岜木水庫工程壩址壩型方案的比選

曾雄

【摘 要】文章結合岜木水庫工程的地形、地質條件，對3個壩址進行初選，對右支溝上、下壩址及壩型進行綜合比選后，推薦上壩址混凝土重力壩方案。對重力壩的泄流形式及消能防沖方案進行比選后，溢流壩采用20 m無閘控溢流凈寬方案，消能采用底流消能方案。水庫樞紐建筑物主要由攔河壩、取水系統、輸水設施等建筑物組成。根據工程實際情況，對溢洪的方案進行比選，并對工程總布置進行設計。

【關鍵詞】水庫工程；工程建設；方案；比選；總布置

【中圖分類號】TV221.2；TV64【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）03-0120-04

1 工程概況

岜木水庫壩址位于距岜木村高大坪東北方向約2.8 km、高程為1 125 m的岜木河上，處于花坪鎮鎮政府所在地以南約12 km的位置。岜木河是百康河的支流，發源于花坪鎮以南岜木村的棉絮嶺、高大坪一帶，自南向北流經岜木村大田屯、岜木屯、高樓屯，在黃巖腳流入地下，而后匯入花坪河地下河，繼續向北流出露匯入花坪河，再向西在雅長鄉巴扛屯附近匯入百康河，百康河繼續向西流經百康村，于雅長鄉尾溝村注入南盤江。

岜木水庫是一座以供水、灌溉為主的綜合利用水庫。水庫正常蓄水位為1 174.00 m，總庫容為118.7萬m3，為小（1）型水庫，引水流量為0.20 m3/s，Ⅳ等工程。擋水壩、溢流壩等主要建筑物，按4級建筑物設計；其余為次要建筑物，按5級建筑物設計。擋水壩為混凝土重力壩，設計洪水標準為30年一遇，校核洪水標準為200年一遇；消能防沖建筑物設計洪水標準為20年一遇。岜木水庫規劃水平年向花坪鎮供水規模為0.04 m3/s。岜木水庫供水工程為Ⅳ等工程，主要建筑級別為4級，次要建筑物級別為5級。建筑物的防洪標準為10年一遇洪水設計，30年一遇洪水校核。

2 工程選址

2.1 壩址的選擇應遵循的基本原則

在選擇壩址時，應根據樞紐附近的地形、地質條件，水流河勢條件和建筑材料、施工條件、樞紐布置等綜合研究決定。本工程屬水源工程，結合供水需求情況，壩址的選擇應遵循以下幾條基本原則。

（1）地形條件：一般選在狹窄河谷處，壩軸線短，壩體工程量小；并且，壩址上游應有一定河谷開闊地帶以獲取足夠的庫容。

（2）地質條件：應選擇地質條件良好的地段，壩址處的岸坡要穩定，以減少壩基處理及岸坡處理的工程量。

（3）河勢條件：壩址應先選擇河道順直的河段，壩軸線應盡量與河流流向正交，以利于布置泄洪建筑物，保證下泄洪水流順暢；當必須與河流斜交時，交角不宜過小，否則既會增加壩體工程量，又會使泄洪水流不順。

（4）建筑材料：壩址附近應有足夠符合要求的建筑材料。

（5）施工條件：壩址附近應有適宜的地形布置施工場地；距離交通干線近，以便于交通運輸。

（6）本工程為鄉鎮供水水源工程，壩址比選時應選取滿足供水需求的相同庫容方案。

（7）本工程為鄉鎮供水水源工程，壩址比選時應盡量靠近供水點，以減少輸水管道長度及投資。

岜木水庫規劃從岜木河建壩取水，以徹底解決花坪鎮鎮區、岜木村的人飲安全問題。按照建庫后供水必須滿足重力流的要求，雅長蘭科植物國家級自然保護區邊界約束及要滿足供水庫容需求，壩址可選范圍只能在岜木河中、上游，國家級自然保護區邊界以上，河道左側支溝下游河段、右側支溝下游河段或兩支溝的匯合口處河段。

匯合口壩址的壩線布置在雅長蘭科植物國家級自然保護區邊界上游約200 m處。左支溝壩址的壩線布置于匯合口上游左支溝400 m處。右支溝壩址的壩線布置于匯合口上游左支溝220 m處。

2.2 壩址方案初步比較

上述3個壩址方案初步比較如下。

（1）水文條件：3個壩址方案均能滿足保證率的要求，但在同庫容下，左支溝壩址方案的壩高最大，其次是右支溝壩址方案，壩高最低的為匯合口壩址方案。

（2）地形條件：3個壩址的地形條件均滿足樞紐布置要求。

（3）工程布置：3個壩址方案新建輸水管道長度相差不大。3個壩址方案攔河壩的土石方和混凝土工程量為匯合口壩址方案最大，右支溝壩址方案最小。

（4）施工條件：3個壩址方案均采用選擇分二期導流的方式。左支溝、右支溝導流布置方案基本相同，匯合口壩址方案因河床較寬，導流工程量最大。同時，由于匯合口壩址方案和左支溝壩址方案靠近雅長蘭科植物國家級自然保護區，對壩區施工布置不利。

