威寧縣小米水庫灌區(qū)工程布置方案比選

陸文合，李元杰

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550000）

威寧縣小米水庫校核洪水位2165.57 m，總庫容1037萬m3，正常蓄水位2163 m，灌溉面積3300畝。其建成投入運營后工程的主要任務(wù)是向縣城供水，同時兼有下游灌溉及灌區(qū)人畜飲水。經(jīng)勘察分析，工程所處水文地質(zhì)條件復(fù)雜，對工程建設(shè)使用的安全可靠性造成了威脅，本文通過對灌區(qū)工程不同布置情況進(jìn)行分析對比，確保該工程可以發(fā)揮應(yīng)有的作用。

1 水庫灌區(qū)工程布置方案

1.1 混凝土重力壩首部樞紐布置

混凝土重力壩方案首部樞紐布置為碾壓混凝土重力壩、壩頂溢流表孔、放空底孔以及壩身取水管[1]。碾壓混凝土重力壩由溢流壩段和非溢流壩段組成，前者長16.5 m，左岸非溢流壩段長93.85 m，右岸非溢流壩段長102.275 m。圖1為非溢流壩段的標(biāo)準(zhǔn)斷面示意圖。

按照相關(guān)管理部門制定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，計算確定壩頂高程2166.70 m，壩頂總長212.625 m，河床段建基面高程2082 m，最大壩高84.7 m；壩頂寬度度為5.0 m，最大壩底寬為73.375 m；大壩上游面在2125.0 m高程以上鉛直，以下按1∶0.2的壩坡折至壩底，大壩下游壩坡為1∶0.75[2]。

壩體結(jié)構(gòu)的壩頂寬度應(yīng)可為施工階段澆筑混凝土材料與設(shè)備的運輸提供條件。經(jīng)綜合考慮，將壩頂寬度確定為5.0 m，且不設(shè)置防浪墻。

壩體應(yīng)力方面，各種荷載組合情況下在計入揚壓力時壩基面所承受的最大垂直正應(yīng)力σymax應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力；最小垂直正應(yīng)力σymin應(yīng)大于零。

式中：σy表示為壩基垂直的正應(yīng)力，MPa；∑W表示為截面計算全部垂直力匯總；∑M表示為截面的全部垂直力及水平力作用于截面形心計算的力矩匯總；T表示為壩體截面沿上、下游方向長度[3]。

圖1 非溢流壩段標(biāo)準(zhǔn)斷面示意圖

1.2 混凝土面板堆石壩布置

該水庫灌區(qū)工程混凝土面板堆石壩布置為鋼筋混凝土面板堆石壩、左岸岸邊式溢洪道以及由右岸導(dǎo)流洞改建成的放空兼取水隧洞等[4]。大壩的主堆石區(qū)料選用官寨附近的三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組第二段灰?guī)r，岸邊式溢洪道布置于大壩左側(cè)壩端，為開敞式自由溢流，溢流凈寬12 m，堰頂高程2163.00 m，分1孔，溢流堰為WES型實用堰，由上游面曲線、下游面曲線、泄槽段、圓弧段和底流消力池段組成，總長252.610 m。底流消力池底板高程2102.00 m。溢洪道溢流面采用C30混凝土，導(dǎo)墻采用C20混凝土，邊墩頂部設(shè)C25混凝土人行橋[5]。

放空兼取水隧洞由導(dǎo)流洞改建而成，布置在大壩右岸的山體內(nèi)，緊靠右壩肩布置，其結(jié)構(gòu)布置于壩址右岸，平面洞向287°轉(zhuǎn)268°，長約280.7 m，進(jìn)口底板高程2131.0 m，出口底板高程2106.0 m，洞徑2.5 m。

2 水庫灌區(qū)工程布置方案比選

2.1 水文地質(zhì)條件

重力壩基礎(chǔ)主要為壩基持力層主要為T1yn1-1灰黑色泥灰?guī)r夾泥巖，產(chǎn)狀N5～10°W/SW∠40°～55°。通過開挖至弱風(fēng)化中下部，基礎(chǔ)持力層不存在薄弱面，基礎(chǔ)本身不存在深層滑動問題，具備建重力壩的條件。經(jīng)過詳細(xì)的勘察分析，拱壩方案地質(zhì)條件較差，工程代價較大，不宜修建拱壩[6]。

根據(jù)對混凝土面板堆石壩趾板線出露基巖地層的水文地質(zhì)情況進(jìn)行勘察分析，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)化帶裂隙張開，局部夾泥，巖體透水性較大，不宜作為趾板地基[7]。弱風(fēng)化巖體中，層面及裂隙面多呈閉合狀，夾泥及泥化現(xiàn)象很少。因而，灌區(qū)工程的趾板建基面應(yīng)開挖至巖體弱風(fēng)化層上部，并通過防滲、基礎(chǔ)固結(jié)灌漿加固處理，來提高地層結(jié)構(gòu)作用的穩(wěn)定性[8]。

由此可以看出，上壩線總體上地質(zhì)條件相對較差，基礎(chǔ)情況軟硬相間，面板堆石壩的適應(yīng)性比重力壩方案優(yōu)。

2.2 投資比較

各方案主體工程及導(dǎo)流工程部分投資，如表1所示。

表1 各方案主體工程投資比較表

從投資估算分析，面板堆石壩主體工程直接投資為23888.62萬元，重力壩主體工程直接投資為17208.91萬元，面板堆石壩主體工程比重力壩主體工程省6679.71萬元，因此，從節(jié)約工程投資的角度，應(yīng)優(yōu)先選擇重力壩主體工程。

3 結(jié)論及建議

大壩采用重力壩方案更有利于泄水建筑物的布置，但從壩址地形、地質(zhì)條件來看，面板堆石壩的適應(yīng)性更好，故大壩樞紐宜采用面板堆石壩。當(dāng)大壩采用面板堆石壩時，采用左岸岸坡式溢洪道的布置是最合理的。此時，只需要做好消能防沖，防止下泄水流沖刷下游壩腳。從經(jīng)濟(jì)方面來看，面板堆石壩方案比重力壩方案更省。因此，樞紐布置方案最終確定采用重力壩主體工程，即：鋼筋砼面板堆石壩+左岸岸邊溢洪道+右岸放空兼取水隧洞[4]。

經(jīng)水文地質(zhì)條件與投資造價成本對比分析后，確定的水庫灌區(qū)工程布置方案，將最大限度的提升建設(shè)使用的安全可靠性。故應(yīng)在明確可供選擇的工程布置方案情況下，對其水文地質(zhì)條件影響與經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行分析統(tǒng)計，進(jìn)而確定最具效用的方案。