石佛寺水库工程总体布设综述

尹丽丽

(辽宁省建平县水资源管理办公室，辽宁 建平 122400)



石佛寺水库工程总体布设综述

尹丽丽

技术论坛

(辽宁省建平县水资源管理办公室，辽宁 建平 122400)

在本着利于水库管理和发展的前提下，对水库的总体工程布设进行论述,其中中坝址方案的方案可以代替下坝址方案的所有功能，经过对比分析弧门方案除直接投资较大外，在其他方面均优于双扉门方案，所以选取了弧门方案来，同时弧门方案所具有的一些综合效益是其他方案所不能替代的，所以优先选择弧门方案。

坝址；弧门；总体布置；枢纽布置；石佛寺水库

1 坝址比选

石佛寺水库是辽河干流上唯一的一座控制性工程，坝址位于辽宁省沈阳市新城子区黄家乡和法库县依牛堡乡石佛寺水库在七星山坝址、石家荒地坝址和珠尔山坝址(以下分别简称下、中、上坝址)之间进行比选，以确定最合适的水库位置。

水库下坝址是20世纪50年代最初确定的坝址，左岸为一石质山头，即七星山，右岸为贺尔海村附近的二阶台地，主坝长8800m，左侧还可利用沈北大堤作为副坝。当时库区内荒地沼泽地较多，土地开发利用程度较低，人口也没有现在稠密。国营724厂试弹靶场也是在1956年才建成使用的。当时选择七星山坝址，正是考虑了该处地形、地势条件较好，水库回水距铁岭市较远，为水库增大库容留有较大余地等优点。

石佛寺水库中坝址是1995年初，针对下坝址库区内有724厂试弹靶场和锡伯族少数民族动迁的难题而提出来的坝址方案。该坝址方案主坝自右岸的石家荒至左岸辽大农场附近，折向东到大丁字泡附近，再折向北，至西小河村北，主坝全长12.43km。副坝利用原辽河大堤及支流回水堤加高配厚而成，左右岸副坝共长33.7km。

石佛寺水库上坝址也是1995年初，针对下坝址提出的比较坝址，水库主坝自左岸的珠尔山坝至右岸的宁蒙山，总长5985m。副坝利用原辽河大堤及支流回水堤加高配厚而成，左右岸副坝共长21.3km。此方案主、副坝长都比中坝址短，能够减少工程量，但由于库区回水和库末端泥沙淤积，将使铁岭市城区附近辽河部分的地下水位抬高，可能造成城市浸没问题，同时泥沙问题也将影响铁岭市排水，故舍弃此方案[1]。坝址的确定，主要在中坝址和下坝址两者中进行比选。

1.1 地形、地势和地质条件比较

石佛寺水库下、中两坝址均在沈阳市新城子区的黄家乡和法库县的依牛堡子乡境内，两坝址相距约10km，辽河在该段基本上是东北-西南走向，地形和地势也同处于辽河冲积平原北部与铁岭丘陵的相接地带，河谷比较开阔，河道蜿蜒曲折，沿河两岸多废河道及牛轭湖，总体地势是由东向西，由两侧向辽河平缓倾斜，其间偶有少数凸凹起伏和坑洼湿地，库区内一、二级阶地的地面高程在45～60m左右，一期工程淹没区内地面高程为42～49m。剥蚀地形分布于两坝址的坝头附近，堆积地形广泛分布。河槽宽100～200m左右，河床标高为39m(七星山)～41m(石家荒)，低漫滩高于辽河水面2～3m，地面相对高差1～3m。七星山为鞍山岩，石家荒(帽山)、团山、南山及珠尔山等为震旦系混合岩。两方案主坝等主要建筑物基础均有液化问题需要处理。因此，从地形、地势和地质条件看，两坝址方案基本相同。

1.2 水工总体布置比较

下坝址的远期工程布置，除泄洪闸外，还包括拦河坝(坝长2140m)，右主坝(坝长6770m)、左侧副坝(坝长17500m，可利用现有的沈北大堤10700m)。在主、副坝中，除拦河坝和左侧副坝有6800m为新筑工程外，其余的主、副坝均可利用经整修、加固处理的现有堤防；中坝址远期工程布置，除泄洪闸与下坝址方案相同以外，其余均为新筑工程，挖填方工程量较大[2]。故此，就远景工程来讲，下坝址方案要明显优于中坝址。

