威寧縣小米水庫灌區工程布置方案比選

陸文合，李元杰

（貴州省水利水電勘測設計研究院，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是向縣城供水，同時兼有下游灌溉及灌區人畜飲水。經勘察分析，工程所處水文地質條件復雜，對工程建設使用的安全可靠性造成了威脅，本文通過對灌區工程不同布置情況進行分析對比，確保該工程可以發揮應有的作用。

1 水庫灌區工程布置方案

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為非溢流壩段的標準斷面示意圖。

按照相關管理部門制定的規范標準，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]。

壩體結構的壩頂寬度應可為施工階段澆筑混凝土材料與設備的運輸提供條件。經綜合考慮，將壩頂寬度確定為5.0 m，且不設置防浪墻。

壩體應力方面，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力σymax應小于壩基容許壓應力；最小垂直正應力σymin應大于零。

式中：σy表示為壩基垂直的正應力，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 非溢流壩段標準斷面示意圖

1.2 混凝土面板堆石壩布置

該水庫灌區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流洞改建成的放空兼取水隧洞等[4]。大壩的主堆石區料選用官寨附近的三疊系中統關嶺組第二段灰巖，岸邊式溢洪道布置于大壩左側壩端，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，導墻采用C20混凝土，邊墩頂部設C25混凝土人行橋[5]。

放空兼取水隧洞由導流洞改建而成，布置在大壩右岸的山體內，緊靠右壩肩布置，其結構布置于壩址右岸，平面洞向287°轉268°，長約280.7 m，進口底板高程2131.0 m，出口底板高程2106.0 m，洞徑2.5 m。

2 水庫灌區工程布置方案比選

2.1 水文地質條件

重力壩基礎主要為壩基持力層主要為T1yn1-1灰黑色泥灰巖夾泥巖，產狀N5～10°W/SW∠40°～55°。通過開挖至弱風化中下部，基礎持力層不存在薄弱面，基礎本身不存在深層滑動問題，具備建重力壩的條件。經過詳細的勘察分析，拱壩方案地質條件較差，工程代價較大，不宜修建拱壩[6]。

根據對混凝土面板堆石壩趾板線出露基巖地層的水文地質情況進行勘察分析，發現強風化帶裂隙張開，局部夾泥，巖體透水性較大，不宜作為趾板地基[7]。弱風化巖體中，層面及裂隙面多呈閉合狀，夾泥及泥化現象很少。因而，灌區工程的趾板建基面應開挖至巖體弱風化層上部，并通過防滲、基礎固結灌漿加固處理，來提高地層結構作用的穩定性[8]。

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

2.2 投資比較

各方案主體工程及導流工程部分投資，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，從節約工程投資的角度，應優先選擇重力壩主體工程。

3 結論及建議

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、地質條件來看，面板堆石壩的適應性更好，故大壩樞紐宜采用面板堆石壩。當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。從經濟方面來看，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]。

經水文地質條件與投資造價成本對比分析后，確定的水庫灌區工程布置方案，將最大限度的提升建設使用的安全可靠性。故應在明確可供選擇的工程布置方案情況下，對其水文地質條件影響與經濟成本進行分析統計，進而確定最具效用的方案。