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水库可研设计方案比选

[摘要]通过对水库所处位置的地形、地质、建筑材料、建筑物布置条件以及移民占地等方面进行经济、技术分析比较,选定合适的坝轴线以及主要建筑物型式,优化枢纽建筑物设计和型式,确定兴稷水库可研设计方案。

[关键词]坝轴线;建筑物型式;兴稷水库

1工程概况

兴稷水库位于稷山县桐下村以北0.4km处,距县城约2.0km的马壁峪西涧河道上。坝址以上控制流域面积338.8km2,总库容230.88万m3,为小(一)型水库,30年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核:施工导流围堰防洪设计标准采用5年一遇的设计标准。兴稷水库采用碾压均质土坝,最大坝高15.4m,坝长262.0m,水库总库容230.88万m3。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000),确定工程规模为小(一)型,工程等别为Ⅳ等。根据工程等别,确定主要建筑物级别,枢纽建筑物中大坝、溢洪道、导流泄洪供水洞和泄洪冲沙闸为4级建筑物,临时建筑物为5级。

2水库大坝坝轴线的比选

兴稷水库作为大水网禹门口东扩稷山县供水工程的调蓄水库,禹门口提水工程为该水库的唯一水源,禹门口二级干渠从稷山县城北部经过,汾南支线管线在稷山县东部桐上村与桐下村间通过向南经过汾河到达末端稷山县南部下费村汾南泵站二级站进水池。为减少来水的水头损失,水库选址在稷山县桐下村以北0.4km处,距县城约2.0km的马壁峪西涧河道上。马壁峪为汾河一级支流,发源于吕梁山南麓乡宁县和乐村附近,河流总长75km。峪口位于稷山县西社镇的铺头村,流域面积315.1km2,其中峪口以上流域面积245km2,峪口以下70.1km2。峪口以下经2道分水口、4条行洪河道流入汾河,其中稷山境内2条(西涧和大众涧)、新绛2条。西涧河河谷出口位于桐下村东,侯禹高速在西涧河上游距离桐下村2km处高架桥跨过河槽。高速路上游选取坝址,则淹没占地较大,存在村庄浸没和塌岸范围较大等不利因素,坝址只能在大桥和河谷出口间选择,并考虑到水库蓄水后对大桥桥墩浸水的不利因素,所以坝址宜偏向下游选取。2.1上坝轴线。上坝线位于桐上村东南下游约300m处,在下坝线(原八一水库坝址)上游约290m。坝址区河谷宽140m,地面高程402m。两岸自然边坡30°~80°,岸顶高程430~432m,相对高差30m,属于水库所处地貌单元为汾河高阶地前缘与汾河冲积平原接壤处。坝址区出露地层主要为第四系全新统洪冲积(Q4pal)低液限粘土、卵石、低液限粘土及粉土质砂,方向为SW,河谷断面呈“U”字型。库区主要存在两岸土质岸坡坍岸问题。右坝肩坡度一般40°~60°,左坝肩高程415.00m以上坡度相对较陡,坡度一般75°~80°,局部直立,高程415.00m以下坡度相对较缓,坡度一般30°~45°,宜布置溢洪道,进口布置在上游冲沟内,为改善进口水流条件需对冲沟沟口上游进行削坡处理,溢洪道左岸开挖量较大;右岸边坡高陡,坝线上下游冲沟间的山梁可布置导流泄洪洞。2.2下坝轴线。下坝线位于桐下村东北上游约300m处,此处有原报废水库八一水库坝址,右坝段溃塌,坝高10余m。坝址区河谷宽109m,地面高程400m,坝址处因有旧坝,库区淤积造成地形宽阔平坦,地形北高南低,河道平均纵坡32‰,河道比降较小。两岸自然边坡50°左右,岸顶高程430~432m,相对高差30m,属于水库所处地貌单元为汾河高阶地前缘与汾河冲积平原接壤处。坝址区出露地层主要为第四系全新统洪冲积(Q4pal)低液限粘土、卵石、低液限粘土及粉土质砂。方向为SW,河谷断面呈“U”字型。库区主要存在两岸土质岸坡坍岸问题。水库上游河道底部的冲洪积堆积层及库区两岸高阶地上的堆积层,结构松散,在暴雨及洪水冲刷下,流向库区造成淤积,另外,库岸坍塌体也可成为淤积物的主要来源。坝线位置左岸边坡较缓可布置溢洪道,但开挖量较大,新建大坝需对原有坝体进行挖除,弃方量较大,需弃渣占地。设计需要总库容为237万m3,最大坝高约12m,坝长296m,库区淹没及浸没不涉及到附近村庄移民,库区淹没占地约26.66hm2。2.3两坝轴线。主要参数及优缺点比较见表1。综上所述,两坝线均处在黄土沟壑区,地形条件相似,大坝基础处理工程量基本相同,大坝参数和淹没占地也基本相同,但下坝址两岸冲沟间距小,山梁单薄,存在坝肩绕坝渗漏隐患。根据地质报告可知,原老旧坝体为中等压缩性,土质也不均匀,不能作为坝体继续使用,需要对旧坝体进行处理,处理费用高;此外,清理原八一水库残余坝体工程量也较大。另外,下坝线主要是左右坝肩岸边分别存在2基高压铁塔(共计4基),搬迁难度大;上坝线左岸便于布置溢洪道,没有相关交叉建筑物影响,两岸坝肩相对开阔,大坝等建筑布置无其他影响。所以,设计推荐采用上坝线。

