水庫壩型設計方案論文

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1樞紐工程選址對壩型影響

芣蘭巖河又稱虹霓河、寺頭河，是露水河的一級支流，全長54km，在山西境內長47km。河道在虹霓村至槐樹坪村形成長約2.5km的峽谷地帶，兩岸岸坡陡立，河谷底寬20～70m，且兩岸山坡多基巖裸露，因此，將虹乙水庫樞紐工程選在該河段。該段河道呈深“U”型，兩岸陡崖、陡坡基本對稱分布，從下至上有3道垂直陡崖及陡崖間陡坡組成，3道陡崖分別高約40m，20m，30m，崖頂高程分別為715．00～720．00m，735．00～750．00m，780．00～810．00m，在虹霓村口處有一滾水壩，滾水壩后為一陡坎，水流在陡坎處形成瀑布跌落河谷，瀑布高約55m。上游河段（上壩址）虹霓村滾水壩下游約1700m處河谷狹窄對稱，兩岸陡峭、巖石出露，壩址區無斷層通過，兩岸卸荷裂隙有發育，巖體相對較完整，地形地質條件比較適合混凝土拱壩、重力壩，泄洪、排沙及取水建筑物可與大壩整體布置，泄洪、排沙效果有保證；水庫正常蓄水位較高，有利于提高自流灌溉面積；大壩總體工程量較小，總體投資較省。但河谷狹窄，泄洪排沙、取水建筑物布置受到限制，在施工組織、質量控制等方面技術難度較大。下游河段（下壩址）距滾水壩約1880m處河谷相對上游較開闊，適宜壩型為混凝土重力壩，泄洪、排沙及取水建筑物可與大壩整體布置，泄洪、排沙效果有保證；泄洪排沙、取水建筑物布置相對便利。但大壩工程量大，總體投資較大。經綜合比較，兩壩址地質條件相近，工程規模相同，從主體工程投資來看，上壩址投資較少，確定上壩址為推薦壩址。

2工程地質條件

壩址區地層為單斜構造，各巖層呈整合接觸，巖層傾角平緩，呈水平狀。兩壩肩下部均為近垂直的陡崖，上部為陡坡，兩側地形基本呈均勻對稱狀，出露地層均為中厚層狀石英砂巖夾薄層粉砂質頁巖，巨厚層狀石英砂巖，巖層產狀呈近水平狀，略傾向左岸；兩岸發育較多順河床向的卸荷裂隙，近垂直狀；左壩肩陡崖中不存在無傾向河道的緩傾角裂隙面，斜坡中鉆孔揭露弱風化基巖層厚約11.8m，推測陡崖部位弱風化基巖層厚6～10m，自然岸坡和開挖切坡較穩定；右壩肩地質條件與左壩肩基本相同，但右岸巖層略傾向河道，巖層中軟弱夾層可能存在軟化現象，受擾動時巖塊可能會沿卸荷裂隙及粉砂質頁巖層面產生滑移，易產生失穩現象。壩基基巖主要為中厚層狀石英砂巖，局部夾薄層粉砂質頁巖，上部弱風化巖體中裂隙較發育，巖體完整性差，下部微風化巖體較完整。覆蓋層厚約10.5m，為砂卵石層。壩基抗滑穩定主要受粉砂質頁巖夾層層面控制，其各力學參數較低，壩基抗滑穩定較差，壩基可能會沿粉砂質夾層層面產生滑移。

3壩型比選

3.1樞紐布置方案

根據地形地貌、地層巖性、地質構造等條件，經綜合分析，由于河谷較狹窄，且兩岸陡立，壩外布置泄洪建筑物難度較大，成本過高，不具備修建堆石壩條件。壩址區附近有豐富的石料及砂礫石料，主要成分為灰巖、石英砂巖，其中灰巖約占90%，具有較好的砂石料場，且料場距壩址區僅約1.0km，能夠滿足混凝土壩砂石料需求。從泄洪建筑物布置條件來看，由于壩址河谷寬僅25m，局限于河谷地形條件，泄洪建筑物宜與樞紐工程結合布置，適宜布置混凝土溢流壩。為此，選擇拱壩和混凝土重力壩兩種方案重點對擋水建筑物、泄洪建筑物的工程布置和主要技術經濟指標進行比較。

