某水庫工程樞紐布置設計

張彩雙，張奇

（黃河勘測規劃設計研究院有限公司，河南 鄭州 450003）

1 工程概況

楊家水庫壩址位于樂都區境內上水磨溝上，距樂都城區城約30 km，控制流域面積189 km2。上水磨溝主河道長33.80 km，河道平均比降25‰。水庫水源主要有上水磨溝水和引大濟湟調水，是一座供水、灌溉的綜合性工程。水庫工程樞紐由攔河大壩、泄水建筑物、放空洞和引水建筑物等部分組成。正常蓄水位2 311 m，總庫容1 617萬m3，為Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3級。最大壩高97 m，大壩提高1級按2級設計；次要建筑物為4級。攔河壩設計洪水標準100年一遇，洪峰流量173.10 m3/s；校核洪水標準2 000年一遇，洪峰流量299.20 m3/s。

2 壩型比選

河谷在正常蓄水位處高寬比約3.40，兩岸山體對稱性較差，根據工程經驗不考慮拱壩。兩岸基巖出露，基巖條件較好，河床右側為主河槽、左側為灘地，有利于分期導流、減少導流投資，具備修建混凝土重力壩的條件。碾壓混凝土重力壩具有水化熱低、壩體上升速度快等優勢，選擇作為代表壩型比較。

壩址區石料和土料豐富，近壩區缺乏可用于筑壩的砂礫石料和混凝土粗細骨料，石料主要為石英片巖。力學指標可滿足土石壩筑壩要求；土料主要為輕、中、重粉質壤土，根據試驗結果除輕粉質壤土粘粒含量偏低（14.80%）外，其余粘粒含量均滿足規范對心墻土料的要求，土料天然密度1.15～1.39 g/cm3，天然含水率5.00%～9.70%，擊實后最大干密度1.72～1.85 g/cm3，最優含水率12.10%～16.50%，可滿足土石壩防滲要求。根據壩基條件和筑壩材料情況分析，適宜修建當地材料壩。故選擇混凝土面板堆石壩和粘土心墻堆石壩作為比較壩型。

從樞紐布置、建筑材料、大壩結構、工程施工及工程量、工期和投資等方面比較。碾壓混凝土重力壩投資比混凝土面板堆石壩增加約21 240.08 萬元，比壤土心墻壩增加約19 149.66 萬元。混凝土面板堆石壩和壤土心墻堆石壩兩種壩型樞紐布置相似，壤土心墻堆石壩方案較混凝土面板堆石壩高2 090.42萬元，工期多9個月。綜合比較推薦混凝土面板堆石壩。

3 泄洪建筑物設計

3.1 開敞式正槽溢洪道

3.1.1 進水渠

進水渠段樁號Y0-010.00～Y0+000.00，全長10 m。底高程2 308 m，底寬12 m，兩側邊坡1：0.50，過流橫斷面由前部梯形漸變到后部矩形，底板襯砌厚0.50 m，邊墻厚0.50 m。

3.1.2 控制段

控制段樁號0+000.00～0+025.00，全長25 m。控制段采用無控制開敞式駝峰堰，凈寬12 m，邊墩厚2 m；堰型采用a型駝峰堰，堰高3 m，堰頂高程2 311 m。閘室基礎上游端設置灌漿帷幕，與壩體帷幕相接。堰頂上游側設工作橋，橋面寬7 m，與壩頂公路相接。

3.1.3 泄槽段

泄槽段樁號Y0+025.00～Y0+180.00，全長155 m。泄槽段在平面上采用直線布置。

根據溢洪道處地形地質條件，溢洪道在縱剖面上分兩段。①第1段：樁號Y0+025.00～Y0+045.00，泄槽采用矩形斷面，底寬由12 m漸變為6 m，底坡i=0.05，邊墻高度由8 m漸變為2.50 m。②第2 段：樁號Y0+045.00～Y0+091.00 泄槽采用矩形斷面，底寬6 m，底坡i=0.05，邊墻高度2.50 m。③第3 段：樁號Y0+091.00～Y0+180.00 根據溢洪道設計規范相關條文的規定，泄槽緩坡與陡坡段間采用拋物曲線過渡連接，拋物線方程為Y=0.02X+X2/11，邊墻和底板采用混凝土整體式結構，襯砌厚度根據泄流情況、地質條件和其它工程經驗確定為0.60 m，局部泄槽段巖體高度不足，邊墻采用半重力式擋墻型式。

3.1.4 挑流鼻坎段

溢洪道消能防沖型式根據地形、地質條件、泄流條件、運行方式、下游水深及河床抗沖能力、消能防沖要求、下游水流銜接及對其它建筑物影響等因素，通過技術經濟比較選定。此工程下游水深較淺，地質條件較好，因此選擇挑流消能。

挑流鼻坎Y0+180.00～Y0+196.00，全長16 m。反弧半徑15 m，挑射角25°。采用與泄槽等寬的連續式鼻坎，鼻坎高程2 240 m，反弧點最低高程2 237.99 m。底板最薄處厚3 m，邊墻與底板采用整體式U形槽，邊墻厚度0.60 m。

