松塔水库枢纽工程可研坝型方案比选

2010-08-15何志萍

山西水利 2010年2期

何志萍

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 工程概况

松塔水库位于寿阳县潇河主流松塔河上，其任务是以城市生活及工业供水、水力发电为主，兼顾防洪、灌溉等综合利用。设计总库容9820万m3，为寿阳县和榆次区城市及工业供水2200万m3，其中榆次区1500万m3，寿阳县700万m3；年均发电349万kW·h，可改善潇河灌区早灌面积1.171万hm2农业的灌溉用水。

2 坝型选择

根据地形、地质、施工、建筑材料及投资等条件，初选均质土坝、混凝土面板堆石坝和碾压混凝土重力坝三种坝型进行比较。选定的松塔水库坝址位于西草庄村和东草庄村附近约2.0km的河段上。三种坝型采用的洪水标准为：水库大坝正常运用（设计）洪水重现期为100年，非常运用（校核）洪水重现期为1000年。

2.1 均质土坝方案

主要建筑物有大坝、溢洪道、导流泄洪洞、供水发电洞及发电站。水库总库容9820万m3，依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，水库属中型工程，工程等别为Ⅲ等。校核洪水位1028.61m，设计洪水位1027.59m，正常蓄水位1027m。大坝坝顶高程1030.00m，坝顶长550.0m，最大坝高63.0m，最大坝底宽351.2m，坝顶宽10.0m。大坝包括坝体、排水体、反滤层和护坡等区。坝顶下游侧设路肩石和浆砌石排水沟，与下游坝坡纵向排水沟相通；坝顶上游侧设宽50cm、高1.2m的浆砌石防浪墙，墙顶高程为1031.20m，墙底伸入坝体2.0m。

溢洪道设在大坝左岸，基础坐落在新鲜基岩上，为开敞式正槽溢洪道。溢洪道平面直线布置，进口底高程1016.50m，溢洪道净宽36m。主要由引渠段、控制段、泄槽段、挑流段四部分组成，总长135m。桩号0-042~0+000为引渠段，桩号0+000~0+015为控制段，桩号0+015~0+125为泄槽段，桩号0+125~0+139为挑流段。溢洪道底坡1/20，溢流堰堰顶高程1022.00m，堰前设检修叠梁闸门，闸孔尺寸12m×7m，3孔共用1套叠梁闸门；堰顶设3孔弧形工作闸门，闸孔尺寸12m×5m，每孔宽12m。溢洪道断面为矩形断面，为连续式挑流鼻坎，反弧半径为25.0m，挑射角度为25°。

导流泄洪洞为圆形有压隧洞，洞径6.0m，兼有施工导流、泄洪和冲沙作用，布置在大坝左岸，进口设进水塔，内设1孔平板检修门，进口底高程975.50m，出口设工作闸门闸室，底高程为972.05m，闸室内设一扇弧形工作门。出口采用挑流消能。导流泄洪底洞全长357.0m。检修闸门启闭设备设在进水塔顶部，启闭机平台高程为1036.00m。

供水发电洞为圆形有压隧洞，洞径2.6m，兼有发电和供水作用，布置在大坝左岸，进口设进水塔、拦污栅和平板事故闸门，进口底高程991.50m，出口接压力钢管和电站厂房，发电洞全长240.0m，压力钢管长25.6m。

水电站位于大坝下游左岸坝脚处，由供水发电洞引水。电站装机容量1000kW，设计流量2.6m3/s，设2台机组，单机流量1.3m3/s，单机容量500kW。主厂房为矩形厂房，单层排架结构，地面以下为钢筋混凝土结构，地面以上为砖混结构。厂房长30m，宽9m，其中安装间长6.0m，位于厂房右侧。2台卧式机组呈一字型排列，机组中心间距为8.0m，水轮机机组安装高程973.40m，水轮机层底板高程972.53m，安装间底板高程976.30m，室外地坪976.10m。副厂房位于主厂房上游侧，长30.00m，宽8.4m，设有站用变压器室、励磁变压器室、中控室、高压室，副厂房地面高程976.10m。水轮机组为金属蜗壳和尾水管，设混凝土尾水道、尾水闸门，尾水通过尾水渠送入供水竖井。