3.1.1拱壩方案

根據工程地質情況，兩壩肩作為雙曲拱壩壩肩時穩定性較差。因此，拱壩方案擬選用混凝土重力拱壩方案。大壩由非溢流壩段、溢流壩段、泄洪排沙孔、取水口等組成。采用6拱券5不等段設計，從上而下每段高度分別為10m，10m，10m，10m，11m。每層拱券弦長68.4m，60.2m，55.6m，49.4m，45.6m。拱壩中心線與河道中心一致，壩基高程668.00m，壩頂高程729.00m，最大壩高61m。下游拱券平面采用左右岸同半徑的單圓心圓弧拱，中心角度96°，外半徑41.1m，壩頂厚度5m，壩底厚度20m，厚高比0.33，屬中厚拱壩。溢流壩段位于河床位置，分3孔布置，堰頂高程722.36m，溢流壩曲線采用WES型冪曲線，不設閘門。泄洪排沙孔位于溢流壩段，進口高程692.00m，2孔布置，孔口尺寸2.0m×2.0m。進口段設橢圓進口及漸變段，設弧形工作閘門，閘門半徑3.625m。取水口進口高程710．00m，位于左側非溢流壩段，采用壩式進水口，進水口孔口尺寸1.0m×1.0m。孔口前設攔污柵，攔污柵裝在上游壩面的支撐結構上，檢修閘門為1.2m×1.2m的鋼平板閘門，位于壩體內。漸變段長度2m，側面擴散角7°，在壩后采用直徑500mm的鋼管沿710．00m等高線順延而下，與灌溉管道相連。大壩左岸公路現已通至芣蘭巖村，故從左岸壩頂布置3.0km公路至芣蘭巖村作為上壩公路。

3.1.2混凝土重力壩方案

壩頂長95m，壩頂高程729.30m，最大壩高60m，壩頂寬4m，由非溢流壩段、溢流壩段、底孔壩段等組成。左岸非溢流壩段長43m，泄洪排沙底孔及取水孔位于該壩段。泄洪排沙孔進口高程692.00m，單孔布置，中心線樁號0+040.4，孔口尺寸2m×2m；取水孔單孔布置，進口高程709．00m，中心線樁號0+036，壩內埋直徑500mm的鋼管，垂直壩軸線布置，出大壩處設直徑500mm的閥門。溢流壩段長34m，堰頂高程722.36m，溢流凈寬30m，堰型為冪曲線，采用挑流消能。

3.1.3樞紐布置方案比較

重力拱壩方案可充分利用當地豐富的天然建筑材料，綜合拱壩突破地基礎承載力方面限制和重力壩對壩肩處理相對容易的優勢，同時有利于減少工程量，降低成本，且建筑物外形美觀，結合當地旅游開發，有較高的環境效益和社會效益。但拱壩施工難度大，曲面混凝土澆筑對模板制安精度要求較高，同時建筑物分布集中，施工組織安排難度較大，施工措施費用較高。混凝土重力壩方案可充分利用當地豐富的天然建筑材料，壩肩處理難度不大，壩型單一，施工設備少，便于施工的總體安排。但混凝土重力壩對地基承載力要求較高，基礎開挖量大，基礎處理費用較高；且壩體本身體量較大，比重力拱壩混凝土量增加約1/3，增加了工程投資。

3.2壩型選擇

地形地質條件：壩址處的地形條件對于重力拱壩明顯優于混凝土重力壩。在壩肩處理難度和投資方面，重力拱壩較混凝土重力壩難度大、投資多。壩基基巖完整性差，抗滑穩定性較弱，在壩基處理上混凝土重力壩較重力拱壩處理難度及投資會有大幅增加。工程布置條件：兩種壩型采用材料相同，均可充分利用當地建筑材料；樞紐工程建筑物布置條件略有不同，僅對施工難度稍有影響，對工程投資影響不大。工程投資：重力拱壩投資為2940萬元，混凝土重力壩投資為4003萬元。壩型選擇：從以上分析可以看出，重力拱壩除在對壩肩地質條件的適應性和處理難度及投資方面略有劣勢外，在其他方面均有較大優勢，故推薦采用重力拱壩方案。

4結論

虹乙水庫根據實際地質條件，充分考慮筑壩材料、運輸條件、施工條件、建筑物布置、建設工期、工程造價等影響因素，經過系統的技術分析論證和技術經濟比較，推薦采用重力拱壩方案。

作者:趙云雷單位:長治市水利建設投資管理中心