行條件等方面明顯優(yōu)越，故選定方案一為本工程樞紐布置的推薦方案，即：溢洪道、泄洪洞和輸水洞均布置于右岸，平面布置上三種建筑物的進(jìn)口，由臨河面向外依次為泄洪排沙洞、輸水洞、溢洪道。

3 鴨兒溝水庫大壩設(shè)計(jì)

3.1 壩型比選

根據(jù)壩址所處地形地貌，攔河大壩可供選擇的壩型有土石壩和重力壩兩種壩型。由于壩址處壩基均為強(qiáng)度較低的砂礫石和頁巖互層結(jié)構(gòu)，壩肩第四系覆蓋層厚度較大，巖石面高程較低，強(qiáng)度較低的砂頁巖互層區(qū)不宜修建重力壩等壩型。根據(jù)工程區(qū)建筑材料分布，壩址左右兩岸分布有6個(gè)土料場(chǎng)，有豐富的土料資源，從數(shù)量上完全滿足鴨兒溝水庫筑壩需要；土料的物理力學(xué)指標(biāo)均可滿足碾壓均質(zhì)土壩對(duì)上壩土料的質(zhì)量要求；各土料場(chǎng)分布高程可滿足不同壩高填筑時(shí)的用料要求，便于機(jī)械化施工。由于壩址處河谷開闊，土料豐富，且修建的壩高沒有超過50m，綜合分析，鴨兒溝水庫適宜修建土石壩。修建方案有兩種：均質(zhì)土壩和心墻壩。根據(jù)心墻壩設(shè)計(jì)成果，防滲心墻沿壩軸線布置于壩體中部，填筑黃土、黃土狀壤土的混合土；心墻外側(cè)均為壩殼料體，填筑開采石料、河灘砂礫石及施工棄渣料；心墻壩可利用部分施工棄料。但該方案需開挖大量壩殼料，施工較復(fù)雜，工期較長，棄料量大，對(duì)水土保持不利，環(huán)境影響較大。而均質(zhì)土壩方案可以充分利用當(dāng)?shù)刎S富土料資源，施工工藝簡(jiǎn)單，工期短，水土保持措施較簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境影響較小。經(jīng)過對(duì)比，均質(zhì)土壩工程投資最低，確定鴨兒溝水庫壩型選用碾壓式均質(zhì)土壩。

3.2 壩頂高程的確定

鴨兒溝水庫工程為大（2）型等中型工程，大壩為2級(jí)建筑物。水庫正常蓄水位為893m，設(shè)計(jì)洪水位為893.09m，校核洪水位895.68m，壩頂高程由水庫靜水位與壩頂超高之和決定。地震區(qū)土石壩的安全超高應(yīng)包括地震涌浪高度，可根據(jù)設(shè)計(jì)烈度和壩前水深，取地震涌浪高度為0.5m～1.5m。由于本工程區(qū)地震烈度為Ⅵ度，可不考慮地震情況。計(jì)算采用參數(shù)：鴨兒溝壩址水庫吹程為1.5km，庫區(qū)多年平均最大風(fēng)速為15m/s，正常運(yùn)用采用多年平均最大風(fēng)速的1.5倍，即22.5m/s；非常運(yùn)用采用多年平均最大風(fēng)速15m/s。壩頂超高計(jì)算公式：

Y=R+e+A

式中，Y——壩頂超高，m；

R——波浪爬高，m；

e——最大風(fēng)壅高度，m；

A——安全加高，m，依據(jù)規(guī)范按正常與非常情況分別取1.0m和0.5m。

并根據(jù)以下四種情況進(jìn)行計(jì)算，一是設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)用情況的壩頂超高；二是正常蓄水位+正常運(yùn)用情況的壩頂超高；三是校核洪水位+非常運(yùn)用情況的壩頂超高；四是正常蓄水位+非常運(yùn)用情況的壩頂超高+地震安全加高，計(jì)算結(jié)果見表1。

從表1計(jì)算結(jié)果看，工況3即校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高897.20m為控制工況。考慮到本階段設(shè)計(jì)資料的精度，為安全期間，壩頂高程留有一定安全富裕，初步確定壩頂高程為897.5m。為了使壩體投資更顯經(jīng)濟(jì)，在規(guī)范允許的范圍內(nèi)本次對(duì)壩的上部構(gòu)造采用在壩頂上游側(cè)加設(shè)防浪墻的型式，防浪墻凈高為1.2 m，這樣壩頂高程為896.3m。

