小盤河水庫樞紐布置及壩型設(shè)計

□李 艷 □陳曉年 □包芬芬（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司）

1 工程概述

小盤河水庫位于甘肅省慶陽市蒲河下游，控制流域面積7466 km2，幾乎控制蒲河流域的全部。工程任務(wù)為供水，滿足長慶橋工業(yè)園區(qū)工業(yè)生產(chǎn)及生活供水的需求。樞紐建筑物從左岸到右岸依次為混凝土重力壩、表孔泄洪閘、底孔泄洪排沙閘、引水管壩段、混凝土連接壩段、右岸均質(zhì)土壩段等，壩頂總長度268m。小盤河水庫最大壩高35.50m，工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。正常蓄水位982m，正常蓄水位以下庫容2944萬m3；校核洪水位986.85m，總庫容4732萬m3；死水位970m，死庫容541萬m3；興利庫容2403萬m3[1]。

2 壩址工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)蒲河緊靠左岸自北向南流入，在下游以SE向流出。壩址區(qū)河谷呈不對稱“U”形，壩址區(qū)左岸高程990m以下基巖出露，岸坡較陡，坡度50～70°，上部為黃土岸坡，岸坡坡度35～45°；右岸為黃土岸坡，地形呈階梯狀，總體坡度10～20°。壩址區(qū)出露地層主要為白堊系下統(tǒng)涇川組灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖和第四系黃土。根據(jù)區(qū)域資料、地質(zhì)測繪和鉆孔等資料分析，壩址區(qū)未發(fā)現(xiàn)斷層通過。壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，構(gòu)造條件簡單。壩址區(qū)黃土地貌發(fā)育，壩址區(qū)主要存在以下工程地質(zhì)問題：不均勻沉降變形、壩基抗滑穩(wěn)定、壩基及壩肩滲漏、滲透穩(wěn)定、地震液化、黃土濕陷等。

3 壩型比選

3.1 樞紐布置方案比選

根據(jù)壩址的工程地質(zhì)條件和地形條件，河谷較寬，右岸黃土覆蓋層較厚，不具備建混凝土壩的條件，左岸岸坡較陡，基巖出露，適于布置混凝土壩，為減少投資應(yīng)結(jié)合縮短混凝土重力壩的壩長和減少下游消力池的開挖綜合考慮；右岸擋水建筑物覆蓋層較厚，擋水建筑物較長，壩高較低，考慮當?shù)赝亮陷^豐富，可采用均質(zhì)土壩布置。為防止洪水上灘淤積和便于泄洪，泄洪底孔應(yīng)盡量靠近原主河槽布置；為防止泥沙淤積進水口和便于引水管的引出，進水口應(yīng)靠近岸邊并緊鄰泄洪底孔布置；為便于消力池的集中布置，表孔泄洪閘應(yīng)緊鄰泄洪底孔布置。

小盤河水庫控制流域面積較大，汛期洪峰流量較大，20 a一遇洪峰流量為3560m3/s，50 a一遇洪峰流量為4950m3/s，1000 a一遇洪峰流量為9620m3/s。由于小盤河水庫位于黃土高原，汛期泥沙含量較高，多年平均入庫含沙量266.60 kg/m3，其中汛期為384.40 kg/m3。具有汛期洪峰流量大、泥沙含量高的特點。

針對以上特點，由于右岸黃土覆蓋層較厚（覆蓋層厚度在6.00～30.00m），基巖面高程較低，從工程經(jīng)驗上判斷，采用當?shù)夭牧蠅尉哂忻黠@優(yōu)勢；因此整個工程的壩型主要選擇以下兩個方案進行比較：方案一：河床左岸布置混凝土泄水排沙建筑物、右岸布置均質(zhì)土壩的混合壩型方案；方案二：河床布置均質(zhì)土壩、泄洪排沙建筑物布置在左岸岸邊的單一壩型方案。從地形、地質(zhì)條件、樞紐布置條件、施工條件、排沙效果、工程量及投資等方面進行比較，方案一優(yōu)于方案二，因此推薦方案一。

3.2 壩型選擇

河床左側(cè)擋水建筑物較短，且?guī)r石出露，布置一混凝土重力壩段分別與左岸巖石岸坡和河床混凝土泄洪閘連接比較合適，不再做方案比較。河床右側(cè)覆蓋層較厚，基巖面高程低于正常蓄水位，右岸岸坡較緩。結(jié)合壩址區(qū)附近廣泛分布有土料，砂礫料和塊石料缺乏，土料儲量和質(zhì)量滿足填筑均質(zhì)壩和壤土心墻壩的要求，砂礫料和塊石料需要外購的實際條件，僅對河床右側(cè)擋水建筑物布置的當?shù)夭牧蠅畏謩e采用均質(zhì)土壩和壤土心墻砂礫石壩兩種壩型進行比較。