（5）工程占地：左支溝、右支溝壩址方案工程占地面積相差不大，而匯合口壩址方案壩址處及左、右支溝大片坡地，目前已經規劃為獼猴桃種植基地，征地范圍較大。

綜合上述，右支溝壩址方案較優，故本階段不推薦匯合口壩址方案和左支溝壩址方案。

上述初選3個壩址方案比選中，右支溝壩址方案較優，但壩基存在層間破碎帶，影響大壩抗滑穩定性和安全性，雖然經處理后大壩抗滑穩定性可滿足規范要求，但基礎處理增加了工程投資和影響工程施工工期。據此，在右支溝已選壩址上游約230 m河段選一新壩址進行右支溝上、下壩址方案比選。

2.3 2個壩址的綜合比較

2個壩址的綜合比較如下（見表1）。

（1）上、下壩址地形地貌相近，均滿足修筑混凝土壩和堆石壩的地質條件。上、下壩址都是左岸山體較單薄，右岸山體較雄厚。從地形條件來看，2個壩址方案相當。

（2）從地質構造來看，上壩址壩基破碎帶埋深大，對工程安全影響不大；下壩址壩基破碎帶埋深較淺，對大壩安全影響較大，需要進行特殊處理。從地質構造來看，上壩址優。

（3）從工程布置來看，上壩址壩高較低，壩線較長，下壩址壩高較高，壩線較短，但下壩址需要對壩基破碎帶進行特殊處理。因此，從工程布置來看，上壩址優。

（4）從施工導流及施工工期直接工程投資來看，2個方案的導流方式基本相同，但下壩址需要采用混凝土灌注樁對大壩的基礎層間破碎帶進行處理，工期較長。

（5）從直接工程投資來看，上壩址的投資比下壩址的投資少757萬元。

（6）從工程占地及水庫淹沒來看，上壩址工程占地面積及水庫淹沒面積都比下壩址小，上壩址工程占地投資也比下壩址少13.16萬元。

綜上所述：右支溝上壩址方案在地質條件、施工條件、主要工程量、工程投資、工程占地及水庫淹沒等方面均優于右支溝下壩址方案，因此本階段岜木水庫工程推薦右支溝上壩址方案。

3 主要建筑物形式的選擇

根據壩址的地形、地質及當地的材料情況，本次設計提出拱壩方案、混凝土重力壩方案及混凝土面板堆石壩3個方案進行比較。

拱壩方案：結構簡單，適宜在狹窄的河谷布置，但對河谷兩側壩肩的地質要求較高。本工程壩址處河床比較狹窄，兩岸山坡比較陡峻，左岸山體較單薄，右岸山體稍雄厚，兩岸地形不對稱，均存在陡坎，地形上相差較大，不適宜修建拱壩。

混凝土重力壩方案：大壩、放水系統等建筑物工程布置緊湊，工程用地少，施工方便，管理方便，但對壩基要求較高，而本工程選用的壩址基巖巖性主要為粉砂質泥巖夾泥質灰巖，風化程度在強風化～微風化間，其中弱風化巖體完整，巖體強度滿足建筑物荷載要求，較為適宜修建混凝土重力壩。

混凝土面板堆石壩方案：可利用當地材料填筑，但需要將溢洪道、放水系統（放水塔）與大壩分開布置，由于壩址處無天然埡口利用，溢洪道布置困難，根據河道走向，溢洪道布設在右岸，岜木河為“V”形河谷，壩址部位兩岸山體雄厚，開挖邊坡很高，開挖工程量非常大；堆石壩方案各建筑物分散布置，管理、運行不便。由于壩體較高，壩基需要占用約200 m河段，工程用地多。當地石料雖然豐富，但多處于雅長蘭科植物國家級自然保護區內，石料需要到25 km外的樂業縣邏沙鄉毛洞屯時利和采石場購買，石料場遠離壩址，運距約25 km，費用高，利用當地材料造價低的特點未能充分體現。

