王玉杰

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

下安水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)方案比選

王玉杰

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

介紹了下安水庫(kù)工程概況，分析了下安水庫(kù)所在區(qū)域的庫(kù)區(qū)滲漏、庫(kù)區(qū)岸坡穩(wěn)定以及壩址附近地基巖性等地形地貌及工程地質(zhì)情況，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ滩牧锨闆r選擇了適合在太谷縣津水河上修建下安水庫(kù)的壩址和壩型。該水庫(kù)壩型設(shè)計(jì)過(guò)程可為其他小型水庫(kù)工程建設(shè)提供參考。

下安水庫(kù)；壩址；壩型；碾壓均質(zhì)土壩

1 工程概況

下安水庫(kù)位于太谷縣范村鎮(zhèn)下安村，控制流域面積72.5km2，流域內(nèi)主河道長(zhǎng)21.3km，河道縱坡21.6‰。工程所在津水河上建有石畝水庫(kù)，經(jīng)過(guò)多年淤積，水庫(kù)到汛限水位無(wú)法充分發(fā)揮供水任務(wù)。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水庫(kù)附近的范村鎮(zhèn)逐漸呈現(xiàn)缺水勢(shì)頭，需新建水源工程來(lái)充分利用流域水量。因此，新建下安水庫(kù)十分必要。下安水庫(kù)建成后可向下游范村鎮(zhèn)、任村鄉(xiāng)兩鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供部分工業(yè)、生活、灌溉用水，可緩解區(qū)域水資源不足難題，對(duì)保證區(qū)域人口引水安全起到積極作用。

2 壩址選擇

水庫(kù)壩址位于太谷縣境內(nèi)津水河上，設(shè)計(jì)人員對(duì)可能具備建壩條件的河段——石畝水庫(kù)至太長(zhǎng)高速段，長(zhǎng)約7.5km的河段進(jìn)行了詳細(xì)的勘察分析。石畝水庫(kù)下游3.0km范圍內(nèi)河谷狹窄，庫(kù)容有限；河道下游有太焦鐵路線和太長(zhǎng)高速，壩址只能在石畝水庫(kù)和鐵路之間選取。壩址選取的原則為保證供水需求的庫(kù)容，同時(shí)減少庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)移民占地等投資。壩址的選擇要考慮庫(kù)區(qū)滲漏、庫(kù)岸穩(wěn)定及繞壩滲漏、壩基工程地質(zhì)以及工程布置等問(wèn)題。

2.1 庫(kù)區(qū)滲漏

當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到正常蓄水位870.4m時(shí)，水庫(kù)回水長(zhǎng)度約3.1km。庫(kù)區(qū)津水河兩岸山體較為雄厚，出露巖性多為第四系下更新統(tǒng)泥河灣組低液限黏（粉）土，結(jié)構(gòu)密實(shí)，具弱滲透性，為相對(duì)隔水層。庫(kù)區(qū)左岸5.5km發(fā)育鄰谷圪塔河，河谷底高程950～971m，與津水河河谷近于平行，但圪塔河河谷高于下安水庫(kù)正常蓄水位。庫(kù)區(qū)右岸2.5km發(fā)育鄰谷象峪河，河谷底高程850～870m，象峪河河谷較下安水庫(kù)正常蓄水位低，但兩河谷間地塊巖性主要為第四系下更新統(tǒng)泥河灣組低液限黏（粉）土，為相對(duì)隔水層，故水庫(kù)蓄水后不存在永久滲漏問(wèn)題，其蓄水條件較好。

2.2 左右壩肩繞壩滲漏及岸坡穩(wěn)定

2.2.1 左壩肩岸坡穩(wěn)定及繞壩滲漏

壩址區(qū)左壩肩為土質(zhì)岸坡，岸坡坡度一般為40°～60°，局部較陡。坡頂?shù)匦屋^為平緩，地面高程895m以上，與谷底高差約40m。巖性主要有第四系中更新統(tǒng)洪積低液限黏（粉）土、第四系下更新統(tǒng)泥河灣組低液限黏（粉）土、含細(xì)粒土砂層，局部夾卵石混合土透鏡體、第四系崩積灰黃、棕黃色低液限粉土、含細(xì)粒土砂層。第四系中更新統(tǒng)洪積、第四系下更新統(tǒng)泥河灣組低液限黏（粉）土結(jié)構(gòu)較為密實(shí)，多呈硬塑狀，多具中等壓縮性和弱滲透性。而第四系崩積灰黃、棕黃色低液限粉土、含細(xì)粒土砂層結(jié)構(gòu)松散且均為中等滲透性，但該層厚1～20m，寬10m左右，范圍不大。

