龙里窄冲水库坝型的选择

2012-01-19张思远

黑龙江水利科技 2012年7期

关键词：坝型重力坝堆石坝

张思远

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550002)

龙里窄冲水库坝型的选择

张思远

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550002)

对于水利工程，枢纽建筑物的位置和形式的选择是关键之一。在此就以窄冲水库为例，就水库坝型坝线的选择进行初步的探讨。经综合比较分析认为，推荐坝型为钢筋混凝土面板堆石坝。

水库;面板坝;重力坝;坝型;选择;坝线

窄冲水库位于龙里县城西南民主乡的朵花河上，朵花河属乌江水系清水河流域独木河支流打草河上游。朵花河发源于龙里县西南沙拉岩，自西向东于龙里县城西汇入独木河。

1 坝线及坝型拟定

1.1 坝线选择

坝址位于窄冲村寨下游约300.0 m的朵花河河段上。左岸上、下游均有冲沟发育，地形较破碎，且有一丫口发育，丫口地表高程1 216.5 m，受冲沟切割及丫口发育影响，左岸山体较单薄，为一孤立山峰，山顶高程1 232.11 m，在正常蓄水位1 220 m高程时，山体长50 m左右;右岸山体雄厚，地形较完整。受左岸上、下冲沟制约，可选建坝河段河谷长约200.0 m，正常蓄水位时左岸山体长50 m左右，因此坝线选择余地不大，具有唯一性。

1.2 坝型的选择

坝址河谷为“U”型横向谷，底宽80～90 m，在正常蓄水位1 220 m时，河谷宽205.2 m，宽高比3.31。河床高程1 158 ～1 160 m，河床及两岸阶地冲洪积粉质黏土及砂卵石层厚2～6.3 m，下伏基岩主要为泥质白云岩及灰质白云岩，缓倾下游，倾角5°左右，且有泥岩夹层发育，垂直强风化深度4～8 m，弱风化深度14～17 m，坝基弱风化岩体以AⅢ2类为主夹CⅣ类。

根据坝址地形地质条件，综合考虑后，拟选面板堆石坝和碾压混凝土重力坝两种坝型进行比选。

1.3 钢筋混凝土面板堆石坝方案

1.3.1 大坝

水库大坝为混凝土面板堆石坝，左、右坝肩坐标点分别为XA=2 919 608.693 6 m，YA=384 774.240 5 m，XB=2 919 486.199 7 m，YB=384 962.093 3 m，坝轴线方位角123.107°。坝顶高程 1 223.3 m，河床趾板建基面高程1 153.60 m，最大坝高69.3 m，坝顶长226.592 m。

1.3.2 溢洪道

岸边式溢洪道布置在大坝左岸垭口处。整个溢洪道由进水渠、控制段、泄槽段、消能段组成。溢洪道总长为195.62 m，轴线方位角为 NE43.15°。溢流堰净宽 27 m，堰顶高程1 220 m，无闸自由溢流，溢流堰型为实用堰，后与泄槽相接。堰顶设交通桥，桥宽6.0 m，与坝顶及左岸公路相连。泄槽断面为矩形，底板、边墙采用C30钢筋混凝土衬砌。溢洪道出口消能工采用底流消能方式。

1.3.3 导流兼放空引水隧洞

为节省投资，利用导流洞改建而成，采用“三洞合一”方式布置，即导流、放空、引水为一体。根据坝址处的地形地质条件，导流兼放空引水隧洞布置在右岸，其中，由取水塔、隧洞等组成。

取水塔后隧洞洞身采用“龙抬头”型式与导流洞相接。在隧洞出口，弧形闸门前1 m处两边墙上设置左、右输水管，将水引入左、右岸输水管。

隧洞轴线方位角由 NE84°20'24″转向 NE29°46'22″，再转向 NW8°45'38″，为有压洞，隧洞总长 289.453 m，利用导流洞长226.6 m，占导流洞全长78.2%。

1.4 碾压混凝土重力坝方案

1.4.1 枢纽布置

碾压混凝土重力坝方案主要建筑物由碾压混凝土重力坝、坝顶溢流表孔、放空底孔和坝身引水管及输水管道组成。

坝轴线方位角NW123.107°。左、右坝肩坐标点分别为XA=2 919 480 m，YA=384 963.1 m，XD=2 919 605 m，YD=384 772.8 m，坝顶高程1 223.35 m，最大坝高76.65 m，坝轴线长279.930 m，坝顶宽度取为8 m。

非溢流坝段:上游坝坡1∶0.2，折坡点高程1 192.60 m;下游坝坡为 1∶0.75，折坡点高程 1 212.683 m。

溢流坝段:上游坝坡 1∶0.2，折坡点高程 1 192.6 m;下堰头上游端采用圆弧曲线，下游端溢流堰面为曲线，下部接一坡度为1∶0.75的直线段，最后与一反弧消能段相连。