就一期工程来讲，下坝址的库区各支流，如西小河、长河、羊肠河、万泉河等均需修回水堤作为副坝，连同辽河左、右两侧其他副坝，总长达47.3km；中坝址的左、右岸副坝与拉马河回水堤总计长度为33.7km。因此，一期工程的中坝址方案要优于下坝址方案。

1.3 水库库区淹没比较

由于两坝址方案所处地区的地形、地势比较相近，二期工程正常蓄水位下的淹没面积无明显差别。但是下坝址方案，库区内有国营724厂试弹靶场和锡伯族少数民族动迁问题，尤其是试弹靶场动迁问题。经多次与有关部门进行榷商，中国兵器工业总公司军品局，于1993年8月以兵军[1993]224号文明确表示 “国营724厂在保军中具有重要作用，必须保留”，“建议对水库建设方案进行多方案比较，避开724靶场”。另外，下坝址库区内是锡伯族的发祥地和聚居地，共有锡伯族约0.74万人，搬迁锡伯族也将遇到较大困难。而中坝址方案既可以避开724厂靶场，又可以较少的动迁锡伯族居民。

1.4 一期工程投资比较

下坝址方案的估算总投资为21.76亿元，其中工程投资约为10.76亿元，靶场动迁投资约为11.0亿元，占总投资的一半以上，造成极大的资金浪费；中坝址方案的估算总投资为13.55亿元，远小于下坝址方案的总投资金额。故在一期工程投资方面，中坝址方案明显优于下坝址方案。

2 枢纽布置

水利枢纽的布置需要把各建筑物有机的、互相关联的妥当安排，使其各得其所，即要安全可靠，又要经济合理，要尽可能保证施工互不干扰，还要考虑管理运用方便。本枢纽工程包括：拦河主坝、副坝、泄洪闸、水库范围内辽河支流的改造工程、交叉建筑物工程、水库管理局土建工程等[3]。

2.1 拦河主坝及副坝布置

拦河主坝根据地形条件布置成折线型，其右端AA点布置在石家荒地，经祁家围村堤V2点到大、小丁家泡之间的C′点、原西小河堤的D点，与原辽河大堤相连利用原堤线延至西小河山的F点，其中在原辽河主河道附近嵌有泄洪闸，主坝总长12.432km，其中新筑坝段10.927km，与辽河大堤相结合段1.505km。

副坝在现状堤防基础上加高培厚。分为左副坝和右副坝。其中左副坝起点F点设在西小河口村，终点设在药王庙，由两自然段组成，长度为9307m。右副坝起点EZ1设在石家荒地的帽山，从石家荒地的帽山，经过南山、拉马河、李家窝堡、莲花台、石砬子、胡家窝棚至阿吉堡子和古城子之间的陡坎高地处。根据地形、地质及原有资料情况，右副坝共分七段，从下游至上游依次为：祝家堡段、陈平堡段、拉马河口段、李家窝堡段、莲花台段、石砬子段、胡家窝棚段。

2.2 泄洪闸及泄水洞布置

2.2.1 泄洪闸的布设位置选择

规范合理的布置泄洪闸是水库防洪安全的重要保证。泄洪闸的布置不仅要考虑到地质结构、经济、工程量、结构安全、建成后的运行管理等方面，还要综合考虑库区淹没影响和生态环保等问题。

根据前期的地质勘测结果，适宜布设泄洪闸的位置有两个，分别是：拦河主坝右端的主河道上和主河道左侧台地上。分别对这两处闸址进行比较分析，以选择其中最合适的位置布置泄洪闸[4]。

方案①泄洪闸布置在主河道上：闸与河道基本垂直，闸两端与主坝相连，闸堰顶高程为41.00m，净宽200.00m，共设16孔，每孔净宽12.50m。泄水洞设在泄洪闸左侧，洞底高程与堰顶相同。闸布置在河道上，使河道水流上下游衔接顺畅，闸堰顶高程可设置较低，使泄量增加，开挖量最少。该方案的主要缺点是：由于水库地形的原因，在宣泄洪水时水流条件较差，特别是沿拦河主坝左段，可能出现顺坝向的水流，影响泄量的同时还会侵蚀部分坝段，给坝体的安全带来隐患，这就必须在局部坝段加强防护，增加了工程量[5]。

方案②泄洪闸布置在河左岸滩地上：在方案①的基础上把泄洪闸平行向左侧移动60.0m至滩地上，此方案泄洪条件较前方案好，满足泄洪要求。但由于泄洪闸局部移至台地，大大增加了闸上游引渠及下游尾渠的开挖量，很不经济。