根據(jù)上述分析，左壩肩岸坡土體整體穩(wěn)定性較好。為了保證蓄水后岸坡的穩(wěn)定，建議對(duì)其進(jìn)行削坡處理，同時(shí)將左壩頭嵌入左岸低液限黏土中。由于左壩肩中第四系崩積灰黃、棕黃色低液限粉土、含細(xì)粒土砂層具中等滲透性，但范圍不算太大，所以建議清除第四系崩積灰黃、棕黃色低液限粉土、含細(xì)粒土砂層。

2.2.2 右壩肩岸坡穩(wěn)定及繞壩滲漏

壩址區(qū)右壩肩為土質(zhì)岸坡，岸坡坡度一般為45°～65°，局部較陡。坡頂?shù)匦屋^為平緩，地面高程876m以上，與谷底高差約21m。主要由第四系下更新統(tǒng)泥河灣組低液限黏（粉）土、含細(xì)粒土砂組成，局部夾級(jí)配不良礫透鏡體。低液限黏（粉）土結(jié)構(gòu)較為密實(shí)，多呈硬塑狀，具中等壓縮性和弱滲透性。

根據(jù)上述分析，右壩肩岸坡土體穩(wěn)定性總體較好。修建水庫(kù)后應(yīng)對(duì)右壩肩土體進(jìn)行削坡處理，以確保右壩肩岸坡穩(wěn)定。同時(shí)應(yīng)將右壩頭嵌入右岸低液限黏土中。右壩肩主要由低液限黏（粉）土組成，且多具弱滲透性，但在正常蓄水位以下存在卵石混合土、含細(xì)粒土砂夾層，具中等—強(qiáng)透水性，且在壩址上下游具連續(xù)性，水庫(kù)蓄水后構(gòu)成滲漏通道，存在繞壩滲漏問(wèn)題，采取防滲措施后，不會(huì)影響水庫(kù)的蓄水安全和庫(kù)岸穩(wěn)定。

2.3 上下壩址比較

設(shè)計(jì)選擇兩個(gè)壩址進(jìn)行比選，上壩址位于上安村西0.1km處，下壩址位于下安村西0.5km處，兩壩址相距約1.3km。

2.3.1 上壩址

上壩址位于太谷縣范村鎮(zhèn)上安村西0.1km津水河上。該處河谷呈“S”形，河流方向由N76°W經(jīng)過(guò)壩軸線后，轉(zhuǎn)為S72°W。谷底寬約90m，河床地形較為平緩，地面高程870～875m。主河槽位于津水河左側(cè)，右側(cè)為河漫灘，左右兩岸均為土質(zhì)岸坡，左側(cè)岸坡坡度一般為50°～60°，右側(cè)岸坡坡度一般為60°～75°，局部較陡，河谷斷面呈“U”型。壩基河床巖性為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、低液限黏土。兩岸為第四系下更新統(tǒng)泥河灣組棕黃色低液限黏（粉）土、含細(xì)粒土砂層，局部夾卵石混合土透鏡體，第四系崩積灰黃、棕黃色低液限粉土、含細(xì)粒土砂層。庫(kù)區(qū)存在坍岸、浸沒(méi)、淹沒(méi)鄉(xiāng)村公路等問(wèn)題。左、右壩肩均為土質(zhì)岸坡，岸坡穩(wěn)定性較好，存在繞壩滲漏問(wèn)題，但滲漏量不大。由于地下水埋深淺，基坑開(kāi)挖施存在涌水問(wèn)題。