經(jīng)綜合比較，土質(zhì)心墻砂礫石壩壩體分區(qū)及施工工序較復(fù)雜，砂礫石需外購，運距約20 km，運輸成本較高；均質(zhì)土壩方案施工較簡單，其工程投資較心墻堆石壩少約1691萬元，推薦采用均質(zhì)土壩方案。

4 工程總布置

圖1 小盤河水庫樞紐布置平面圖

根據(jù)工程總布置比較，樞紐建筑物從左岸到右岸依次為混凝土重力壩、表孔泄洪閘、底孔泄洪排沙閘、引水管壩段、混凝土連接壩段、右岸均質(zhì)土壩段等建筑物組成，壩頂總長度268m。如圖1所示。

4.1 左岸混凝土重力壩

左岸混凝土重力壩長度28m。大壩采用碾壓混凝土重力壩，壩頂寬17.60m，壩頂高程987.50m，大壩建基于弱風(fēng)化上部，最大壩高35.50m。重力壩上游壩面設(shè)折坡，折坡點高程960.00m，該高程以上垂直，以下坡度為1∶0.20；壩體下游坡度1∶0.85，折坡點高程966.79m。

4.2 表孔泄洪閘

表孔泄洪閘緊鄰左岸重力壩，長度34m，共分2個壩段。除溢流面及邊墩采用常態(tài)混凝土外，其余采用碾壓混凝土。表孔泄洪閘共3孔，單孔凈寬8m，堰頂高程972m。下游采用底流消能。

4.3 底孔泄洪排沙閘

底孔泄洪排沙閘緊鄰表孔泄洪閘，長度66m，共分3個壩段。底孔泄洪排沙閘共5孔，單孔凈寬9m，進口底坎高程960m。下游采用底流消能。

4.4 引水管壩段

引水管壩段緊鄰底孔泄洪排沙閘，長度5m。大壩樁號采用現(xiàn)澆混凝土重力壩，壩頂寬17.60m，壩頂高程987.50m，河床建基面高程952m，最大壩高35.50m，壩頂長度6m。進水口高程966m。

4.5 混凝土連接壩段

混凝土連接壩段緊鄰引水管壩段布置，長度為49.20m。混凝土連接壩段采用插入式連接形式，與均質(zhì)土壩結(jié)合處結(jié)合坡為1:0.30。

4.6 當?shù)夭牧蠅?/h3>

當?shù)夭牧蠅尉o鄰混凝土連接壩段布置，長度為90.30m。當?shù)夭牧蠅尾捎镁|(zhì)土壩，最大壩高約35.50m，壩頂高程987.50m，壩頂寬6m，上、下游壩坡均為1：3。上游壩坡與二期圍堰結(jié)合，圍堰頂高程971.50m，在均質(zhì)壩上游設(shè)防凍保護層，含混凝土護坡和墊層，垂直厚度分別為0.20m和0.65m。壩體填土頂部設(shè)置防凍保護層，分別為細石料和墊層，壩頂路面到填土之間總厚度1m。下游坡面采用草皮護坡，下游壩腳設(shè)貼坡排水，貼坡排水頂部高程978.50m，高于下游最高尾水位977.63m。

壩基處理：左岸混凝土壩段清除壩基覆蓋層，建基面為弱風(fēng)化巖石，須進行固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。針對黃土的濕陷性地基，主要有三種壩基處理方法：①夯實；②開挖回填；③預(yù)先浸水。濕陷性黃土厚度約為6m，因此考慮土壩段清基1m，并清除壩基范圍內(nèi)的樹根、腐殖土等影響壩體穩(wěn)定的不利物質(zhì)，重型碾強力夯實后，填筑壩體土料。

5 結(jié)語

壩型選擇是水庫樞紐工程前期論證的主要工作內(nèi)容。壩型方案優(yōu)選對縮短工程項目的建設(shè)工期、節(jié)約工程投資、提高經(jīng)濟效益起到主導(dǎo)作用。在小盤河水庫混合壩型設(shè)計給我們壩工設(shè)計提供了一個新的設(shè)計思路。

小盤河工程區(qū)屬黃土高原溝壑區(qū)，黃土覆蓋層較厚（覆蓋層厚度在6～30m），基巖面高程較低，工程區(qū)砂礫料和石料缺乏，從工程經(jīng)驗上判斷，不適合修建混凝土建筑物，采用當?shù)夭牧蠅尉哂忻黠@優(yōu)勢；線小盤河水庫洪峰流量大，含沙量高，因此泄洪排沙規(guī)模大，針對工程區(qū)特殊的地質(zhì)條件，小盤河水庫巧妙的提出混合壩方案，即河床混凝土泄水壩段+兩岸均質(zhì)壩，很好的滿足了汛期排沙泄洪的要求，又能夠充分利用當?shù)刎S富的土料；目前針對黃土的濕陷性地基，主要有三種壩基處理方法：夯實；開挖回填；預(yù)先浸水。小盤河水庫壩址區(qū)存在一定范圍的失陷性黃土，黃土厚度約為6m，工程處理方式為強夯，對于1.50～6m厚深度，采用強夯方式可以有效解決失陷性黃土的問題。