根据库区地形、坝线布置、地质条件、工程量以及运用条件等因素综合考虑，决定采用方案①，将闸位布置在拦河主坝右端的主河道处，泄洪洞设在泄洪闸左端。

由于闸前水位变幅不大，坝高较低，泄水流量较大，采用无胸墙的开敞式水闸。泄水洞布置在泄洪闸左侧，能使进出闸水流平顺均匀，闸中心线基本与河道中心水流方向一致。

2.2.2 泄洪闸的闸门型式选择

泄洪闸的闸门型式选择两种方案进行比较：异型双扉门方案和弧形门方案。两种方案中闸门的总净宽均为200.00m，共设16孔，每孔净宽12.50m。

异型双扉门方案：闸室堰面采用平底宽顶堰，闸底板高程41.00m，与河底高程相同。闸底板顺水流方向长23.50m，底板厚1.50m，底板齿墙深1.00m。闸墩长21.50m，闸墩顶高程53.20m。中墩厚3.00m，共8个；缝墩厚3.50m，共7个；边墩采用直墙式。闸墩下游侧设置交通桥，交通桥中心线与坝轴线重合，桥面宽6.00m，桥面高程53.20m，交通桥采用T型梁简支结构。闸墩上游侧设置排架，工作桥布置在排架上，顶高程62.20m。

弧门方案：闸室堰面采用平底宽顶堰，闸底板高程41.00m，与河底高程相同。闸底板顺水流方向长31.70m，底板厚1.50m，底板齿墙深1.00m。闸墩长30.70m，闸墩顶高程53.20m。中墩厚3.00m，共8个；缝墩厚4.00m，共7个；边墩采用直墙式。闸墩上游侧设置交通桥，交通桥中心线与坝轴线重合，桥面宽9.50m，门机轨距6.5m，桥面高程53.20m，交通桥采用T型梁简支结构。

异型双扉门方案和弧门方案在技术上均是可行的，两方案各具特点，具体比较如下。

1)设计技术比较：两方案设计在技术上均可行，但双扉门方案存在着上、下闸门间止水处理等技术难题；弧门方案的工作门没有门槽，水流不产生突变，过流条件比双扉门方案好。此外，弧门方案没有高排架，整体造型较矮，抗震性能也比双扉门方案好。弧门方案在结构设计中，技术上更为安全可靠，优于双扉门方案。

2)经济比较：对上述两方案进行水工、金属结构、电气等方面的综合经济比较。弧门方案的投资为15852.6万元，双扉门方案的投资为14293.88万元，弧门方案比双扉门方案多投资1558.72万元。因此，从工程投资的角度上讲，双扉门方案更加经济。

3)施工比较：两方案的施工精度要求均较高，施工条件与难度也基本相同，但双扉门方案上、下扉门间的止水难度较大，在施工上稍逊于弧门方案。

4)管理运用比较：弧门方案闸门开度可任意调节，调节流量比双扉门(只能有一、二个开度)方案灵活。根据本工程水闸较宽，同时防洪时要求严格控制泄量的特点，弧门方案更利于防洪时的管理调度；双扉门方案上、下扉门之间的止水难度较大，不利于蓄水期的管理运用。因此，从管理运用的角度上看，弧门方案远远优于双扉门方案。

5)综合利用比较：随着社会的发展，要求水工建筑物不仅能满足使用功能，还应综合考虑其他功能。石佛寺水库地处沈阳市近郊，是旅游的黄金地段，水库枢纽的兴建，形成了一个新的旅游景区，因此库区内的建筑要尽量符合美观要求。弧门方案较之双扉门方案布置平整、美观，与周边建筑物及景物协调一致，因此，弧门方案更利于水库枢纽的综合发展。

3 泄洪闸、泄水洞的总体布置

3.1 泄洪闸总体布置

石佛寺水库泄洪闸纵向全长约为1250m，包括上游连接段、闸室段和下游连接段三大部分。其中上游连接段包括引渠、上游护底、上游铺盖、翼墙和护坡；闸室段由底板和闸墩、闸门、工作桥、启闭机室、交通桥等组成；下游连接段包括斜坡段、消力池段、海漫段、防冲槽、尾渠以及两岸的翼墙与护坡。

