趙云雷

（長治市水利建設(shè)投資管理中心，山西 長治 046000）

1 工程概況

虹乙水庫位于平順縣虹梯關(guān)鄉(xiāng)槐樹坪村，濁漳河二級支流芣蘭巖河上，壩址以上控制流域面積為253 km2，多年平均徑流量953.8萬m3，設(shè)計(jì)總庫容212.7萬m3，屬小（一）型水庫。水庫建設(shè)任務(wù)是以農(nóng)業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)及工業(yè)供水為主，兼顧旅游，主要為虹梯關(guān)鄉(xiāng)6200余人、333．33 hm2耕地和經(jīng)濟(jì)林及工礦企業(yè)提供生活、灌溉和工業(yè)用水，設(shè)計(jì)年供水量為340.4 萬m3。

通過對虹乙水庫地質(zhì)勘查可知，水庫壩址區(qū)為狹窄對稱河谷，兩岸陡峭、巖石出露，出于建設(shè)成本和安全考慮，大壩壩型選擇成為工程設(shè)計(jì)的核心問題。

2 樞紐工程選址對壩型影響

芣蘭巖河又稱虹霓河、寺頭河，是露水河的一級支流，全長54 km，在山西境內(nèi)長47 km。河道在虹霓村至槐樹坪村形成長約2.5 km的峽谷地帶，兩岸岸坡陡立，河谷底寬20～70m，且兩岸山坡多基巖裸露，因此，將虹乙水庫樞紐工程選在該河段。

該段河道呈深“U”型，兩岸陡崖、陡坡基本對稱分布，從下至上有3道垂直陡崖及陡崖間陡坡組成，3道陡崖分別高約40m，20m，30m，崖頂高程分別為715．00～720．00m，735．00～750．00m，780．00～810．00m，在虹霓村口處有一滾水壩，滾水壩后為一陡坎，水流在陡坎處形成瀑布跌落河谷，瀑布高約55m。

上游河段（上壩址）虹霓村滾水壩下游約1700m處河谷狹窄對稱，兩岸陡峭、巖石出露，壩址區(qū)無斷層通過，兩岸卸荷裂隙有發(fā)育，巖體相對較完整，地形地質(zhì)條件比較適合混凝土拱壩、重力壩，泄洪、排沙及取水建筑物可與大壩整體布置，泄洪、排沙效果有保證；水庫正常蓄水位較高，有利于提高自流灌溉面積；大壩總體工程量較小，總體投資較省。但河谷狹窄，泄洪排沙、取水建筑物布置受到限制，在施工組織、質(zhì)量控制等方面技術(shù)難度較大。

下游河段（下壩址）距滾水壩約1880m處河谷相對上游較開闊，適宜壩型為混凝土重力壩，泄洪、排沙及取水建筑物可與大壩整體布置，泄洪、排沙效果有保證；泄洪排沙、取水建筑物布置相對便利。但大壩工程量大，總體投資較大。

經(jīng)綜合比較，兩壩址地質(zhì)條件相近，工程規(guī)模相同，從主體工程投資來看，上壩址投資較少，確定上壩址為推薦壩址。

3 工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)地層為單斜構(gòu)造，各巖層呈整合接觸，巖層傾角平緩，呈水平狀。兩壩肩下部均為近垂直的陡崖，上部為陡坡，兩側(cè)地形基本呈均勻?qū)ΨQ狀，出露地層均為中厚層狀石英砂巖夾薄層粉砂質(zhì)頁巖，巨厚層狀石英砂巖，巖層產(chǎn)狀呈近水平狀，略傾向左岸；兩岸發(fā)育較多順河床向的卸荷裂隙，近垂直狀；左壩肩陡崖中不存在無傾向河道的緩傾角裂隙面，斜坡中鉆孔揭露弱風(fēng)化基巖層厚約11.8m，推測陡崖部位弱風(fēng)化基巖層厚6～10m，自然岸坡和開挖切坡較穩(wěn)定；右壩肩地質(zhì)條件與左壩肩基本相同，但右岸巖層略傾向河道，巖層中軟弱夾層可能存在軟化現(xiàn)象，受擾動(dòng)時(shí)巖塊可能會沿卸荷裂隙及粉砂質(zhì)頁巖層面產(chǎn)生滑移，易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。壩基基巖主要為中厚層狀石英砂巖，局部夾薄層粉砂質(zhì)頁巖，上部弱風(fēng)化巖體中裂隙較發(fā)育，巖體完整性差，下部微風(fēng)化巖體較完整。覆蓋層厚約10.5m，為砂卵石層。壩基抗滑穩(wěn)定主要受粉砂質(zhì)頁巖夾層層面控制，其各力學(xué)參數(shù)較低，壩基抗滑穩(wěn)定較差，壩基可能會沿粉砂質(zhì)夾層層面產(chǎn)生滑移。

4 壩型比選

4.1 樞紐布置方案

根據(jù)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等條件，經(jīng)綜合分析，由于河谷較狹窄，且兩岸陡立，壩外布置泄洪建筑物難度較大，成本過高，不具備修建堆石壩條件。壩址區(qū)附近有豐富的石料及砂礫石料，主要成分為灰?guī)r、石英砂巖，其中灰?guī)r約占90%，具有較好的砂石料場，且料場距壩址區(qū)僅約1.0 km，能夠滿足混凝土壩砂石料需求。從泄洪建筑物布置條件來看，由于壩址河谷寬僅25m，局限于河谷地形條件，泄洪建筑物宜與樞紐工程結(jié)合布置，適宜布置混凝土溢流壩。為此，選擇拱壩和混凝土重力壩兩種方案重點(diǎn)對擋水建筑物、泄洪建筑物的工程布置和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較。