2.3.2 下壩址

下壩址位于下安村西側(cè)約0.5km的津水河上。該處河谷呈“S”形，總體流向?yàn)镹53°W，谷底寬約230m，壩頂高程處寬約250m。河床地形較為平緩，地面高程855～863m。主河槽位于津水河左側(cè)，右側(cè)為河漫灘。左右兩岸均為土質(zhì)岸坡。左側(cè)岸坡坡度一般為40°～60°。右側(cè)岸坡坡度一般為45°～65°，局部較陡，河谷斷面呈“U”型。壩基和左右兩岸的工程地質(zhì)特性、壩基滲漏及滲透穩(wěn)定等問(wèn)題與上壩址基本一致。

綜上所述，上壩址河谷寬約90m，下壩址河谷寬約230m，上、下壩址兩岸均為土質(zhì)岸坡，河谷斷面呈“U”型。兩壩址河床及河漫灘均堆積有第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土等，兩壩址處同一地貌單元，其巖土體工程地質(zhì)特性基本一致。主要存在壩基滲漏及滲透穩(wěn)定，基坑涌水等問(wèn)題。左、右壩肩均為土質(zhì)岸坡，岸坡穩(wěn)定性較好，存在繞壩滲漏問(wèn)題，滲漏量不大。但上壩址河谷較窄，庫(kù)區(qū)回水較長(zhǎng)，且兩岸岸坡較陡，泄洪建筑物布置條件較差；而下壩址庫(kù)區(qū)右岸布置泄洪建筑物條件較好。根據(jù)上下壩址區(qū)建壩情況的分析比較，選擇下壩址。

3 壩型選擇

下安水庫(kù)工程選定的壩址位于太谷縣下安村西側(cè)約0.5km的津水河上，設(shè)計(jì)最大壩高20.9m。該處地形較為平緩，河谷呈“U”型，主河槽位于津水河左側(cè)，右側(cè)為河漫灘。

從地形、地質(zhì)條件看，河谷呈“U”型，河谷開(kāi)闊，谷底平坦，谷底無(wú)基巖出露；左右兩岸均為土質(zhì)岸坡，土層較厚，岸坡較陡，無(wú)濕陷性，受岸坡卸荷及雨水沖刷淘蝕影響，地表溝壑縱橫，壩址左岸有小范圍的崩塌堆積物，右岸882m高程有一平臺(tái)，便于布置泄洪設(shè)施。壩址區(qū)發(fā)育地層巖性主要為新生界第四系松散堆積物、崩塌堆積物及人工堆積物，覆蓋層較深；若在此處修建重力壩，除了在基礎(chǔ)處理方面花費(fèi)較大的費(fèi)用外，還會(huì)帶來(lái)較多的防滲、消能防沖以及地基變形穩(wěn)定等技術(shù)問(wèn)題。因此不適合修建重力壩。另外，壩址范圍內(nèi)覆蓋層較厚，沒(méi)有出露基巖；而面板堆石壩的趾板一般要修建在巖石地基上，并要求巖石具有堅(jiān)硬、非沖蝕性和可灌性的特點(diǎn)。因此也不建議修建面板堆石壩。

就工程材料方面，壩址位于黃土區(qū)，修建混凝土壩所需的砂石料匱乏，而壩址附近土料貯量相當(dāng)豐富，儲(chǔ)量能滿足筑壩要求，通過(guò)對(duì)土料場(chǎng)的土料取樣試驗(yàn)，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足均質(zhì)土壩的筑壩要求。因此，考慮修建均質(zhì)土壩。

通過(guò)比較分析不同壩型對(duì)壩基基礎(chǔ)、壩肩地形地質(zhì)條件、工程材料、施工條件以及工程布置等情況的要求，設(shè)計(jì)推薦壩型為碾壓均質(zhì)土壩。

4 結(jié)語(yǔ)

下安水庫(kù)是山西省目前進(jìn)行的更新建設(shè)百座小水庫(kù)工程之一。通過(guò)對(duì)下安水庫(kù)工程所在區(qū)域的壩址和壩型的選擇問(wèn)題進(jìn)行分析，最終選定了津水河上適合修建大壩的壩址和適合當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)的碾壓均質(zhì)土壩。該工程大壩壩址和壩型選擇過(guò)程可為山西省其他小型水庫(kù)工程的建設(shè)提供參考。

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1004-7042（2016）05-0043-02

王玉杰（1981-），男，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，工程師。

2016-03-06；

2016-04-19