楊　曦,楊浩秋

(黔東南州水利電力勘察設(shè)計院,貴州 凱里 556000)

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陽膽溪水庫工程樞紐區(qū)設(shè)計方案的探討

楊曦,楊浩秋

(黔東南州水利電力勘察設(shè)計院,貴州 凱里 556000)

做好小型水庫的設(shè)計工作，可以為合理利用水資源提供一定的保障。該文對天柱縣陽膽溪水庫工程的設(shè)計方案進(jìn)行了分析探討,簡述了天柱縣陽膽溪水庫樞紐區(qū)在設(shè)計過程中通過對水文、地質(zhì)、投資等項(xiàng)目進(jìn)行技術(shù)比較后，對工程選址、壩型、泄水建筑物、輸水建筑物設(shè)計方案進(jìn)行比選,最后確定設(shè)計方案。

水庫大壩；工程設(shè)計；方案選擇

陽膽溪水庫位于天柱縣白市鎮(zhèn)境內(nèi)，小溝溪上游的小溝溪村，小溝溪屬沅江水系清水江一級支流汶溪的小支流。小溝溪全流域面積7.94km2，主河長7.0km。規(guī)劃壩址以上流域面積5.05km2，主河長4.83km，平均坡降26.66‰。多年平均降雨量1207.5mm，多年平均徑流量281萬m3，多年平均流量0.089m3/s。陽膽溪水庫是天柱縣縣城區(qū)域骨干調(diào)蓄工程，工程建設(shè)規(guī)模為?、判?，工程等別為Ⅳ等，主要永久性建筑物為4級，次要永久性水工建筑物級別為5級。

1　工程概況

陽膽溪水庫規(guī)劃壩址位于天柱縣白市鎮(zhèn)小溝溪村小溝溪，陽膽溪水庫工程是根據(jù)地形地質(zhì)條件，在滿足用水要求條件下，按有利于工程總體布置，同時淹沒損失少的要求進(jìn)行選址。經(jīng)現(xiàn)場勘測，陽膽溪水庫壩址選擇可開發(fā)區(qū)域十分有限，小溝溪全流域面積7.94km2，主河長7.0km。根據(jù)工程任務(wù)與規(guī)模的研究，陽膽溪水庫的主要任務(wù)是供水、灌溉。根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦蔚孛矖l件選擇小溝溪中部即小溝溪4.5～4.8km河段作為壩址選擇的最佳河段。所選河段位于白市——小溝溪鄉(xiāng)村公路邊，施工條件好，交通較為便利[1]。

壩址區(qū)河谷發(fā)育特征按河谷形態(tài)為“V”形谷，按河谷生成類型為構(gòu)造侵蝕河谷。區(qū)內(nèi)出露地層主要為下江群隆里組、第四系殘積積層及沖洪積層。河谷基本為橫谷，局部為縱谷。谷底高程300～315m，河床寬15～20m,河谷橫斷面呈較對稱“V”形谷，壩址區(qū)兩岸邊坡較陡，左岸邊坡角30°～40°，右岸邊坡角35°～50°。左岸巖體全風(fēng)化層垂直深度0～7m，強(qiáng)風(fēng)化帶深7～14m，中等風(fēng)化帶11～15m。右岸巖體全風(fēng)化帶垂直深度0～2m，強(qiáng)風(fēng)化帶垂直深度7～13m，中等風(fēng)化帶垂直深度10～12m。根據(jù)壩段條件，選擇兩個壩址進(jìn)行比較。上壩址選在小溝溪上游500m處，出露巖性地層為上元古界下江群平略組(Pt3p)灰、深灰色粉砂質(zhì)板巖[2]。下壩址選在上壩址下游約300m處，出露地層為上元古界下江群平略組(Pt3p)灰、深灰色粉砂質(zhì)板巖，壩址綜合比較見表1。

