椒花水庫工程壩型比選

王建軍

（長沙市水利水電勘測設計院，湖南 長沙410008）

1 工程概況

椒花水庫工程位于湖南省瀏陽市，工程任務為城鎮供水、防洪為主，兼顧灌溉，并可為改善下游生態環境創造條件。項目主要包括椒花水庫樞紐工程、大溪河引水工程和供水工程等，為二等大（Ⅱ）型工程。工程供水對象為瀏陽主城區、金陽新區、長沙縣和龍潭壩灌區等；防洪保護對象為瀏陽市城區及大溪河沿河兩岸集鎮。

椒花水庫壩址位于瀏陽河上游大溪河左岸一級支流椒花河下游，椒花河發源于大圍山麓西側的五子石，流經拱橋坑、田心橋、椒花村，在達滸鎮下游羅江橋處注入大溪河。流域總面積144 km2，河流長度36.9 km，干流平均坡降10.3‰，流域上游山高坡陡，森林覆蓋率達90%以上，壩址控制流域面積132.5 km2。壩址距達滸鎮5 km，距瀏陽市40 km。

2 壩型方案

椒花水庫樞紐大壩壩型可采用碾壓混凝土重力壩或混凝土面板堆石壩。

1）碾壓混凝土重力壩方案。碾壓混凝土重力壩方案主要包括擋水壩段、泄水壩段。

大壩壩頂長度為440.0 m，寬10.5 m，建基面高程112.0 m，壩頂高程為181.5 m，壩高69.5 m，自左岸至右岸分22 個壩段。溢流壩段布置在17#壩段，長24.0 m，泄流出口正對下游主河床，布設2 個溢流表孔。

溢流表孔主要承擔宣泄洪水、水庫排污任務，每孔凈寬為8.0 m，共2 孔，中墩3.0 m，邊墩2.5 m，為開敞式溢流孔口，采用WES 實用堰堰型，堰頂高程為171.0 m，上游堰面倒懸，堰面曲線上游為1/4 橢圓弧曲線，下游為冪曲線+直線段，直線段坡比1∶0.75，末端接反弧段，反弧半徑為20.0 m。堰上設置半徑為13.0 m 的弧形工作閘門。壩址處基巖巖性以板巖為主，夾變質砂巖，抗沖能力差，下游消能工采用底流消能形式。

2）混凝土面板堆石壩方案。混凝土面板堆石壩方案由面板堆石壩、溢洪道、放空洞、引水洞、生態放水設施和過魚設施等建筑物組成。

混凝土面板堆石壩壩頂高程182.5 m，寬10.0 m，總長448.0 m，趾板建基高程114.0 m，壩高68.5 m，上游壩坡坡比為1∶1.4，下游壩坡“之”字路間坡比為1∶1.4。溢洪道布置于面板堆石壩左壩肩，采用開敞式布置，孔口凈寬8.0 m，設置2 孔，駝峰堰型式，堰頂高程172.0 m，弧型閘門控制，下游采用底流消能方式。放空洞結合導流洞，布置于面板堆石壩右側山體中，采用塔式分層進水口，圓形隧洞，洞徑D4.0 m，長502 m，出口尺寸3.0 m×3.5 m。引水洞布置于面板堆石壩左側山體中，采用塔式進水口，圓形隧洞，洞徑D2.4 m，進口高程128.0 m，出口至大溪河左岸。

3 主要設計依據

3.1 規劃指標

1）洪水指標。椒花水庫壩址各頻率洪峰流量見表1。

表1 壩址各頻率洪峰流量表 m3/s

2）規劃指標。椒花水庫重力壩方案和面板壩方案的主要規劃指標見表2。

表2 椒花水庫重力壩和面板壩主要規劃指標表

3.2 工程等級和標準

3.2.1 工程等級及建筑物級別

1）工程等別。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL 252-2017 的規定，對綜合利用的水利水電工程，其工程等別應按其中最高等別確定，椒花水庫面板壩方案/重力壩方案的總庫容分別為17 675/16 977萬m3，工程等別為二等，工程規模大（Ⅱ）型。

