中铝华润吕梁电解铝项目赤泥堆场区防洪工程设计研究

梁锦陶

(山西省水利水电勘测设计研究院， 山西 太原 030024)

中铝华润吕梁电解铝项目赤泥堆场区防洪工程设计研究

梁锦陶

(山西省水利水电勘测设计研究院， 山西 太原 030024)

中铝华润吕梁电解铝工程厂区位于山区，为了保证工程区建筑物的防洪安全，需采取防洪工程措施。文章主要介绍了赤泥堆场区的防洪工程布置，分别从泄洪方案比选及结构设计计算入手，选择了合理的工程布置方案，为山地厂区的防洪工程设计提供借鉴依据。

防洪工程； 泄洪方案比选； 结构设计计算

1 工程简介

中铝华润吕梁轻合金循环产业基地项目电解铝工程位于吕梁市兴县瓦塘镇西南约3km的龙耳会村，省道218西侧1.5km，岚漪河南侧的滩地上，距兴县县城约25km。

项目工程中的厂区、赤泥场和灰渣场三处分别位于涧子沟和刘家沟沟口，神堂沟、大石沟内。沟谷内平时均干涸无水，无地表径流，雨季为洪水排泄通道。为了保证工程区建筑物的防洪安全，需采取防洪工程措施[1-2]。由于赤泥堆场区等级要求较高[3]，因此本文以赤泥堆场区为例，对工程的防洪措施进行了研究。

2 防洪工程布置

拟建赤泥堆场的神堂沟为山涧沟谷凹地，沟谷平面形态呈树枝状，支沟发育，地形起伏大，沟谷两岸为山顶位浑圆黄土梁，山脊线呈波浪式起伏，沟谷切割较深，断面多呈Ⅴ字形。场地整体起伏较大，沟谷底部地面高程为849.16～948.40m，山梁顶部高程为878.96～1072.30m，场地属中低山区沟谷地貌。

中铝国际工程有限责任公司沈阳铝镁设计研究院在神堂沟内三条支沟交汇出口处设计了一座尾矿库，坝体形式为碾压土石坝，坝顶高程为966.00m，大坝总高度为74m，坝顶宽度为10m，内坡的坡比为1∶2.25，外坡坡比为1∶2.25，坝体每升高14m设置一级2m宽马道，再每升高15 m设置一级2m宽马道，最终加高到74m。在坝的外侧设计厚30cm干砌块石，以保护坝面。

2.1 方案介绍

采用泄洪隧洞配合泄洪竖井以及泄洪涵洞接出水池两种方案[4]。

2.1.1 泄洪隧洞方案

泄洪隧洞方案：在大坝右岸山体内修筑一条直径为2m的泄洪隧洞，隧洞长度为350m，采用C30钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度为0.3m，上游与库内3座泄水竖井连接，1号泄水竖井布置在库内坝底坡脚处，2号、3号依次随着赤泥堆高25m，增设一座，竖井高度为25m，泄水竖井下部通过泄水涵洞连接，涵洞采用城门洞形，宽1.5m，高1.8m，涵洞全长150m。泄洪隧洞下游接出水池，出水池长度为30m。出水池末端接下游天然河道。

2.1.2 泄洪涵洞方案

泄洪涵洞方案:在堆场底部修一条泄洪涵洞，考虑到汛期时洪水进入库区，在涵洞顶部不同高程修筑泄水孔，通过泄洪涵洞将洪水经出水池后顺天然河道排入下游岚漪河。

a.泄水孔布置。由洪水调节计算成果可知：在运行初期，赤泥堆放至高程902m处，泄水孔直径为0.7m时，设计洪水水深约为7.1m；在运行中、后期，赤泥堆放至高程936m和964.8m，泄水孔直径为1.5m时，设计洪水水深分别为0.7m和0.3m。布设泄水孔也分为三期：运行初期从高程902m处开始布置泄水孔，泄水孔高差间距为7m，依次向上游布置；运行中后期从高程936m处开始布置直径1.5m的泄水孔，泄水孔高差间距为0.3～0.7m，依次向上游布置；泄水孔布置末端高程为964.8m。泄水孔下部接矩形泄洪涵洞。

b.泄洪涵洞及出水池布置。泄洪涵洞沿神堂沟从上游到下游贯穿赤泥堆场沿沟底进行布置，末端位于大坝下游坡脚处，泄洪涵洞全长为760m，采用无压过流，埋入地下1m，设计底坡基本采用原地面坡度。桩号0+000～0+150处，设计泄洪涵洞底坡为1/2.5；桩号0+150～0+760处，设计泄洪涵洞底坡为1/38。水力计算采用明渠均匀流。泄洪涵洞下游接出水池，出水池长度为30m。出水池末端接下游天然河道。

2.2 泄洪方案比较

泄洪隧洞与泄洪涵洞工程投资比较见表1。

表1 不同泄洪方案主要工程量投资比较

根据现场观察地形及赤泥堆场地质勘测，隧洞成洞条件差，给施工造成一定影响[5]，同时泄洪隧洞应与泄洪竖井联合运用，泄洪竖井不宜太高，且应在不同高程设置。由于基础为砂卵石基础，下覆粉质黏土，需要采用桩基处理[6-7]。隧洞方案可以不从坝下穿越，安全性高，但投资也相对较高。采用泄洪涵洞方案施工简单，易操作，且投资较省，经综合比较，选用泄洪涵洞方案。