綜合比較地形地質(zhì)條件、工程布置、上壩交通、施工條件等方面，下壩址方案比上壩址方案具有一定的優(yōu)勢，因此推薦下壩址為選定壩址。

2　壩型選擇

根據(jù)前述所選壩址條件，從基本工程地質(zhì)條件以及天然建材條件來看，適宜壩型為面板堆石壩。

表1　壩址方案綜合比較表

3　泄水建筑物的選擇

根據(jù)選定的壩址及壩型，大壩采用下壩址混凝土面板堆石壩方案，面板堆石壩一般采用岸邊溢洪道泄洪，在集水面積及泄流量均較小的情況下，也可考慮采用壩身泄洪的方式泄洪。由于本工程壩址以上集水面積為5.05km2,由調(diào)洪計算知，P=0.33%校核洪峰流量為83.9m3/s,對應(yīng)的水庫水位為333.65m,最大泄流量為60.9m3/s；溢洪道設(shè)計下泄流量小，適宜采用壩頂溢流的方式泄洪；兩種泄洪方式從理論上說，都可滿足泄洪要求，但從選取的壩線地形條件來看，兩岸地形坡度整體較陡，無有利地形布置岸邊溢洪道，溢洪道整體開挖邊坡高，投資大，需考慮側(cè)槽式溢洪道減小進(jìn)水渠開挖。對壩頂溢洪道及側(cè)槽式溢洪道兩種泄洪方式進(jìn)行比較[3]。

(1)投資方面：側(cè)堰方案溢洪道總投資較壩頂溢洪道方案多139萬元，投資方面，壩頂溢洪道方案較優(yōu)。

(2)水流條件及工程風(fēng)險方面：壩頂溢洪道為正堰，控制段水流條件較好，流態(tài)簡單；而側(cè)堰方案，由于是側(cè)向進(jìn)水，且側(cè)槽段內(nèi)水流為螺旋流，水流流態(tài)較為復(fù)雜，因此，從水流條件方面來看，壩頂溢洪道較好。

(3)工程風(fēng)險方面：國內(nèi)外眾多事例表明，側(cè)堰型溢洪道技術(shù)條件成熟，可滿足工程正常運(yùn)行。壩頂溢洪道在集水面積及泄流量均較小的情況下，國內(nèi)外也有成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。參照已建混凝土面板堆石壩壩頂泄洪工程，如我國榆樹溝壩及桐柏下庫壩等，工程可正常運(yùn)行。

綜上所述，兩方案技術(shù)可行，但側(cè)槽溢洪道投資較壩頂溢洪道方案多139萬元，且壩頂溢洪道為正堰，其水力條件簡單，沒有側(cè)堰溢洪道的高邊坡問題。因此，推薦采用壩頂溢洪道方案。

4　輸水建筑物選擇

本工程推薦壩型為混凝土面板堆石壩，壩型條件決定了本工程取水建筑物不適于采用壩體內(nèi)埋管方式，根據(jù)壩址處地質(zhì)條件，設(shè)計作了左右岸隧洞取水兩種方案比選。

方案一：左岸隧洞方案，導(dǎo)流兼引水建筑物布置在左岸，由取水塔、引水隧洞、出口閘室及消力池組成。全長243.35m，其中進(jìn)口取水塔段長23.27m，洞身段長194.21m；出口閘室段11.51m,出口明渠消力池段長14.36m。洞線在平面上設(shè)置一段轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑為12m,隧洞在施工導(dǎo)流期作施工導(dǎo)流用，待大壩施工完后導(dǎo)流隧洞進(jìn)口段封堵，其余段采用龍?zhí)ь^式改造為洞內(nèi)布設(shè)引水鋼管的無壓洞，導(dǎo)流洞進(jìn)口段待主體工程施工完畢后采用混凝土進(jìn)行封堵兼做無壓引水隧洞。

方案二：右岸隧洞方案，該方案塔式取水口布置于右岸，取水塔布置同方案一。漸變段后接引水隧洞，引水隧洞平面上呈U形布置，進(jìn)口中心高程310.0m，末端中心高程309.73m；各段采用圓弧線連接，圓弧轉(zhuǎn)彎半徑12.0m。取水隧洞總長264.55m,隧洞尺寸為3.0m×3.0m(寬×高)隧洞出口設(shè)置與左岸布置相同。

兩方案綜合比選如下：

(1)樞紐布置方面：右岸隧洞表層地形變化影響較小，但出口輸水管線需跨河布置，位于溢洪道下游，整體協(xié)調(diào)性較差；左岸隧洞受表層地形變化影響較小，整體布置平順協(xié)調(diào)，與大壩樞紐其他建筑物沒有沖突。因此，從樞紐整體協(xié)調(diào)性來看，左岸隧洞較優(yōu)。

