阳胆溪水库工程枢纽区设计方案的探讨

2016-09-05杨浩秋

水利科学与寒区工程 2016年3期

关键词：坝址坝顶溢洪道

杨　曦,杨浩秋

(黔东南州水利电力勘察设计院,贵州凯里 556000)

阳胆溪水库工程枢纽区设计方案的探讨

杨曦,杨浩秋

(黔东南州水利电力勘察设计院,贵州凯里 556000)

做好小型水库的设计工作，可以为合理利用水资源提供一定的保障。该文对天柱县阳胆溪水库工程的设计方案进行了分析探讨,简述了天柱县阳胆溪水库枢纽区在设计过程中通过对水文、地质、投资等项目进行技术比较后，对工程选址、坝型、泄水建筑物、输水建筑物设计方案进行比选,最后确定设计方案。

水库大坝；工程设计；方案选择

阳胆溪水库位于天柱县白市镇境内，小沟溪上游的小沟溪村，小沟溪属沅江水系清水江一级支流汶溪的小支流。小沟溪全流域面积7.94km2，主河长7.0km。规划坝址以上流域面积5.05km2，主河长4.83km，平均坡降26.66‰。多年平均降雨量1207.5mm，多年平均径流量281万m3，多年平均流量0.089m3/s。阳胆溪水库是天柱县县城区域骨干调蓄工程，工程建设规模为小⑴型，工程等别为Ⅳ等，主要永久性建筑物为4级，次要永久性水工建筑物级别为5级。

1　工程概况

阳胆溪水库规划坝址位于天柱县白市镇小沟溪村小沟溪，阳胆溪水库工程是根据地形地质条件，在满足用水要求条件下，按有利于工程总体布置，同时淹没损失少的要求进行选址。经现场勘测，阳胆溪水库坝址选择可开发区域十分有限，小沟溪全流域面积7.94km2，主河长7.0km。根据工程任务与规模的研究，阳胆溪水库的主要任务是供水、灌溉。根据当地地形地貌条件选择小沟溪中部即小沟溪4.5～4.8km河段作为坝址选择的最佳河段。所选河段位于白市——小沟溪乡村公路边，施工条件好，交通较为便利[1]。

坝址区河谷发育特征按河谷形态为“V”形谷，按河谷生成类型为构造侵蚀河谷。区内出露地层主要为下江群隆里组、第四系残积积层及冲洪积层。河谷基本为横谷，局部为纵谷。谷底高程300～315m，河床宽15～20m,河谷横断面呈较对称“V”形谷，坝址区两岸边坡较陡，左岸边坡角30°～40°，右岸边坡角35°～50°。左岸岩体全风化层垂直深度0～7m，强风化带深7～14m，中等风化带11～15m。右岸岩体全风化带垂直深度0～2m，强风化带垂直深度7～13m，中等风化带垂直深度10～12m。根据坝段条件，选择两个坝址进行比较。上坝址选在小沟溪上游500m处，出露岩性地层为上元古界下江群平略组(Pt3p)灰、深灰色粉砂质板岩[2]。下坝址选在上坝址下游约300m处，出露地层为上元古界下江群平略组(Pt3p)灰、深灰色粉砂质板岩，坝址综合比较见表1。

综合比较地形地质条件、工程布置、上坝交通、施工条件等方面，下坝址方案比上坝址方案具有一定的优势，因此推荐下坝址为选定坝址。

2　坝型选择

根据前述所选坝址条件，从基本工程地质条件以及天然建材条件来看，适宜坝型为面板堆石坝。

表1　坝址方案综合比较表

3　泄水建筑物的选择

根据选定的坝址及坝型，大坝采用下坝址混凝土面板堆石坝方案，面板堆石坝一般采用岸边溢洪道泄洪，在集水面积及泄流量均较小的情况下，也可考虑采用坝身泄洪的方式泄洪。由于本工程坝址以上集水面积为5.05km2,由调洪计算知，P=0.33%校核洪峰流量为83.9m3/s,对应的水库水位为333.65m,最大泄流量为60.9m3/s；溢洪道设计下泄流量小，适宜采用坝顶溢流的方式泄洪；两种泄洪方式从理论上说，都可满足泄洪要求，但从选取的坝线地形条件来看，两岸地形坡度整体较陡，无有利地形布置岸边溢洪道，溢洪道整体开挖边坡高，投资大，需考虑侧槽式溢洪道减小进水渠开挖。对坝顶溢洪道及侧槽式溢洪道两种泄洪方式进行比较[3]。

(1)投资方面：侧堰方案溢洪道总投资较坝顶溢洪道方案多139万元，投资方面，坝顶溢洪道方案较优。

(2)水流条件及工程风险方面：坝顶溢洪道为正堰，控制段水流条件较好，流态简单；而侧堰方案，由于是侧向进水，且侧槽段内水流为螺旋流，水流流态较为复杂，因此，从水流条件方面来看，坝顶溢洪道较好。

