岜木水库工程坝址坝型方案的比选

曾雄

【摘 要】文章结合岜木水库工程的地形、地质条件，对3个坝址进行初选，对右支沟上、下坝址及坝型进行综合比选后，推荐上坝址混凝土重力坝方案。对重力坝的泄流形式及消能防冲方案进行比选后，溢流坝采用20 m无闸控溢流净宽方案，消能采用底流消能方案。水库枢纽建筑物主要由拦河坝、取水系统、输水设施等建筑物组成。根据工程实际情况，对溢洪的方案进行比选，并对工程总布置进行设计。

【关键词】水库工程；工程建设；方案；比选；总布置

【中图分类号】TV221.2；TV64【文獻标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）03-0120-04

1 工程概况

岜木水库坝址位于距岜木村高大坪东北方向约2.8 km、高程为1 125 m的岜木河上，处于花坪镇镇政府所在地以南约12 km的位置。岜木河是百康河的支流，发源于花坪镇以南岜木村的棉絮岭、高大坪一带，自南向北流经岜木村大田屯、岜木屯、高楼屯，在黄岩脚流入地下，而后汇入花坪河地下河，继续向北流出露汇入花坪河，再向西在雅长乡巴扛屯附近汇入百康河，百康河继续向西流经百康村，于雅长乡尾沟村注入南盘江。

岜木水库是一座以供水、灌溉为主的综合利用水库。水库正常蓄水位为1 174.00 m，总库容为118.7万m3，为小（1）型水库，引水流量为0.20 m3/s，Ⅳ等工程。挡水坝、溢流坝等主要建筑物，按4级建筑物设计；其余为次要建筑物，按5级建筑物设计。挡水坝为混凝土重力坝，设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为200年一遇；消能防冲建筑物设计洪水标准为20年一遇。岜木水库规划水平年向花坪镇供水规模为0.04 m3/s。岜木水库供水工程为Ⅳ等工程，主要建筑级别为4级，次要建筑物级别为5级。建筑物的防洪标准为10年一遇洪水设计，30年一遇洪水校核。

2 工程选址

2.1 坝址的选择应遵循的基本原则

在选择坝址时，应根据枢纽附近的地形、地质条件，水流河势条件和建筑材料、施工条件、枢纽布置等综合研究决定。本工程属水源工程，结合供水需求情况，坝址的选择应遵循以下几条基本原则。

（1）地形条件：一般选在狭窄河谷处，坝轴线短，坝体工程量小；并且，坝址上游应有一定河谷开阔地带以获取足够的库容。

（2）地质条件：应选择地质条件良好的地段，坝址处的岸坡要稳定，以减少坝基处理及岸坡处理的工程量。

（3）河势条件：坝址应先选择河道顺直的河段，坝轴线应尽量与河流流向正交，以利于布置泄洪建筑物，保证下泄洪水流顺畅；当必须与河流斜交时，交角不宜过小，否则既会增加坝体工程量，又会使泄洪水流不顺。

（4）建筑材料：坝址附近应有足够符合要求的建筑材料。

（5）施工条件：坝址附近应有适宜的地形布置施工场地；距离交通干线近，以便于交通运输。

（6）本工程为乡镇供水水源工程，坝址比选时应选取满足供水需求的相同库容方案。

（7）本工程为乡镇供水水源工程，坝址比选时应尽量靠近供水点，以减少输水管道长度及投资。

岜木水库规划从岜木河建坝取水，以彻底解决花坪镇镇区、岜木村的人饮安全问题。按照建库后供水必须满足重力流的要求，雅长兰科植物国家级自然保护区边界约束及要满足供水库容需求，坝址可选范围只能在岜木河中、上游，国家级自然保护区边界以上，河道左侧支沟下游河段、右侧支沟下游河段或两支沟的汇合口处河段。

汇合口坝址的坝线布置在雅长兰科植物国家级自然保护区边界上游约200 m处。左支沟坝址的坝线布置于汇合口上游左支沟400 m处。右支沟坝址的坝线布置于汇合口上游左支沟220 m处。

2.2 坝址方案初步比较

上述3个坝址方案初步比较如下。

（1）水文条件：3个坝址方案均能满足保证率的要求，但在同库容下，左支沟坝址方案的坝高最大，其次是右支沟坝址方案，坝高最低的为汇合口坝址方案。

（2）地形条件：3个坝址的地形条件均满足枢纽布置要求。

（3）工程布置：3个坝址方案新建输水管道长度相差不大。3个坝址方案拦河坝的土石方和混凝土工程量为汇合口坝址方案最大，右支沟坝址方案最小。

（4）施工条件：3个坝址方案均采用选择分二期导流的方式。左支沟、右支沟导流布置方案基本相同，汇合口坝址方案因河床较宽，导流工程量最大。同时，由于汇合口坝址方案和左支沟坝址方案靠近雅长兰科植物国家级自然保护区，对坝区施工布置不利。