表1 壩頂高程計(jì)算成果表

表2 壩體土料和壩基巖土物理力學(xué)指標(biāo)選用表

4 鴨兒溝水庫壩體滲流計(jì)算

4.1 滲流參數(shù)選擇

壩體滲透計(jì)算是為了確定設(shè)計(jì)情況下的浸潤線及等勢(shì)線，以進(jìn)行壩坡穩(wěn)定分析，計(jì)算滲漏量、滲透坡降，判斷滲透穩(wěn)定性，確定壩體浸潤位置。大壩滲流計(jì)算斷面選取河床段壩體最大斷面，計(jì)算時(shí)建議壩體滲透系數(shù)為6.14×10-6cm/s，壩基在4m厚砂卵石情況下取值6.5×10-2cm/s，在20m厚風(fēng)化砂巖時(shí)取值為1.56×10-3cm/s，在16m厚弱風(fēng)化砂礫巖取值為4.823×10-5cm/s。

4.2 工況選擇與滲流計(jì)算

大壩滲流計(jì)算應(yīng)按4種工況進(jìn)行計(jì)算：上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位，上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位，上游校核洪水位與下游相應(yīng)的水位，庫水位降落時(shí)上游壩坡最不利的情況。結(jié)合工程本身特點(diǎn)，由于洪水歷時(shí)較短，且水庫水位變化不大，滲流主要計(jì)算兩種情況：一是上游正常蓄水位893m、下游無水情況下的穩(wěn)定滲流計(jì)算；二是為正常蓄水位893m、下游無水情況下，采用泄洪洞排空庫水時(shí)水位降落的最不利情況。由于水位降落不穩(wěn)定滲流，計(jì)算上游正常蓄水位893m與下游相應(yīng)的最低水位時(shí)大壩的浸潤線、等勢(shì)線及壩體、壩基滲透坡降及滲漏量。采用《土石壩二向穩(wěn)定及非穩(wěn)定滲流計(jì)算程序》進(jìn)行計(jì)算。在工況1時(shí)，滲透坡降最大值為2.1，在工況4時(shí)，滲透坡降最大值為1.3，則允許坡降為4，均小于允許滲透坡降，壩體和壩基的單寬滲漏量為q=5.95m3/d·m，說明壩體填土滲透正常，不會(huì)發(fā)生滲透破壞。

5 壩體穩(wěn)定計(jì)算

大壩計(jì)算斷面選取河床段壩體最大斷面，計(jì)算所采用的土料和壩基巖土相關(guān)參數(shù)詳見表2。

由于本工程震基本烈度為Ⅵ度，故不考慮滲流工況4；工況1為施工期壩體竣工還未蓄水時(shí)的上、下游壩坡的穩(wěn)定，由于缺乏施工期壩體填筑土實(shí)測(cè)資料，故本階段不考慮；工況2為大壩上游正常蓄水位893.0m、下游無水、壩體穩(wěn)定滲流時(shí)的上、下游壩坡的穩(wěn)定；工況3為大壩上游正常蓄水位893.0m、下游無水情況下，采用泄洪洞排空庫水時(shí)水位降落期的上游壩坡的穩(wěn)定。對(duì)于工況3的浸潤線，由于壩身滲透系數(shù)較小，壩身內(nèi)滲流自由水面在水位降落后仍保持有總水頭的90%左右，可近似認(rèn)為壩身浸潤線基本保持原位置不變，故可按照水位開始降落前的浸潤線位置進(jìn)行上游壩坡的穩(wěn)定分析，這樣也較為安全。

經(jīng)計(jì)算，上游壩坡正常蓄水位驟降到低水位時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.422，最小安全系數(shù)為1.25，正常蓄水位穩(wěn)定滲流時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.508，最小安全系數(shù)為1.35；下游壩坡正常蓄水位穩(wěn)定滲流時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.473，最小安全系數(shù)為1.3。可以看出：各工況下計(jì)算所得最小安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定值，表明大壩上、下游壩坡滿足規(guī)范要求，不會(huì)發(fā)生穩(wěn)定破壞。

6 結(jié)語

鴨兒溝水庫在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，抓住了樞紐工程布置及主要建筑物的設(shè)計(jì)特點(diǎn)等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工程的建設(shè)運(yùn)行實(shí)際表明：該水庫布置方案安全可靠、便于施工，為水庫提前截流、縮短工期創(chuàng)造了便利條件。陜西水利