王家溝10萬m3調蓄水池選型設計分析

薛 龍

(湖南城市學院規劃建筑設計研究院漳州分院，福建 漳州 363000)

王家溝10萬m3調蓄水池選型設計分析

薛 龍

(湖南城市學院規劃建筑設計研究院漳州分院，福建 漳州 363000)

以蘭州新區垃圾處理廠綠化水源王家溝10.0萬m3調蓄水池工程設計為例，闡述了隴西黃土高原區濕陷性溝道調蓄水池工程設計須重點考慮因素及其要點。池身采用“半挖半填”與上下雙池布置型式，設計總容積9.19萬m3，最大蓄水量7.18萬m3。按照基本挖除上部中-強濕陷性土層進行池深設計，確定溝床以下開挖總深度10.0m，凈池深7.0m，兩岸山體控制開挖總高度10.0m。池身主防滲采用兩布一膜復合土工膜，池底及池坡結構總深(厚)度分別為3.0m與2.47m，周邊布設縱橫向互相連通排洪渠。上下雙池分別設置獨立運行的進水、交通、安全溢流及取水等相應配套設施。王家溝調蓄水池工程設計案例，總體布置與結構技術方案合理，效果良好，達到預期目的。

濕陷性黃土溝道；調蓄水池；布置型式；濕陷性與防滲；池身結構

1 工程概況

蘭州新區垃圾處理廠綠化水源王家溝調蓄水池工程位于皋蘭縣西部，新區邊緣地帶王家溝東側支溝內，溝口為蘭州新區垃圾處理廠。調蓄水池距水-羅公路及水-秦快速路約800.0m，距中川機場約5.0km，距新區規劃邊界約8.5km。

王家溝東側支溝屬于典型的隴西黃土高原丘陵區，溝道集水面積3.4km2，溝長約3.0km，天然比降20.0‰。根據皋蘭縣氣象站實測資料統計分析，工程區多年平均氣溫6.8℃；歷年極端最高氣溫38.9℃；極端最低氣溫為-27.7℃；多年平均降水量250.2mm；多年平均蒸發量1846.6mm；多年平均日照時數2736.7h；多年平均風速1.7m/s；歷年最大風速13.3m/s；歷年最大積雪深度9.0cm；凍土深度117cm。根據《甘肅省地表水資源》中“平均年徑流深等值線圖”計算分析，王家溝多年平均徑流深為5.0mm，多年平均徑流量為1.70萬m3。溝道洪水由降雨形成，多集中在5-9月，主汛期7-9月，其洪峰具有典型山區的短時集中特點。

王家溝調蓄水池工程性質為注入式調蓄水池，引水注入水源為已建成并運行多年的山字墩水庫，相距約20.0km。山字墩水庫調蓄水量已考慮新區廠礦企業供水及山坡綠化用水需求，并在距水庫約10.0km處已建供水管線預留分水閥井，在閥井中相接11.3km長DN500球墨鑄鐵管壓力引水管線至王家溝，引水注入調蓄水池。壓力引水管線設計流量0.6m3/s，調蓄水池設計年供水總量59萬m3，供水保證率為55%，要求調蓄水池總容積需達到約10.0萬m3。工程設計為Ⅴ等小(2)型，主要建筑物級別為4級，防洪標準洪水重現期設計20a一遇、校核50a一遇，相應洪峰流量分別為12.40m3/s與19.50m3/s，按抗震Ⅶ度設防。

2 溝道地形及工程地質

王家溝調蓄水池池址溝道總體地勢呈現東北高、西南低態勢，西部、東部及北部環繞黃土梁形成溝谷，南部為溝口，北部山梁最高點高程為1928.5m；東西部山梁貫穿南北，北高南低，東部及西部山梁高程分別為1850.5-1942.5m與1851.2-1906.3m。溝谷內為臺階狀旱耕梯田，上游分為兩條岔溝，溝床狹窄，且坡降大，地形急劇抬升，中下游溝床相對較為平坦與寬闊，縱向長度510.0m，高程1788.5-1802.0m，高差13.5m，平均坡降為2.65%(1/37.8)，坡降較大，縱向為11級臺階，間隔25.0-100.0m溝長形成一級臺階，高差1.0-2.0m，橫向寬度大部地段為50.0-60.0m，兩岸岸坡山體坡比大部為1∶1.05-1∶1.70。