（5）工程占地：左支沟、右支沟坝址方案工程占地面积相差不大，而汇合口坝址方案坝址处及左、右支沟大片坡地，目前已经规划为猕猴桃种植基地，征地范围较大。

综合上述，右支沟坝址方案较优，故本阶段不推荐汇合口坝址方案和左支沟坝址方案。

上述初选3个坝址方案比选中，右支沟坝址方案较优，但坝基存在层间破碎带，影响大坝抗滑稳定性和安全性，虽然经处理后大坝抗滑稳定性可满足规范要求，但基础处理增加了工程投资和影响工程施工工期。据此，在右支沟已选坝址上游约230 m河段选一新坝址进行右支沟上、下坝址方案比选。

2.3 2个坝址的综合比较

2个坝址的综合比较如下（见表1）。

（1）上、下坝址地形地貌相近，均满足修筑混凝土坝和堆石坝的地质条件。上、下坝址都是左岸山体较单薄，右岸山体较雄厚。从地形条件来看，2个坝址方案相当。

（2）从地质构造来看，上坝址坝基破碎带埋深大，对工程安全影响不大；下坝址坝基破碎带埋深较浅，对大坝安全影响较大，需要进行特殊处理。从地质构造来看，上坝址优。

（3）从工程布置来看，上壩址坝高较低，坝线较长，下坝址坝高较高，坝线较短，但下坝址需要对坝基破碎带进行特殊处理。因此，从工程布置来看，上坝址优。

（4）从施工导流及施工工期直接工程投资来看，2个方案的导流方式基本相同，但下坝址需要采用混凝土灌注桩对大坝的基础层间破碎带进行处理，工期较长。

（5）从直接工程投资来看，上坝址的投资比下坝址的投资少757万元。

（6）从工程占地及水库淹没来看，上坝址工程占地面积及水库淹没面积都比下坝址小，上坝址工程占地投资也比下坝址少13.16万元。

综上所述：右支沟上坝址方案在地质条件、施工条件、主要工程量、工程投资、工程占地及水库淹没等方面均优于右支沟下坝址方案，因此本阶段岜木水库工程推荐右支沟上坝址方案。

3 主要建筑物形式的选择

根据坝址的地形、地质及当地的材料情况，本次设计提出拱坝方案、混凝土重力坝方案及混凝土面板堆石坝3个方案进行比较。

拱坝方案：结构简单，适宜在狭窄的河谷布置，但对河谷两侧坝肩的地质要求较高。本工程坝址处河床比较狭窄，两岸山坡比较陡峻，左岸山体较单薄，右岸山体稍雄厚，两岸地形不对称，均存在陡坎，地形上相差较大，不适宜修建拱坝。

混凝土重力坝方案：大坝、放水系统等建筑物工程布置紧凑，工程用地少，施工方便，管理方便，但对坝基要求较高，而本工程选用的坝址基岩岩性主要为粉砂质泥岩夹泥质灰岩，风化程度在强风化～微风化间，其中弱风化岩体完整，岩体强度满足建筑物荷载要求，较为适宜修建混凝土重力坝。

混凝土面板堆石坝方案：可利用当地材料填筑，但需要将溢洪道、放水系统（放水塔）与大坝分开布置，由于坝址处无天然垭口利用，溢洪道布置困难，根据河道走向，溢洪道布设在右岸，岜木河为“V”形河谷，坝址部位两岸山体雄厚，开挖边坡很高，开挖工程量非常大；堆石坝方案各建筑物分散布置，管理、运行不便。由于壩体较高，坝基需要占用约200 m河段，工程用地多。当地石料虽然丰富，但多处于雅长兰科植物国家级自然保护区内，石料需要到25 km外的乐业县逻沙乡毛洞屯时利和采石场购买，石料场远离坝址，运距约25 km，费用高，利用当地材料造价低的特点未能充分体现。

