下安水库大坝设计方案比选

2016-04-07王玉杰

山西水利 2016年5期

关键词：坝型液限水河

王玉杰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

下安水库大坝设计方案比选

王玉杰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

介绍了下安水库工程概况，分析了下安水库所在区域的库区渗漏、库区岸坡稳定以及坝址附近地基岩性等地形地貌及工程地质情况，并结合当地的工程材料情况选择了适合在太谷县津水河上修建下安水库的坝址和坝型。该水库坝型设计过程可为其他小型水库工程建设提供参考。

下安水库；坝址；坝型；碾压均质土坝

1 工程概况

下安水库位于太谷县范村镇下安村，控制流域面积72.5km2，流域内主河道长21.3km，河道纵坡21.6‰。工程所在津水河上建有石亩水库，经过多年淤积，水库到汛限水位无法充分发挥供水任务。随着当地经济社会的发展，水库附近的范村镇逐渐呈现缺水势头，需新建水源工程来充分利用流域水量。因此，新建下安水库十分必要。下安水库建成后可向下游范村镇、任村乡两乡镇提供部分工业、生活、灌溉用水，可缓解区域水资源不足难题，对保证区域人口引水安全起到积极作用。

2 坝址选择

水库坝址位于太谷县境内津水河上，设计人员对可能具备建坝条件的河段——石亩水库至太长高速段，长约7.5km的河段进行了详细的勘察分析。石亩水库下游3.0km范围内河谷狭窄，库容有限；河道下游有太焦铁路线和太长高速，坝址只能在石亩水库和铁路之间选取。坝址选取的原则为保证供水需求的库容，同时减少库区范围内移民占地等投资。坝址的选择要考虑库区渗漏、库岸稳定及绕坝渗漏、坝基工程地质以及工程布置等问题。

2.1 库区渗漏

当库水位达到正常蓄水位870.4m时，水库回水长度约3.1km。库区津水河两岸山体较为雄厚，出露岩性多为第四系下更新统泥河湾组低液限黏（粉）土，结构密实，具弱渗透性，为相对隔水层。库区左岸5.5km发育邻谷圪塔河，河谷底高程950～971m，与津水河河谷近于平行，但圪塔河河谷高于下安水库正常蓄水位。库区右岸2.5km发育邻谷象峪河，河谷底高程850～870m，象峪河河谷较下安水库正常蓄水位低，但两河谷间地块岩性主要为第四系下更新统泥河湾组低液限黏（粉）土，为相对隔水层，故水库蓄水后不存在永久渗漏问题，其蓄水条件较好。

2.2 左右坝肩绕坝渗漏及岸坡稳定

2.2.1 左坝肩岸坡稳定及绕坝渗漏

坝址区左坝肩为土质岸坡，岸坡坡度一般为40°～60°，局部较陡。坡顶地形较为平缓，地面高程895m以上，与谷底高差约40m。岩性主要有第四系中更新统洪积低液限黏（粉）土、第四系下更新统泥河湾组低液限黏（粉）土、含细粒土砂层，局部夹卵石混合土透镜体、第四系崩积灰黄、棕黄色低液限粉土、含细粒土砂层。第四系中更新统洪积、第四系下更新统泥河湾组低液限黏（粉）土结构较为密实，多呈硬塑状，多具中等压缩性和弱渗透性。而第四系崩积灰黄、棕黄色低液限粉土、含细粒土砂层结构松散且均为中等渗透性，但该层厚1～20m，宽10m左右，范围不大。

根据上述分析，左坝肩岸坡土体整体稳定性较好。为了保证蓄水后岸坡的稳定，建议对其进行削坡处理，同时将左坝头嵌入左岸低液限黏土中。由于左坝肩中第四系崩积灰黄、棕黄色低液限粉土、含细粒土砂层具中等渗透性，但范围不算太大，所以建议清除第四系崩积灰黄、棕黄色低液限粉土、含细粒土砂层。

2.2.2 右坝肩岸坡稳定及绕坝渗漏

坝址区右坝肩为土质岸坡，岸坡坡度一般为45°～65°，局部较陡。坡顶地形较为平缓，地面高程876m以上，与谷底高差约21m。主要由第四系下更新统泥河湾组低液限黏（粉）土、含细粒土砂组成，局部夹级配不良砾透镜体。低液限黏（粉）土结构较为密实，多呈硬塑状，具中等压缩性和弱渗透性。