(3)工程风险方面：国内外众多事例表明，侧堰型溢洪道技术条件成熟，可满足工程正常运行。坝顶溢洪道在集水面积及泄流量均较小的情况下，国内外也有成功经验可以借鉴。参照已建混凝土面板堆石坝坝顶泄洪工程，如我国榆树沟坝及桐柏下库坝等，工程可正常运行。

综上所述，两方案技术可行，但侧槽溢洪道投资较坝顶溢洪道方案多139万元，且坝顶溢洪道为正堰，其水力条件简单，没有侧堰溢洪道的高边坡问题。因此，推荐采用坝顶溢洪道方案。

4　输水建筑物选择

本工程推荐坝型为混凝土面板堆石坝，坝型条件决定了本工程取水建筑物不适于采用坝体内埋管方式，根据坝址处地质条件，设计作了左右岸隧洞取水两种方案比选。

方案一：左岸隧洞方案，导流兼引水建筑物布置在左岸，由取水塔、引水隧洞、出口闸室及消力池组成。全长243.35m，其中进口取水塔段长23.27m，洞身段长194.21m；出口闸室段11.51m,出口明渠消力池段长14.36m。洞线在平面上设置一段转弯段，转弯半径为12m,隧洞在施工导流期作施工导流用，待大坝施工完后导流隧洞进口段封堵，其余段采用龙抬头式改造为洞内布设引水钢管的无压洞，导流洞进口段待主体工程施工完毕后采用混凝土进行封堵兼做无压引水隧洞。

方案二：右岸隧洞方案，该方案塔式取水口布置于右岸，取水塔布置同方案一。渐变段后接引水隧洞，引水隧洞平面上呈U形布置，进口中心高程310.0m，末端中心高程309.73m；各段采用圆弧线连接，圆弧转弯半径12.0m。取水隧洞总长264.55m,隧洞尺寸为3.0m×3.0m(宽×高)隧洞出口设置与左岸布置相同。

两方案综合比选如下：

(1)枢纽布置方面：右岸隧洞表层地形变化影响较小，但出口输水管线需跨河布置，位于溢洪道下游，整体协调性较差；左岸隧洞受表层地形变化影响较小，整体布置平顺协调，与大坝枢纽其他建筑物没有冲突。因此，从枢纽整体协调性来看，左岸隧洞较优。

(2)施工方面：左岸及右岸隧洞开挖及洞内施工条件一致，但右岸隧洞平面布置上需转弯两次，较左岸隧洞长70m左右，两方案与大坝、溢洪道不存在施工相互干扰，对工程整个工期不会造成不利影响[4]。总的来说，在施工条件方面，两方案各有优劣，条件相当。

(3)工程投资方面：左岸隧洞总投资为502万元，右岸隧洞总投资为600万元，左岸隧洞较右岸隧洞节省投资98万元，左岸隧洞较优。

综上所述，两方案技术条件上均可行，施工条件相当，但左岸隧洞在枢纽总体布置、工程投资中占有优势，因此，本阶段设计推荐采用左岸隧洞方案，即采用左岸取水隧洞方式取水。

5　总体布置综述

枢纽区总体布置为钢筋混凝土面板堆石坝+坝顶开敞式溢洪道+左岸导流放空洞兼引水进口工程等建筑物组成。

5.1钢筋混凝土面板堆石坝设计

坝区布置在小沟溪村上游约1.0km处，钢筋混凝土面板堆石坝坝顶高程为335.0m，坝顶长87.8m，坝河床段趾板基面高程为305.0m，坝顶宽度6.0m，最大坝高30.0m。上游坝坡1∶1.4、下游坝坡1∶1.5。

5.2坝顶溢洪道

泄水建筑物采用坝顶溢洪道，布置坝体中部，基础处于堆石体上。溢流堰为开敞式驼峰堰，堰顶高程332.0m。堰顶上设置8.0m宽2跨交通桥，溢流堰宽度为17.0m(含1m厚桥墩)，过流断面为矩形。溢洪道由驼峰堰、泄槽段、反弧段及消力池组成，总长度77.74m。溢洪道底板采用60cm厚C35钢筋混凝土衬砌；导墙采用C25钢筋混凝土。

5.3导流兼引水隧洞

导流兼引水隧洞总长217.48m，洞线在平面上设置1段转弯段，转弯半径为12m。导流洞为无压洞，城门洞型，洞断面尺寸为3m×3m(宽×高)，底板高程为309.0m，导流洞进口段待主体工程施工完毕后进行封堵兼作无压引水隧洞，供水及灌溉引水进口孔口为2m×2m(宽×高)矩形断面，进口底板高程为312.68m，设平板检修闸门控制，之后渐变为直径0.8m的压力钢管，钢管布置于洞内直至出口[5]。出口处钢管一分为三，左侧接直径为0.5m的供水及灌溉引水管，右侧接直径为0.15m的环境生态放水管，中间保持直径0.8m压力钢管作为放空管，分别用相应的闸阀控制。