综上所述，本阶段岜木水库工程推荐混凝土重力坝方案。

4 溢洪方案选择

4.1 泄流形式及选择

拦河坝的溢洪可采取有闸控或无闸控的开敞式溢洪方案。考虑到本工程所在岜木河流域属于亚热带气候，地势较高，冬天严寒，夏天温润多雨，雨量充沛，降雨年内分配不均，而且该流域洪水成因主要是受锋面、西南低涡、切变线等类型的天气系统所产生的暴雨径流形成。本工程所在的岜木河洪水由暴雨产生，由于地处山区，山坡陡，流域呈扇形，集水面积虽不大，但其洪水多为单峰形，一次洪水过程仅几小时，呈现暴涨暴落的山区形洪水特征。暴雨期为5～8月。采用无闸控开敞式溢洪方案，结构布置简单，管理方便；而采取闸控式溢洪方案虽然可以抬高利用水头，但水头抬高有限，经济效益不明显。因此，溢流坝段的溢洪采用不设闸门的开敞式溢洪方案。为了更经济、合理地布置拦河坝，提出以下3种溢流坝方案进行比选。

方案一：16 m溢流净宽方案。根据河槽宽度及在满足进水口及工程总体布置要求的前提下，尽可能大地提高泄流能力，以减少水库的淹没数量，本方案溢流坝采用2孔无闸控溢流坝，单孔净宽8 m，溢流前沿总净宽16 m，堰顶高程为1 174.0 m，坝顶高程为1 179.2 m。

方案二：20 m溢流净宽方案。本方案采用2孔溢流坝，无闸控溢流坝。单孔净宽10 m，溢流前沿总净宽20 m，堰顶高程为1 174.0 m，坝顶高程为1 178.0 m。

方案三：24 m溢流净宽方案。本方案采用2孔溢流坝，无闸控溢流坝。单孔净宽12 m，溢流前沿总净宽24 m，堰顶高程为1 174.0 m，坝顶高程为1 177.2 m。

溢流孔口尺寸方案投资比较见表2。

通过工程投资及水库淹没投资比较，方案一由于大坝最高，所以相应投资较大。方案三由于溢流宽度稍寬，下游消力池需要更宽一些，虽然淹没范围最小，但投资较方案二仍稍大。因此，本次设计选择较为经济的方案二（即20 m无闸控溢流净宽方案）进行大坝布置。

4.2 消能防冲方案选择

坝址处下伏基岩为灰岩、泥质灰岩，坝址钻孔揭露埋深39.1～41.7 m处发育有层间破碎带，破碎带厚2～3 m，破碎带往下游方埋深逐渐浅，在距坝轴线65 m下游处埋深仅为19.5 m，厚度约4 m。经挑流消能计算，挑舌长度为82.0 m，挑射水舌挑距较远，水舌末端冲刷河道右岸岸坡，对右岸岸坡稳定极为不利。若将溢流坝向左移动，则左岸坝肩山坡开挖量过大，造价高。坝址下游纵坡较陡，水位低、不稳定，若采用面流消能方案，则会造成两岸坡大冲刷，进而影响坝址两侧边坡的稳定。底流消能水跃稳定，安全可靠，消能效果好，下游水面波动小。因此，本工程的消能采用底流消能方案。

5 工程总体布置

水库枢纽建筑物主要由拦河坝、取水系统、输水设施等建筑物组成。

拦河坝采用混凝土重力坝型，主要包括溢流坝段，左、右岸重力坝段。水库正常蓄水位为1 174.0 m，坝顶高程为1 178.0 m，最大坝高65.5 m，坝顶长191.50 m，坝顶宽5 m。拦河坝总体布置方案沿坝轴线从左到右的布置依次为左岸重力坝、溢流坝、右岸重力坝。

左重力坝布置在河床左岸，长度为86 m，坝顶高程为1 178.0 m，最大坝高60.0 m。

溢流坝布置在河床中部，长度为25.5 m，采用无闸控制开敞式实用堰，堰顶高程为1 174.0 m，溢流前缘总净宽20 m。溢流坝下游采用下挖式消力池，消力池净宽22 m，池长30 m，池深3.0 m，下游设长10 m的干砌石海漫。消力池之后采用长90 m、宽22 m的明渠与下游河道连接。

右岸重力坝布置在河床右岸，长度为80 m，坝顶高程为1 178.0 m，最大坝高60.0 m。

取水系统的放水塔布置在右岸重力坝段，采用坝体内埋设内径为0.5 m的放水钢管，钢管进口底高程为1 140.2 m。放水钢管自坝脚引出后进入闸阀控制房内分岔成下游河道生态环境基流及灌溉、向花坪镇供水2条管线。

6 结语

经过上述比选，岜木水库工程建设采用右支沟上坝址混凝土重力坝方案，溢流坝采用20 m无闸控溢流净宽方案，消能采用底流消能方案。

参 考 文 献

[1]SL 252—2000，水利水电工程等级划分及洪水标准[S].

[2]SL 319—2005，混凝土重力坝设计规范[S].

[3]SL 253—2005，溢洪道设计规范[S].

[4]SL 191—2008，水工混凝土结构设计规范[S].

[责任编辑：陈泽琦]