根据上述分析，右坝肩岸坡土体稳定性总体较好。修建水库后应对右坝肩土体进行削坡处理，以确保右坝肩岸坡稳定。同时应将右坝头嵌入右岸低液限黏土中。右坝肩主要由低液限黏（粉）土组成，且多具弱渗透性，但在正常蓄水位以下存在卵石混合土、含细粒土砂夹层，具中等—强透水性，且在坝址上下游具连续性，水库蓄水后构成渗漏通道，存在绕坝渗漏问题，采取防渗措施后，不会影响水库的蓄水安全和库岸稳定。

2.3 上下坝址比较

设计选择两个坝址进行比选，上坝址位于上安村西0.1km处，下坝址位于下安村西0.5km处，两坝址相距约1.3km。

2.3.1 上坝址

上坝址位于太谷县范村镇上安村西0.1km津水河上。该处河谷呈“S”形，河流方向由N76°W经过坝轴线后，转为S72°W。谷底宽约90m，河床地形较为平缓，地面高程870～875m。主河槽位于津水河左侧，右侧为河漫滩，左右两岸均为土质岸坡，左侧岸坡坡度一般为50°～60°，右侧岸坡坡度一般为60°～75°，局部较陡，河谷断面呈“U”型。坝基河床岩性为第四系全新统洪冲积卵石混合土、低液限黏土。两岸为第四系下更新统泥河湾组棕黄色低液限黏（粉）土、含细粒土砂层，局部夹卵石混合土透镜体，第四系崩积灰黄、棕黄色低液限粉土、含细粒土砂层。库区存在坍岸、浸没、淹没乡村公路等问题。左、右坝肩均为土质岸坡，岸坡稳定性较好，存在绕坝渗漏问题，但渗漏量不大。由于地下水埋深浅，基坑开挖施存在涌水问题。

2.3.2 下坝址

下坝址位于下安村西侧约0.5km的津水河上。该处河谷呈“S”形，总体流向为N53°W，谷底宽约230m，坝顶高程处宽约250m。河床地形较为平缓，地面高程855～863m。主河槽位于津水河左侧，右侧为河漫滩。左右两岸均为土质岸坡。左侧岸坡坡度一般为40°～60°。右侧岸坡坡度一般为45°～65°，局部较陡，河谷断面呈“U”型。坝基和左右两岸的工程地质特性、坝基渗漏及渗透稳定等问题与上坝址基本一致。

综上所述，上坝址河谷宽约90m，下坝址河谷宽约230m，上、下坝址两岸均为土质岸坡，河谷断面呈“U”型。两坝址河床及河漫滩均堆积有第四系全新统洪冲积卵石混合土等，两坝址处同一地貌单元，其岩土体工程地质特性基本一致。主要存在坝基渗漏及渗透稳定，基坑涌水等问题。左、右坝肩均为土质岸坡，岸坡稳定性较好，存在绕坝渗漏问题，渗漏量不大。但上坝址河谷较窄，库区回水较长，且两岸岸坡较陡，泄洪建筑物布置条件较差；而下坝址库区右岸布置泄洪建筑物条件较好。根据上下坝址区建坝情况的分析比较，选择下坝址。

3 坝型选择

下安水库工程选定的坝址位于太谷县下安村西侧约0.5km的津水河上，设计最大坝高20.9m。该处地形较为平缓，河谷呈“U”型，主河槽位于津水河左侧，右侧为河漫滩。

从地形、地质条件看，河谷呈“U”型，河谷开阔，谷底平坦，谷底无基岩出露；左右两岸均为土质岸坡，土层较厚，岸坡较陡，无湿陷性，受岸坡卸荷及雨水冲刷淘蚀影响，地表沟壑纵横，坝址左岸有小范围的崩塌堆积物，右岸882m高程有一平台，便于布置泄洪设施。坝址区发育地层岩性主要为新生界第四系松散堆积物、崩塌堆积物及人工堆积物，覆盖层较深；若在此处修建重力坝，除了在基础处理方面花费较大的费用外，还会带来较多的防渗、消能防冲以及地基变形稳定等技术问题。因此不适合修建重力坝。另外，坝址范围内覆盖层较厚，没有出露基岩；而面板堆石坝的趾板一般要修建在岩石地基上，并要求岩石具有坚硬、非冲蚀性和可灌性的特点。因此也不建议修建面板堆石坝。

就工程材料方面，坝址位于黄土区，修建混凝土坝所需的砂石料匮乏，而坝址附近土料贮量相当丰富，储量能满足筑坝要求，通过对土料场的土料取样试验，其各项指标均满足均质土坝的筑坝要求。因此，考虑修建均质土坝。

通过比较分析不同坝型对坝基基础、坝肩地形地质条件、工程材料、施工条件以及工程布置等情况的要求，设计推荐坝型为碾压均质土坝。