溝谷場地穩定，無不良地質體發育，兩岸山體及溝床為al-plQ41坡積與洪積粉質壤土覆蓋，層厚15.0-20.0m。按其工程地質特性不同，分上部濕陷性土層和下部非濕陷性土層，其中：上部濕陷性土層厚約8.0-10.0m，結構稍密-中密，不均質，具中高壓縮自重中-強濕陷性，自重濕陷量21.8-36.7cm，濕陷總量20.0-50.0cm；下部非濕陷性土層厚度大于10.0m，結構中密-密實，具中低壓縮非濕陷性。依據《濕陷性黃土地區建筑規范》(GB50025-2004)中濕陷性黃土地基的濕陷等級劃分，該場地屬自重濕陷性場地，等級劃分為Ⅲ級，建基面預留殘余濕陷量應≤7.0cm。

3 調蓄水池選型

王家溝調蓄水池池型主要結合總容積要求、溝谷地形與地貌條件、溝床寬度、自然坡降、消除地基濕陷性、防滲處理要求、山體與蓄水池總體開挖最大穩定邊坡高度控制要求，以及考慮土方開挖與填筑總量利用平衡，以最大減少棄土，減小棄土場占地，進而降低工程投資等因素，調蓄水池池身設計采用“半挖半填”型式。

4 調蓄水池布置型式比選

王家溝調蓄水池的平面形狀，按照充分利用溝床寬度，以最大限度增大蓄水池總容積，依據溝床等高線走勢布置，呈不規則多邊形狀。由池深決定總容積，主要結合基本消除地基中高壓縮自重中-強濕陷性、池底建基面預留殘余濕陷量≤7.0cm要求，以及控制溝道橫向池底最小寬度≥1.5m等因素，綜合考慮確定。

溝道中下游溝床相對較為平坦與寬闊，且距新區垃圾處理廠較近，溝道上游分為兩條岔溝，溝床狹窄，且坡降大，地形急劇抬升，難以利用。因此，調蓄水池充分利用相對較為平坦與寬闊的中下游溝床進行布置。根據溝床總體地形、可利用部分溝床縱向長度與橫向寬度、天然坡降，以及兩岸岸坡山體與溝床縱橫向最大穩定開挖邊坡高度控制等因素，并考慮充分利用溝床寬度增大總容積，對調蓄水池布置型式選定三種技術方案進行比選。

在不同布置型式技術方案比選中，池頂以下最大穩定開挖深度按照基本消除地基濕陷性，以及防滲處理層厚度技術要求總計10.0m進行設計，周邊排洪渠渠底以上溝道兩岸岸坡山體與溝床縱橫向開挖邊坡最大穩定高度按照10.0m進行控制確定，水池迎水面側內邊坡設計坡比為1∶2.0，填方外邊坡設計坡比為1∶1.5，池頂設計寬度3.3m，凈寬度為3.0m。周邊排洪渠均按照梯型斷面、渠底凈寬1.5m、凈深2.0m，以及兩側邊坡挖方坡比1∶1.0、填方坡比1∶1.5進行設計。