2）建筑物級別。根據工程等別和SL 252-2017 第4.2.1 條的規定，確定水庫大壩、溢洪道等主要建筑物的級別為2 級。

3.2.2 洪水標準

1）面板堆石壩方案。根據SL 252-2017 第5.2.1、5.2.6 條規定，面板堆石壩方案的壩高為68.5 m，大壩、溢洪道、右岸導流放空洞為2 級建筑物，其工程防洪標準：設計洪水標準為100 年一遇，校核洪水標準為2 000 年一遇；溢洪道和放空洞下游的消能防沖設施防洪設計標準為50 年一遇洪水。

2）重力壩方案。碾壓混凝土重力壩方案的大壩壩高為69.5 m，為2 級建筑物，其工程防洪標準：設計洪水標準為100 年一遇，校核洪水標準為1 000 年一遇，消能防沖設施防洪設計標準為50 年一遇。

4 壩址地質條件

壩址河谷開闊，呈不對稱“U”形谷。正常蓄水位附近，河床寬高比為5.0∶1，不具備拱壩地形條件。

壩址河床及兩岸覆蓋層厚度不大，兩岸斜坡地段基巖出露，地表有坡殘積物分布，根據兩岸鉆孔資料，覆蓋層厚0.4～9.7 m，多小于4 m，地表植被發育；河床覆蓋層厚0.4～7.2 m。基巖為中元古界冷家溪群雷神廟組變質巖，巖性有板巖、砂質板巖、絹云母板巖、變質砂巖等，呈薄層～中厚層，微風化～新鮮巖石，多屬中硬巖。

河床及兩岸基巖埋深不大，壩址位于北西走向淺變質巖系復背斜上，基巖為中元古界冷家溪群雷神廟組淺變質巖，以中硬巖為主，壩基巖層走向與壩軸線大角度相交，巖層傾角一般在55°以上，緩傾角結構面不發育，巖體以層狀結構為主，結構面以陡傾角層面裂隙為主，傾角多較陡，層面和主要節理裂隙面的走向與大壩近垂直。壩基微風化～新鮮巖石，多屬中硬巖。初步判斷，壩址具備修建當地材料壩和混凝土重力壩的地質條件。

經現場調查，壩址上游直線距離3.5 km 處有花崗閃長巖侵入體，質量較好、儲量較豐富，易于開采，可滿足混凝土壩的人工骨料和當地材料壩堆石料的需求。

5 壩型比選

5.1 方案比選

從工程可利用巖體、壩型特點、樞紐布置、金屬結構、建筑材料、施工交通、導流工程、主體工程施工、施工總布置、建設工期、環境影響、工程安全、運行管理、工程量和投資等各方面進行綜合比較（表3）。

5.2 方案比選結論

碾壓混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩均有較成熟的工程實踐經驗，設計理論和施工手段比較完善，不存在技術性制約性因素。工程區地形和地質條件及筑壩材料、儲量都能滿足工程要求。兩種壩型各有優缺點，技術上均是可行的。

兩種壩型從工程可利用巖體、壩型特點、樞紐布置、金屬結構、建筑材料、施工交通、導流工程、主體工程施工、施工總布置、建設工期、環境影響、工程安全、管理管理、投資等各方面綜合技術經濟分析比較，面板壩方案投資少3 614 萬元，在經濟上較優。

考慮到混凝土重力壩抵御超標洪水的能力高，工程安全性更高，社會風險小；樞紐布置緊湊，占地少，建筑材料的開挖和運輸量小。綜合考慮各方面因素，在投資增加不大的情況下，推薦采用混凝土重力壩方案。

6 結 語

壩型選擇應考慮工程可利用巖體、壩型特點、樞紐布置、金屬結構、建筑材料、施工交通、導流工程、主體工程施工、施工總布置、建設工期、環境影響、工程安全、管理管理、投資等各方面因素，同時也應考慮工程安全性、社會風險性等因素，以上經驗可供類似工程借鑒。