2.2 混凝土面板堆石坝

混凝土面板堆石坝方案的枢纽工程包括挡水大坝、岸边溢洪道、导流泄洪洞、供水发电洞、电站等。水库总库容9820万m3，校核洪水位1028.61m，设计洪水位为1027.59m，正常蓄水位1027m。大坝采用碾压堆石坝体、混凝土面板防渗，坝顶高程1030.00m，坝顶长550.0m，最大坝高64.62m，最大坝底宽度231.648m，上、下游坝坡均为 1∶1.5，坝顶宽 10.0m。下游坝坡在高程1000.00m处设一条马道，马道宽2.0m。大坝坝体分区主要由垫层、过渡层、主堆石区、次堆石区及大块石区组成。主堆石区顶部高程1027.20m，坝顶设钢筋混凝土防浪墙，墙顶高程1031.20m，墙底与主堆石区顶齐平。混凝土防渗面板顶高程1027.20m，与坝顶防浪墙相接，顶部厚度0.5m，底部与趾板采用铰接，厚度0.5m。

岸边溢洪道、导流泄洪洞和供水发电洞的布置及结构尺寸同均质土坝方案。

2.3 碾压混凝土重力坝

混凝土重力坝方案的枢纽工程包括挡水大坝、供水发电洞、电站等。水库总库容为9860万m3，校核洪水位1028.70m，设计洪水位为1028.63m，正常蓄水位1027m。混凝土重力坝方案大坝由挡水坝段、溢流坝段和底孔坝段组成，另外还有坝身放水钢管、电站等设施。大坝挡水坝段采用碾压混凝土重力式断面，坝顶高程1030.7m，坝顶宽10.0m，大坝上游边坡为1∶0.2，下游边坡为1∶0.9；溢流坝段位于大坝中部，长48m，堰顶高程1021.00m，采用WES型实用堰；底孔坝段位于溢流坝段左侧，长26m，总坝长521m。大坝最大坝高69.25m，最大坝底宽74.734m。

供水发电洞、电站的布置及结构尺寸同均质土坝方案。

3 坝型比较

3.1 地形、地质条件

选定的松塔水库坝址地形较为平坦，河流在区内呈“S”型，河谷宽约240m，为“U”型谷。河床地面高程968.0～976.5m，局部基岩裸露。两岸为基岩山区，发育有堆积阶地，基岩裸露。

从工程地质条件分析，修建碾压混凝土重力坝对基础岩层要求较高，坝基开挖至弱风化带基岩下部，需将河床表层1～3m厚的松散砂卵石土层及强风化基岩清除，对坝基建基面进行固结灌浆，由于坝基存在泥质砂岩夹层，大坝深层滑动不满足规范要求，还需采取预应力锚索进行加固。

混凝土面板堆石坝的趾板要求有较高的稳定性，所以对坝基的要求很高，趾板基础必须建在较好的基岩上，基础坐落在河床强风化基岩的下限，需将河床表层1～3m厚的松散砂卵石土层和2m厚的强风化层清除，趾板置于强风化层下限，即全部挖除上层高压缩性松散砂卵石土层和2m厚的强风化层，再筑坝。

均质土坝适宜建在任何基岩、砂砾石、河床冲积层、黏性土层等地基，并可直接建于不透水地基上，土坝的基础坐落在基岩上，需将河床表层1～3m厚的松散砂卵石土层清除，再清除局部松散的强风化岩层，坝轴线下游铺1m厚的反滤层和排水体，再筑坝。

从工程地质条件分析，均质土坝优于其他两种坝型。

3.2 筑坝材料

碾压混凝土重力坝需要的水泥、粉煤灰等外运材料较多，该工程坝址附近缺少混凝土粗、细骨料，所以此种坝型对本工程来说，不具优越性。混凝土面板堆石坝要求有较丰富的石料和混凝土骨料，本工程坝址附近缺少混凝土粗、细骨料，所以此种坝型对该工程来说，同样不具优越性。均质土坝对黏土、粉质壤土、壤土、含砾壤土、含砾黏土和砾质土等土料均适宜建坝，对该工程来说，当地有丰富的土料，在满足相同的供水条件下，可节省大量投资，应优先考虑这种坝型。

从筑坝材料看，均质土坝优于其他两种坝型。