内蒙乌后旗大坝口水库改扩建工程设计方案

程晓鸣 潘玉龙 赵国杰 赵新波

乌拉特后旗位于内蒙古自治区巴彦淖尔市西北部,距巴彦淖尔市50 km。南与杭锦后旗、磴口县相连。大坝口水库位于狼山山脉中段前缘的大坝沟沟口,在乌拉特后旗旗府巴音宝力格镇以西5 km处,是内蒙古西北地区狼山水系防洪工程治理规划中的一项重点工程。

大坝沟在狼山山脉中段前缘,是狼山西部地区较大的沟谷之一。流域面积377 km2,沟长 60.1 km,比降1.6%；沟谷蜿蜒曲折,呈NE—SE向分布,两岸山峦起伏,坡度陡峭,临近库区相对高差为80～130 m。主要支沟有德尔音高勒、沙尔垴辉音高勒、阿勒特高勒。

20世纪以来,大坝沟山洪频繁发生。1919年降雨两天一夜,山洪冲断乌加河,直抵陕坝(杭锦后旗),骆驼在洪水中象飘葫芦一样；1934年阴雨1个月,山洪不断；1943年发山洪,淹地4～5 hm2；1955年发山洪22 d,乌北、乌南再次一片汪洋,成为水乡泽国；1975年8月5日特大暴雨,大坝沟洪峰流量达1 640 m3/s,沟中所做的防洪工程全部冲垮,使乌拉特后旗、杭锦后旗损失严重。

现状大坝口水库工程于1996年冬天开工,主体工程于2000年完工。设计总库容98万m3,兴利库容46.6万m3。设计洪水标准为20年一遇(P=5%)洪水,校核洪水标准为100年一遇(P=1%)洪水,坝型为C15细石混凝土砌块石单曲拱坝。

大坝口水库建成后,随着乌拉特后旗改革开放的深入发展,全旗经济迅速发展。为满足旗府、下游东升庙大坝口工业园区内的紫金公司以及下游总排干渠、团结灌区的防洪要求,同时提供旗府城镇供水及坝址附近紫金公司等部分工矿企业的工业用水,更好地发挥大坝口水库工程效益,提高水库防洪、供水综合利用的能力,提出将以灌溉、供水、缓洪、调洪为主要任务的现状小(Ⅱ)型水库改扩建为以防洪为主、结合供水任务的中型水库。

1 工程区地质条件

大坝口水库改扩建工程位于大坝沟沟口附近,该沟谷段长约300 m,沟谷宽25～40 m,为基本对称的V形谷。

工程区地层主要为元古界狼山群变质岩(PtL)、新生界第四系(Q)及燕山早期花岗岩。

工程区位于狼山复背斜的南翼,局部小褶曲发育。岩体片理走向NE60°～80°,倾向NW,局部倾向SE,倾角60°～75°。其主体构造线方向为NE,与狼山山链走向大体一致。主要构造形迹为挤压破碎带及裂隙。工程区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水；工程区岩体中缓倾角结构面不发育,亦未发现大的顺河向结构面,两岸发育的挤压破碎带规模小,性状较好,坝基(肩)岩体抗滑稳定性较好。

根据1/400万《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2001),按50年一遇超越概率10%,一般场地类型的设防水准,工程区地震动峰值加速度为0.15g,反映谱特征周期为0.35 s,相当于地震基本烈度7度。

2 大坝口水库改扩建工程方案比选

大坝口水库改扩建工程设计洪水标准(重现期)为50年一遇,校核洪水标准(重现期)为500年一遇。

根据坝址区峡谷两岸陡峻、沟谷深切的自然特点,并充分利用现状拱坝,在坝址区原截流墙上游共布置了3条坝轴线,自上至下依次为上、中、下坝轴线,中坝线为现状浆砌石拱坝位置。相邻坝轴线间距:上坝线距中坝线约20 m、中坝线距下坝线约43 m。大坝口水库改扩建工程坝轴线选择以充分利用坝址区的地质、地形条件为原则,本着尽量采用当地材料筑坝,针对浆砌石重力坝和浆砌石拱坝两种坝型分别拟定坝轴线。在对坝体工程量、施工方法、运行维护等指标进行综合分析比较的基础上,确定经济合理的坝轴线。

经分析计算,上、中坝轴线宽高比分别为3.27,3.29。地形、地质条件满足修建拱坝的要求。下坝线地形宽高比为2.65,不满足修建拱坝的要求。3条坝轴线地形、地质及水文地质条件大体相似,坝基(肩)可利用岩体为弱风化的二云母石英片岩、变粒岩及碳质变粒岩,次块状结构,岩体较差—较完整,相比较而言,变粒岩岩体完整性较好。经工程处理,3条坝轴线均具备修建中等高度的混凝土坝或浆砌石坝的地质条件。针对上述3条坝轴线,分别拟定相应的坝型如下:在上坝线处新建浆砌石双曲拱坝；在中坝线处进行原拱坝扩建,扩建方案分为浆砌石双曲和单曲拱坝两方案；在下坝线处新建浆砌石重力坝。

由于各方案金属结构和机电设备投资接近,故仅对土建工程进行比较。各方案的主要土建工程量、投资见表1。

表1 各方案土建主要工程量表

从表1看出中坝线单曲拱坝方案、下坝线方案工程量较大,投资较高。上坝线方案与中坝线的双曲拱坝方案相差不多。但中坝线的双曲拱坝方案存在以下问题。

(1)右岸坝下游由于冲沟的切割,且受现状拱坝中心角的限制,拱座可利用岩体相对单薄,对拱座稳定不利。

(2)由于旧坝作为新坝坝体的一部分,它将与新坝一同承担外力,需要对旧坝坝体砌石的物理力学性质进行鉴定。

(3)旧坝位于新坝的底部,由于两坝半径不同,使得旧坝在新坝体内平面位置也在变化。如果新旧坝结合不好,各自为体,则新坝坝体应力很复杂。

(4)旧坝坝体下面的岩石破碎带不易处理。

经分析比较,确定上坝线新建细石混凝土砌块石双曲拱坝方案为推荐的建设方案。

3 大坝口水库改扩建工程设计方案

大坝口水库改扩建工程主要建筑物包括挡水建筑物、泄洪建筑物、排沙建筑物、取水建筑物等,总库容为1 172.0万m3。

新建拱坝采用变圆心变半径的双曲拱坝,左、右半拱采用非对称形式。河床部位拱坝建基面高程定为1 068.00 m,坝顶高程为1 122.60 m,最大坝高为54.6m。拱坝顶拱外半径为110.00m,中心角为105.51°,坝顶轴线长度202.57 m。坝顶厚度4 m,不计防渗面板的坝体底部厚度15.2 m。

泄水建筑物采用开敞式溢流表孔,溢流堰顶设置在防洪高水位1 115.33 m高程,堰顶展开总净宽度70 m,共设7孔,居中对称布置,单孔净宽10 m。出口采用挑流消能。冲沙底孔底设置在高程1 090.0 m,设置2孔,单孔尺寸为4 m×3.4 m(宽×高),用于汛期洪水来临时冲沙泄洪。

水库引水采取分层取水方式,Φ 300引水钢管紧邻溢流段左侧埋设于坝内,共分4层,分别设在1 092.5,1 102.5,1 104.5,1 107.5 m高程处。坝后设闸阀室。

4 结 语

大坝口水库改扩建工程的设计方案已通过审批、立项,目前正在进行项目建设的前期勘测、设计工作。