(2)施工方面：左岸及右岸隧洞開挖及洞內(nèi)施工條件一致，但右岸隧洞平面布置上需轉(zhuǎn)彎兩次，較左岸隧洞長70m左右，兩方案與大壩、溢洪道不存在施工相互干擾，對工程整個工期不會造成不利影響[4]?？偟膩碚f，在施工條件方面，兩方案各有優(yōu)劣，條件相當(dāng)。

(3)工程投資方面：左岸隧洞總投資為502萬元，右岸隧洞總投資為600萬元，左岸隧洞較右岸隧洞節(jié)省投資98萬元，左岸隧洞較優(yōu)。

綜上所述，兩方案技術(shù)條件上均可行，施工條件相當(dāng)，但左岸隧洞在樞紐總體布置、工程投資中占有優(yōu)勢，因此，本階段設(shè)計推薦采用左岸隧洞方案，即采用左岸取水隧洞方式取水。

5　總體布置綜述

樞紐區(qū)總體布置為鋼筋混凝土面板堆石壩+壩頂開敞式溢洪道+左岸導(dǎo)流放空洞兼引水進(jìn)口工程等建筑物組成。

5.1鋼筋混凝土面板堆石壩設(shè)計

壩區(qū)布置在小溝溪村上游約1.0km處，鋼筋混凝土面板堆石壩壩頂高程為335.0m，壩頂長87.8m，壩河床段趾板基面高程為305.0m，壩頂寬度6.0m，最大壩高30.0m。上游壩坡1∶1.4、下游壩坡1∶1.5。

5.2壩頂溢洪道

泄水建筑物采用壩頂溢洪道，布置壩體中部，基礎(chǔ)處于堆石體上。溢流堰為開敞式駝峰堰，堰頂高程332.0m。堰頂上設(shè)置8.0m寬2跨交通橋，溢流堰寬度為17.0m(含1m厚橋墩)，過流斷面為矩形。溢洪道由駝峰堰、泄槽段、反弧段及消力池組成，總長度77.74m。溢洪道底板采用60cm厚C35鋼筋混凝土襯砌；導(dǎo)墻采用C25鋼筋混凝土。

5.3導(dǎo)流兼引水隧洞

導(dǎo)流兼引水隧洞總長217.48m，洞線在平面上設(shè)置1段轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑為12m。導(dǎo)流洞為無壓洞，城門洞型，洞斷面尺寸為3m×3m(寬×高)，底板高程為309.0m，導(dǎo)流洞進(jìn)口段待主體工程施工完畢后進(jìn)行封堵兼作無壓引水隧洞，供水及灌溉引水進(jìn)口孔口為2m×2m(寬×高)矩形斷面，進(jìn)口底板高程為312.68m，設(shè)平板檢修閘門控制，之后漸變?yōu)橹睆?.8m的壓力鋼管，鋼管布置于洞內(nèi)直至出口[5]。出口處鋼管一分為三，左側(cè)接直徑為0.5m的供水及灌溉引水管，右側(cè)接直徑為0.15m的環(huán)境生態(tài)放水管，中間保持直徑0.8m壓力鋼管作為放空管，分別用相應(yīng)的閘閥控制。

6　結(jié)　論

新建的小型水庫工程中由于地形地貌、地質(zhì)條件、投資等方面的約束，需對設(shè)計方案進(jìn)行分析比較以達(dá)到符合工程實(shí)際建設(shè)的目的，更好更快的使工程能實(shí)施并發(fā)揮其效益。

[1]朱珺.坪底水庫樞紐布置及工程設(shè)計[J].山西水土保持科技,2014(4):42-43.

[2]楊麗君.雙峰寺水庫樞紐布置方案設(shè)計[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2015(2):36-38.

[3]楊祥.灰依水庫工程首部樞紐總體布置設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(29):224.

[4]范凱,李忠恒.大河水庫工程樞紐布置及設(shè)計探討[J].中國農(nóng)村水利水電,2013(10):82-84.

[5]張凌峰.松峪水庫樞紐工程方案比選分析[J].山西水利科技,2014(3):44-45.

楊曦(1981-)，男,苗族,工程師,主要從事水工設(shè)計方面的工作。

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