4.1 方案一：單池分臺階布置型式

本技術方案設計池頂高程為1792.00m，根據溝床縱向不同臺階地形與天然坡降，為有效降低溝道兩岸岸坡山體與溝床縱橫向開挖邊坡高度，保證池底最小寬度，池底沿溝道縱向分為不同高程三臺階，確定上游臺階部分池深2.5m，池頂以上最大開挖高度為10.30m；中游臺階部分池深5.0m，池頂以上最大開挖高度為3.73m；下游臺階部分池深7.0m，其中最大填方高度3.0m。沿溝道縱向池長460.81m，溝床縱向充分利用，設計總容積4.82萬m3，設計最大蓄水量3.78萬m3。上游臺階部分池身全部位于深挖方地段，由于池頂以上開挖高度較大，造成池底寬度大幅度減小，不能形成大容積池身；下游臺階部分池身由于較大范圍由填方所形成，池底寬度與池身容積相應也大幅減小[1]。

本技術方案調蓄水池主要存在總容積較小，不能滿足要求，且上游臺階部分池身周邊池頂以上均存在開挖高邊坡，防護工程量大，溝床大深度開挖后不能利用，開挖所形成的永久高邊坡存在一定安全風險[2]。

4.2 方案二：全斷面開挖布置型式

考慮溝道黃土地基的中-強濕陷性，為消除濕陷性，提出調蓄水池全部池身均由開挖形成技術方案。調蓄水池按照“縱橫向全斷面開挖”型式進行布置與設計，設計池頂高程為1789.50m，設計池深7.0m，池頂以上最大開挖高度為10.1m。沿溝道縱向池長394.67m，縱向溝床不能充分利用，全部池身均位于挖方地段，其中：溝道上游段110.0m長池身池頂以上開挖高度在8.5m以上；溝道中游段160.0m長池身池頂以上開挖高度在5.2m以上。本技術方案設計總容積、最大蓄水量及其存在問題與方案一基本相同。

4.3 方案三：雙池布置型式

本技術方案按照池坡最大開挖高度4.0m及填方最大高度3.0m進行控制，根據溝床縱向不同臺階地形與天然坡降，為有效降低溝道兩岸岸坡山體與溝床縱橫向開挖邊坡高度，充分利用溝床寬度以增大調蓄水池容積，沿溝道縱向布置為獨立運行雙池，分為上池與下池，設計池深相同，均為7.0m，池頂設計高程分別為1799.00m與1791.00m，上下兩池高差8.0m，溝道縱向兩池池頂相距29.38m。上池沿溝道縱向池長235.54m，設計總容積4.48萬m3，最大蓄水量3.48萬m3；下池沿溝道縱向池長224.94m，設計總容積4.71萬m3，最大蓄水量3.70萬m3。兩池合計沿溝道縱向總池長460.48m，設計總容積9.19萬m3，最大總蓄水量7.18萬m3，總容積滿足要求。

本技術方案調蓄水池全部池身池坡開挖與填方高度適中，有效并充分利用了溝床縱向長度與橫向寬度，全面有效增大了水池總容積，且有效避免了開挖高邊坡，消除了永久高邊坡安全隱患。

4.4 布置型式確定

綜合分析比較，方案三調蓄水池雙池布置型式，設計總容積與最大總蓄水量為最大，相對方案一與方案二，總容積增加較多，基本達到10.0萬m3，可滿足調蓄供水總量技術要求，且雙池獨立調蓄供水運行，供水保證率高，可根據不同供水區，分別設置取水泵站供水，調蓄供水方便靈活，分別單獨進水、蓄水與取水，其相應配套設施也各自獨立設置與運行。有效避免了周邊開挖高邊坡，降低了防護工程量，消除了永久高邊坡安全隱患，上下雙池布置型式優點明顯。因此，推薦采用方案三，即雙池布置型式做為調蓄水池的總體布置設計技術方案。

[1]崔魁.寧夏揚黃灌區微灌調節水池優化布置研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2015.

[2]姜薇,梁秀娟,肖長來.黃陶勒蓋沙漠地表蓄水供水貯水池的設計[J].人民黃河，2012(06)：89-90.

1007-7596(2017)07-0097-03

2017-06-20

薛龍(1989-)，男，陜西子長人，助理工程師，從事水利水電建筑設計工作。

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