1.4.2 溢流表孔

该坝址河谷底部地形平缓，河床两岸有漫滩及一级堆积阶地发育，河谷两岸地形坡度陡峭，河谷底部宽约80～150 m，在正常蓄水位1 220 m时，河谷宽206.8 m，宽高比3.36。河谷断面为底部宽缓的“U”型河谷。为了减小坝高，溢流布置以不冲刷两岸坡的前提下，溢流宽度尽量加宽，经布置，溢流净宽27 m，溢流表孔布置在坝身河床段，为开敞式溢流表孔，堰顶高程1 220 m。溢流堰面曲线堰顶下游面采用幂曲线，堰顶上游面采用三圆弧曲线，下游堰面经一坡度为1∶0.75的直线溢流段与一半径R=20 m的下游反弧段相接。消能方式采用挑流消能，挑射角20°。溢流面混凝土采用C30混凝土。

1.4.3 放空底孔

放空底孔布置在左坝段，紧靠溢流表孔。底孔进口底坎高程1 167 m，进口设一2.0 m×2.5 m的平面检修闸门，出口设一2.0 m×2.0 m的弧形工作闸门。底孔断面为2.0 m×2.5 m的方形孔，采用C 40钢筋混凝土衬砌，衬砌厚1.0 m。其后接反弧消能段，采用挑流消能。

1.4.4 取水塔及取水钢管

引水管布置在左坝段，设计引水流量1.104 m3/s，为坝内埋管，采用直径为2.0 m(壁厚22 mm)的Q235钢管，管中心高程1 170.5 m。引水管进口采用塔式分层引水，塔身上设置3个进水口分层取水，孔口尺寸为2 m×2 m，设置高程为1 170、1 190、1 205 m。每个取水塔出口设置岔管，将水引入左、右岸输水管。

1.4.5 帷幕灌浆

重力坝方案防渗帷幕布置及防渗标准与面板坝方案一致，该方案在坝体段帷幕采用两层灌浆廊道，高程分别为1 160.30、1 194.8 m。防渗帷幕线总长680.104 m，两岸采用灌浆平洞，左岸灌浆平洞长141.88 m，右岸灌浆平洞长221.31 m。防渗帷幕有效进尺为14 220 m，无效进尺3 000 m。

1.5 方案比较

对碾压混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝的综合比较如表1。

表1 坝型选择综合比较表

1)水文地质条件。由于坝线唯一，所以两坝型方案水文地质条件相同。从坝线地质条件上分析，重力坝需采用弱风化岩体中下部作基础持力层，基坑开挖深度13～15 m，坝基岩体主要为弱风化灰质白云岩，强度满足建坝要求，建基面为浅层抗滑稳定控制面;岩层缓倾下游，与 N65°～80°W/SW∠60°～70°的裂隙组合为深层抗滑稳定的控制面。存在基坑边坡稳定及沿岩层抗滑稳定问题。

面板堆石坝对地基条件要求较低，趾板采用弱风化岩体作基础持力层，主堆石区及次堆石区可采用稍密的砂卵石层或强风化岩体作基础持力层，趾板基坑底宽4 m，深度2～8 m。

就本工程来讲，由于面板堆石坝对建坝地质条件要求较低，修建面板堆石坝对建坝地质条件的适应性要优于重力坝。

2)泄洪布置。混凝土重力坝方案的溢洪道布置在坝身，溢洪道水流方向顺河向，只要求对泄洪冲刷区做工程处理措施即可，工程处理措施相对较简单，本次经综合比较选择了挑流消能方式;混凝土面板堆石坝方案的溢洪道布置在岸边的垭口处。从溢洪道布置来比较，混凝土重力坝方案的坝顶溢洪道布置比钢筋混凝土面板堆石坝方案的垭口溢洪道布置要好些。

3)混凝土重力坝方案的放空设施可以考虑在坝身设置放空底孔，施工和运行都较为方便;混凝土面板堆石坝方案的放空设施考虑为将导流洞改建为放空引水隧洞，然后在其旁边再布置一取水塔。由此看来，面板坝方案将导流洞改建为放空引水隧洞三洞合一的方案要优些。因此，在放空设施方面，混凝土面板堆石坝方案优于混凝土重力坝方案。

4)施工条件主要的差别缘于坝型不同带来的施工方面的不同，主要有工期不同，布置也不同。但各有其特点，总体来看，施工条件相当。

5)水库淹没投资比较。两个方案水库淹没均采用开敞式自由溢流，溢流净宽相同，淹没标准一样，则淹没赔偿一样，即淹没投资均为5 908.43万元。

6)投资比较。从表1可知，面板坝方案工程直接投资为10 057.83万元，重力坝方案工程直接投资为17 191.72万元，面板坝方案投资比重力坝方案投资少7 133.89万元。因此，从节约工程投资的角度，应选择混凝土面板坝方案。