4.1.1 拱壩方案

根據(jù)工程地質(zhì)情況，兩壩肩作為雙曲拱壩壩肩時(shí)穩(wěn)定性較差。因此，拱壩方案擬選用混凝土重力拱壩方案。大壩由非溢流壩段、溢流壩段、泄洪排沙孔、取水口等組成。采用6拱券5不等段設(shè)計(jì)，從上而下每段高度分別為 10m，10m，10m，10m，11m。每層拱券弦長68.4m，60.2m，55.6m，49.4m，45.6m。拱壩中心線與河道中心一致，壩基高程668.00m，壩頂高程729.00m，最大壩高61m。下游拱券平面采用左右岸同半徑的單圓心圓弧拱，中心角度96°，外半徑41.1m，壩頂厚度5m，壩底厚度20m，厚高比0.33，屬中厚拱壩。

溢流壩段位于河床位置，分3孔布置，堰頂高程722.36m，溢流壩曲線采用WES型冪曲線，不設(shè)閘門。

泄洪排沙孔位于溢流壩段，進(jìn)口高程692.00m，2孔布置，孔口尺寸2.0m×2.0m。進(jìn)口段設(shè)橢圓進(jìn)口及漸變段，設(shè)弧形工作閘門，閘門半徑3.625m。

取水口進(jìn)口高程710．00m，位于左側(cè)非溢流壩段，采用壩式進(jìn)水口，進(jìn)水口孔口尺寸1.0m×1.0m?？卓谇霸O(shè)攔污柵，攔污柵裝在上游壩面的支撐結(jié)構(gòu)上，檢修閘門為1.2m×1.2m的鋼平板閘門，位于壩體內(nèi)。漸變段長度2m，側(cè)面擴(kuò)散角7°，在壩后采用直徑500 mm的鋼管沿710．00m等高線順延而下，與灌溉管道相連。

大壩左岸公路現(xiàn)已通至芣蘭巖村，故從左岸壩頂布置3.0 km公路至芣蘭巖村作為上壩公路。

4.1.2 混凝土重力壩方案

壩頂長95m，壩頂高程729.30m，最大壩高60m，壩頂寬4m，由非溢流壩段、溢流壩段、底孔壩段等組成。

左岸非溢流壩段長43m，泄洪排沙底孔及取水孔位于該壩段。泄洪排沙孔進(jìn)口高程692.00m，單孔布置，中心線樁號0+040.4，孔口尺寸2m×2m；取水孔單孔布置，進(jìn)口高程709．00m，中心線樁號0+036，壩內(nèi)埋直徑500 mm的鋼管，垂直壩軸線布置，出大壩處設(shè)直徑500 mm的閥門。

溢流壩段長34m，堰頂高程722.36m，溢流凈寬30m，堰型為冪曲線，采用挑流消能。

4.1.3 樞紐布置方案比較

重力拱壩方案可充分利用當(dāng)?shù)刎S富的天然建筑材料，綜合拱壩突破地基礎(chǔ)承載力方面限制和重力壩對壩肩處理相對容易的優(yōu)勢，同時(shí)有利于減少工程量，降低成本，且建筑物外形美觀，結(jié)合當(dāng)?shù)芈糜伍_發(fā)，有較高的環(huán)境效益和社會效益。但拱壩施工難度大，曲面混凝土澆筑對模板制安精度要求較高，同時(shí)建筑物分布集中，施工組織安排難度較大，施工措施費(fèi)用較高。

混凝土重力壩方案可充分利用當(dāng)?shù)刎S富的天然建筑材料，壩肩處理難度不大，壩型單一，施工設(shè)備少，便于施工的總體安排。但混凝土重力壩對地基承載力要求較高，基礎(chǔ)開挖量大，基礎(chǔ)處理費(fèi)用較高；且壩體本身體量較大，比重力拱壩混凝土量增加約1/3，增加了工程投資。

4.1.4 主要技術(shù)指標(biāo)

兩種方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 兩種方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表

綜上所述，兩方案各有優(yōu)勢，技術(shù)上都比較成熟，但重力拱壩工程方案投資少于混凝土重力壩，且環(huán)境及社會效益優(yōu)于混凝土重力壩。

4.2 壩型選擇

地形地質(zhì)條件：壩址處的地形條件對于重力拱壩明顯優(yōu)于混凝土重力壩。在壩肩處理難度和投資方面，重力拱壩較混凝土重力壩難度大、投資多。壩基基巖完整性差，抗滑穩(wěn)定性較弱，在壩基處理上混凝土重力壩較重力拱壩處理難度及投資會有大幅增加。

工程布置條件：兩種壩型采用材料相同，均可充分利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?；樞紐工程建筑物布置條件略有不同，僅對施工難度稍有影響，對工程投資影響不大。

工程投資：重力拱壩投資為2940萬元，混凝土重力壩投資為4003萬元。

壩型選擇：從以上分析可以看出，重力拱壩除在對壩肩地質(zhì)條件的適應(yīng)性和處理難度及投資方面略有劣勢外，在其他方面均有較大優(yōu)勢，故推薦采用重力拱壩方案。

5 結(jié)論

虹乙水庫根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件，充分考慮筑壩材料、運(yùn)輸條件、施工條件、建筑物布置、建設(shè)工期、工程造價(jià)等影響因素，經(jīng)過系統(tǒng)的技術(shù)分析論證和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，推薦采用重力拱壩方案。