3.1.5 邊坡處理

溢洪道開挖邊坡每15.00 m高設一級馬道寬2 m。開挖坡比1∶0.50。開挖形成的高邊坡需要采取預應力錨索加固。其余邊坡采用系統錨桿加固，錨桿Φ25@2 m×2 m，L=4 m，掛φ6@150鋼筋網，噴10 cm厚混凝土并設排水孔。

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3.2 洞式溢洪道

3.2.1 進水渠

進水渠為矩形直墻擴散段，長10.41 m，平面布置為非對稱收縮型，右岸直線，左岸為圓弧收縮段，圓弧半徑15 m。過流斷面為矩形，首端寬12.85 m，末端寬10 m。全斷面鋼筋混凝土襯砌厚1 m，渠底高程2 308 m，邊墻頂高程2 314 m。

3.2.2 控制段（0+000.00～0+010.00）

溢洪道堰型選用實用堰，堰高3 m，寬10 m，堰頂高程2 311 m，堰頂上游堰頭為雙圓弧曲線，下游為冪曲線，方程為y=0.3418*x1.85，后接2 m反弧，反弧后接1∶12 斜坡，斜坡末端高程2 307.50 m。全堰無閘門控制自由泄流。

溢流堰兩側直立混凝土邊墻厚1 m，墻頂高程2 314 m。控制段首部寬10 m，在0+004處開始收縮，至控制斷末收至6 m，與隧洞等寬相接。底板設φ32錨筋，長7 m，間排距1.50 m。

3.2.3 隧洞段（0+010.00～0+150.00）

隧洞段全長140 m，縱坡1∶12.。隧洞段開挖斷面為7.20 m×7.20 m城門洞型，全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.60 m，襯砌內凈尺寸6 m×6 m。隧洞段頂拱圓弧段設2 m長φ25錨桿，間排距1 m，排水孔長2 m，間排距4 m。

3.2.4 泄槽段（0+150.00～0+260.00）

泄槽段采用直線布置，全長110 m，縱坡為1∶1.85，隧洞縱坡與泄槽縱坡變坡處采用拋物線連接，拋物線方程為y=0.02x2+0.083x，拋物線起點樁號0+149.240，拋物線終點樁號0+160.74。泄槽采用等寬矩形斷面，寬6 m，泄槽邊墻高2.50 m。底板和邊墻采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.60 m。

3.2.5 挑流鼻坎段（0+260.00～0+275.00）

挑流鼻坎全長15 m。反弧半徑15 m，挑射角30°。采用與泄槽等寬的連續式鼻坎，鼻坎高程2 240 m，反弧點最低高程2 237.99 m。底板最薄處厚3 m，邊墻與底板采用整體式U 形槽，邊墻厚度0.60 m。

3.2.6 邊坡處理

溢洪道開挖邊坡每15 m高設一級馬道，馬道寬2 m。開挖坡比為1∶0.50。由于洞式溢洪道，開挖形成的邊坡較高的部位和巖體順層角成較大角度，不需要采取錨索加固。邊坡均采取系統錨桿加固，錨桿Φ25@2 m×2 m，L=4 m，掛φ6@150鋼筋網，噴10 cm厚混凝土并設排水孔。

兩方案從布置上均能滿足泄流要求，且泄流能力一樣，出口布置也基本相同。開敞式方案進水渠段和閘室段開挖形成邊坡高約50 m，受層面與坡面的不利組合以及順層剪切帶的影響，開挖邊坡巖體穩定性差，需采取預應力錨索加固，造成投資較高。洞式溢洪道在形成高邊坡的部位采取隧洞泄流，避免了高邊坡開挖。經比較推薦洞式溢洪道方案。

4 放空洞

放空洞采用以下兩種布置方案進行比選：①岸邊塔式方案，放空洞進口塔架布置在火燒溝內，塔架后采用龍抬頭接導流洞。②豎井方案，放空洞塔架采用豎井式，豎井前設一支洞，豎井后采用龍抬頭段接導流洞。

岸邊式方案開挖量較大，形成高約100 m 的高邊坡，開挖料能做大壩次堆石料，邊坡巖體為石英片巖，巖層走向與正坡坡面走向呈大角度相交，邊坡整體穩定性較好。暴雨沖刷容易淤堵引水管道的進口。豎井方案塔架穩定性較好，開挖量較小，但進口壓力洞段無檢修條件，投資較岸邊式塔架方案節約52.07萬元。經比較推薦豎井方案。

5 樞紐布置

壩址左岸為凸岸，且上游為一沖溝，適合布置引、泄水建筑物；從地形條件看將溢洪道布置在河床左岸開挖量較省；導流洞布置在左岸洞線較短，后期改建為放空（引水）洞的洞線也較短。若將溢洪道布置在左岸，泄洪時將影響放空洞出口。溢洪道規模較小，將其布置在基巖條件較好的右岸，開挖料經分選可作為大壩堆石料，因此將溢洪道布置在右岸，導流洞布置在左岸，后期改建為放空洞，洞內布置引水管線。

6 結語

根據地形條件，結合現場地質勘探揭露成果，對攔河壩型、泄洪建筑物、放空洞等關鍵技術方案比選。