綜上所述，本階段岜木水庫工程推薦混凝土重力壩方案。

4 溢洪方案選擇

4.1 泄流形式及選擇

攔河壩的溢洪可采取有閘控或無閘控的開敞式溢洪方案。考慮到本工程所在岜木河流域屬于亞熱帶氣候，地勢較高，冬天嚴寒，夏天溫潤多雨，雨量充沛，降雨年內分配不均，而且該流域洪水成因主要是受鋒面、西南低渦、切變線等類型的天氣系統所產生的暴雨徑流形成。本工程所在的岜木河洪水由暴雨產生，由于地處山區，山坡陡，流域呈扇形，集水面積雖不大，但其洪水多為單峰形，一次洪水過程僅幾小時，呈現暴漲暴落的山區形洪水特征。暴雨期為5～8月。采用無閘控開敞式溢洪方案，結構布置簡單，管理方便；而采取閘控式溢洪方案雖然可以抬高利用水頭，但水頭抬高有限，經濟效益不明顯。因此，溢流壩段的溢洪采用不設閘門的開敞式溢洪方案。為了更經濟、合理地布置攔河壩，提出以下3種溢流壩方案進行比選。

方案一：16 m溢流凈寬方案。根據河槽寬度及在滿足進水口及工程總體布置要求的前提下，盡可能大地提高泄流能力，以減少水庫的淹沒數量，本方案溢流壩采用2孔無閘控溢流壩，單孔凈寬8 m，溢流前沿總凈寬16 m，堰頂高程為1 174.0 m，壩頂高程為1 179.2 m。

方案二：20 m溢流凈寬方案。本方案采用2孔溢流壩，無閘控溢流壩。單孔凈寬10 m，溢流前沿總凈寬20 m，堰頂高程為1 174.0 m，壩頂高程為1 178.0 m。

方案三：24 m溢流凈寬方案。本方案采用2孔溢流壩，無閘控溢流壩。單孔凈寬12 m，溢流前沿總凈寬24 m，堰頂高程為1 174.0 m，壩頂高程為1 177.2 m。

溢流孔口尺寸方案投資比較見表2。

通過工程投資及水庫淹沒投資比較，方案一由于大壩最高，所以相應投資較大。方案三由于溢流寬度稍寬，下游消力池需要更寬一些，雖然淹沒范圍最小，但投資較方案二仍稍大。因此，本次設計選擇較為經濟的方案二（即20 m無閘控溢流凈寬方案）進行大壩布置。

4.2 消能防沖方案選擇

壩址處下伏基巖為灰巖、泥質灰巖，壩址鉆孔揭露埋深39.1～41.7 m處發育有層間破碎帶，破碎帶厚2～3 m，破碎帶往下游方埋深逐漸淺，在距壩軸線65 m下游處埋深僅為19.5 m，厚度約4 m。經挑流消能計算，挑舌長度為82.0 m，挑射水舌挑距較遠，水舌末端沖刷河道右岸岸坡，對右岸岸坡穩定極為不利。若將溢流壩向左移動，則左岸壩肩山坡開挖量過大，造價高。壩址下游縱坡較陡，水位低、不穩定，若采用面流消能方案，則會造成兩岸坡大沖刷，進而影響壩址兩側邊坡的穩定。底流消能水躍穩定，安全可靠，消能效果好，下游水面波動小。因此，本工程的消能采用底流消能方案。

5 工程總體布置

水庫樞紐建筑物主要由攔河壩、取水系統、輸水設施等建筑物組成。

攔河壩采用混凝土重力壩型，主要包括溢流壩段，左、右岸重力壩段。水庫正常蓄水位為1 174.0 m，壩頂高程為1 178.0 m，最大壩高65.5 m，壩頂長191.50 m，壩頂寬5 m。攔河壩總體布置方案沿壩軸線從左到右的布置依次為左岸重力壩、溢流壩、右岸重力壩。

左重力壩布置在河床左岸，長度為86 m，壩頂高程為1 178.0 m，最大壩高60.0 m。

溢流壩布置在河床中部，長度為25.5 m，采用無閘控制開敞式實用堰，堰頂高程為1 174.0 m，溢流前緣總凈寬20 m。溢流壩下游采用下挖式消力池，消力池凈寬22 m，池長30 m，池深3.0 m，下游設長10 m的干砌石海漫。消力池之后采用長90 m、寬22 m的明渠與下游河道連接。

右岸重力壩布置在河床右岸，長度為80 m，壩頂高程為1 178.0 m，最大壩高60.0 m。

取水系統的放水塔布置在右岸重力壩段，采用壩體內埋設內徑為0.5 m的放水鋼管，鋼管進口底高程為1 140.2 m。放水鋼管自壩腳引出后進入閘閥控制房內分岔成下游河道生態環境基流及灌溉、向花坪鎮供水2條管線。

6 結語

經過上述比選，岜木水庫工程建設采用右支溝上壩址混凝土重力壩方案，溢流壩采用20 m無閘控溢流凈寬方案，消能采用底流消能方案。

參 考 文 獻

[1]SL 252—2000，水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].

[2]SL 319—2005，混凝土重力壩設計規范[S].

[3]SL 253—2005，溢洪道設計規范[S].

[4]SL 191—2008，水工混凝土結構設計規范[S].

[責任編輯：陳澤琦]