3建筑物型式选择

坝址区出露地层主要为第四系全新统洪冲积(Q4pal)低液限粘土,主要分布于河床中,浅黄色,湿,稍密,中压缩性,含零星砾石、少量钙质结核及锈黄色斑点,具湿陷性,该层层厚0.6~9.5m。该层包含2亚层:河床Q4pal低液限粘土下部为第四系全新统洪冲积(Q4pal)卵石,杂色,稍密,次磨圆状,弱风化,充填物以砂土为主,岩性为花岗片麻岩、混合花岗岩、白云岩等,可见最大粒径50cm,该层厚4.30~6.80m;其下为第四系全新统洪冲积(Q4pal)级配良好砾,杂色,稍湿,稍密,次磨圆状,弱风化,骨架充填物以砂土为主,该层厚0.50m左右,层底深度3.10m。其下为第四系全新统洪冲积(Q4pal)低液限粘土,浅黄色,浅灰色,湿,稍密,中压缩性,弱透水性,该层层厚5.2~15.1m,层底深度7~23.5m。其下为第四系全新统洪冲积(Q4pal)级配良好砾,主要分布于河床中间中下部,色杂,湿,密实,充填物为低液限粉土,可见最大粒径为7cm,该层厚1.80~4.10m,层底深度22.60~25.40m。其下为第四系上更新统洪冲积(Q3pal)低液限粘土,浅黄色,浅灰色,湿,密实,中压缩性,弱透水性,该层在勘探深度33.0m范围内已揭露最大厚度12.0m。两坝址左、右两岸均为土质岸坡,河床及河漫滩堆积主要为第四系上更新统洪冲积(Q3pal)低液限粘土、含细粒土砂及低液限粉土。从地形、地质条件看,河谷呈“U”型,谷底平坦,谷底无基岩出露,覆盖层较厚,两岸为土质岸坡,土层较厚,且具有湿陷性,不适合修筑重力坝和面板堆石坝。从筑坝材料看,坝址位于黄土区,坝址附近石料、砂料缺乏,而土料贮量丰富,通过取样试验,坝址附近土料的渗透系数、粘粒含量等各项指标均具备上坝条件,适合修建均质土坝。综合以上条件,设计推荐坝型为碾压均质土坝。

4结论

水库大坝可研设计中,坝轴线的选择应从工程建筑物布置条件、库区、坝址工程地质、库区淹没占地、库区渗流情况、拆迁移民、以及项目区外接入库条件等多个方面进行经济、技术方面的详细比较,最后确定坝址。在此基础上充分考虑地形、地质、建筑材料选择合适的建筑物型式,即碾压均质土坝。

作者:安普太 单位:河海大学

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