3 设计计算

3.1 泄水孔结构设计

泄水孔断面形式为钢筋混凝土圆形结构，泄水孔直径在工程运行初期为0.7m，在工程运行中、后期调整为1.5m，泄水孔采用C30钢筋混凝土预制块砌筑，并在陡坡段设计了一座消力井。

根据跌水消力池计算公式计算跌水深度：

ds=1.1h″c-hs

式中h″c——水跃跃后共轭水深，m；

q——水舌跌落处的单宽流量m3/(s·m)；

φ——流速系数；

Z0——计及流速水头上的上、下游水位差；

ds——消力池深度，m；

hs——下游水深，m。

经计算得跌水深为1.2m。

3.2 泄洪涵洞结构设计

3.2.1 断面形式

a. 圆形断面。采用圆形断面，由于断面尺寸较小，施工难度较大，如若采用内圆外方的形式，工程量又偏大。由于赤泥堆场赤泥堆存高度为74m，外压较大，预应力管的外压承载能力一般为10m左右，所以不宜使用。

b.矩形断面。采用矩形断面，涵洞顶部荷载自重较大，矩形断面承载能力较差，不宜采用。

c.城门洞形断面。城门洞形断面承载能力高，同时又满足施工简单，工程量适宜的优点。经综合比较，采用断面形式为城门洞形。

3.2.2 结构设计

泄洪涵洞采用无压过流，水力计算采用明渠均匀流，结构计算采用理正软件计算。充分考虑到运行过程中的检修方便，确定泄洪涵洞断面为城门洞形：宽1.5m，直墙高1.05m，拱顶高0.75m，在计算中涵洞高度分为74m、40m、10m进行计算。通过计算可知，随着上部荷载的减小确定涵洞壁厚分别为0.65m、0.5m、0.45m。

泄洪涵洞全长为760m。由于工程区堆放材料的特殊性，在泄洪涵洞内外各涂一层厚0.6mm的环氧酶沥青。考虑到库区底部铺设土工布防渗，泄洪涵洞的基础底部采用砂垫层进行过渡，防止碎石垫层对土工布防渗造成破坏[8]。

3.3 出水池设计

下泄洪水通过泄洪涵洞段后，接出水池，经过消能后，流入下游河道中。

a.根据《溢洪道设计规范》(SL 253—2000)，出水池池深计算公式为

式中σ——水跃淹没系数，取σ=1.05；

ΔZ——出水池出口水面落差；

b——出水池宽度，b=20m；

φ′——出水池出流流速系数，取φ′=0.95。

经试算得s=1.5m。

b.计算出水池长度。出水池长度计算公式为

式中Lsj——出水池长度；

Ls——出水池斜坡段水平投影长度；

β——水跃长度校正系数，取0.75；

Lj——水跃长度。

经计算,消力池长度为10m。

c.出水池底板厚度计算：

式中k1——出水池底板计算系数，采用0.15～0.2；

ΔH′——上下游水位差。

经计算，消力池底板厚度为0.80m。

出水池后设浆砌石海漫长度为10m。

4 结 语

防洪工程措施的合理与否直接关系到厂区的安全和项目的生存，因此配套合理的防洪布置是至关重要的。本项目作为兴县资源型循环经济综合开发示范基地的重要组成部分，项目的建成为兴县资源型循环经济先行先试、率先突破，成为政策示范的先导区、经济发展的示范区提供了基础平台。项目建成后，将带动周边地区的相关行业和第三产业的进一步发展，为山西省以及吕梁革命老区、贫困地区加快发展，全面建成小康社会打下坚实的基础。

[1] 王文国.山区防洪的重点及安全对策[J].南水北调与水利科技,2003(10).

[2] 翟来顺,崔庆瑞,汤怀义.黄河下游防洪存在的问题及对策[J].水利建设与管理,2004(6).

[3] 束永保,高尚青,李培良.平地型尾矿库调洪计算简法[C]∥第四届全国尾矿库安全运行技术高峰论坛论文集.北京：中国冶金矿山企业协会，2011.

[4] 防洪工程措施对洪水的作用[J].中国水能及电气化,2009(7).

[5] 陈文岚,刘明.浅谈隧洞通过不良地质段需注意事项[J].中国水能及电气化,2014(6).

[6] 马爱冬.引水隧洞断层破碎带施工措施[J].水利建设与管理,2010(11).

[7] 王廷学.不良地质条件下泄洪隧洞施工技术[J].铁道建筑技术,2004(8).

[8] 张欢.柴河水库泄洪洞渗漏处理施工[J].河南水利与南水北调,2016(5).

Research on flood control engineering design in Chinidui Yard of Chinalco China Resources Lüliang Electrolytic Aluminium Project

LIANG Jintao

(ShanxiTaiyuanWaterConservancyandHydropowerSurveyDesignInstitute,Taiyuan030024,China)

Plant area of Chinalco China Resources Lüliang electrolytic aluminium project is located in mountains. Flood control engineering measures should be adopted in order to ensure flood control safety of buildings in the project area. In the paper, flood control engineering layout of Chinidui Yard is introduced mainly. Rational engineering layout plan is selected from the aspects of flood discharge plan comparison and structure design calculation respectively. Reference basis is provided for flood control project design of plant areas in mountainous area.

flood control engineering; flood plan comparison; structure design and calculation

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.03.020

TV87

A

2096-0131(2017)03- 0068- 03