3.2 泄水洞总体布置

为了给二期工程及水库蓄水作准备，根据下游环境用水及农业灌溉需要小流量泄流的要求，在泄洪闸左侧设一泄水洞，设计流量60 m3/s，孔口尺寸3m×4m，采用竖井式结构，顶高程53.20m，洞后接混凝土方涵，上面填筑土坝材料至坝顶高程53.15m，出口消能与泄洪闸共用一个消力池。本次设计时，一期工程泄水洞只做检修门槽和工作门，暂不设置检修门及启闭设备，待二期工程兴建时再行增设即可。

泄洪闸镶嵌在主坝中，与坝轴线平行，右岸边墩与主坝用刺墙连接。刺墙长20.00m，顶宽0.50m，上下边坡均为1∶0.02，顶高程50.50m，底高程39.50m。泄洪闸总宽257.00m，桩号从0+168.00到0+425.00，溢流总净宽为200m，共分16孔，每两孔一联，共八联。闸下采用底流式消能，下游翼墙的扩散角为7°。

1)上游连接段

引渠底高程41.00m，两侧用干砌石护坡，护坡长度100m，边坡1∶3.5，护砌厚度40cm，干砌石护坡下用20cm碎石和一层无纺布作反滤层，防止护坡下填土的颗粒被淘刷带走。上游护底采用浆砌石结构，长30.00m，宽377.5m，厚0.40m，齿墙深2.00m，浆砌石下铺20cm碎石垫层。上游混凝土铺盖长27.00m，厚0.40m，齿墙深2.00m，铺盖下铺10cm素混凝土垫层。右侧翼墙平面上用直线段和圆弧段与闸室段连接，直线段长25.00m，圆弧段半径25.00m，圆心角70°。左侧翼墙与泄水洞边墩相联，采用1/4椭圆型曲线，长轴半径40m，短轴半径20m，直线段长度40m，坝轴线方向水平投影长80m。

2)闸室段

闸室堰面采用平底宽顶堰，闸底板高程41.00m，与河底高程相同。经过金属结构方案比较后决定，工作门采用弧门。工作门前只设检修门槽，Ⅰ期工程不蓄水时不做检修门，不设启闭设备。闸底板顺水流方向长31.70m，底板厚1.50m，底板齿墙深1.00m。闸墩长30.70m，闸墩顶高程53.20m。中墩厚3.00m，共8个；缝墩厚4.00m，共7个，缝间设双层橡胶止水带；边墩采用直墙式。闸墩上游侧设置交通桥，交通桥中心线与坝轴线重合，桥面宽9.50m，桥面高程53.20m，交通桥采用简支T型梁结构。为满足Ⅰ期工程可能出现的蓄水要求，需要布置检修门门机轨道，轨距6.50m。门机梁高1.3m，梁肋宽350mm；其它梁高1.1m，梁肋宽250mm。闸墩下游侧设置工作桥，桥面宽6.00m，桥面高程57.00m，工作桥亦采用简支T型梁结构，梁高1.0m，梁肋宽250mm，桥上布置启闭机室，启闭机室净宽3.5m，净高4.0m。启闭机室分缝与闸室分缝一致，两孔设一沉陷缝。

3)下游连接段

斜坡段是联接闸室段和消力池的过渡段。斜坡段长14.00m，坡度1:5，在斜坡和闸室底板之间布置一0.50m水平段，斜坡段总长14.50m，上游齿墙深1.50m，底板厚1.00m，底板下铺10cm素混凝土和20cm碎石垫层。斜坡段两侧采用悬臂式挡土墙。

消力池采用矩形断面，池深2.80m，池长34.00m，底板顶高程38.20m，底板厚度1.00m，底板上设排水孔，孔径50mm，孔距1.50m，梅花型布置。底板下铺10cm素混凝土、20cm碎石及一层无纺布。消力池末端设池坎，坡度1:1，坎顶高程41.00m，顶宽1.00m。消力池末端齿墙深2.20m，底宽1.00m。两侧采用悬臂式挡土墙。

护坦段长30.00m，底板顶高程41.00m，混凝土底板厚1.00m，上、下游齿墙深1.50m，齿墙底宽1.00m。底板上设排水孔，孔径50mm，孔距1.5m，梅花型布置。底板下铺10cm素混凝土、20cm碎石及一层无纺布。两侧采用悬臂式挡土墙。

海漫段长60.00m，底坡1∶30，底板顶高程从41.00m降至39.00m。浆砌石底板厚1.00m，上、下游齿墙深1.50m，齿墙底宽1.00m。底板上设排水孔，孔径50mm，孔距1.5m，梅花型布置。底板下铺20cm碎石及一层无纺布。两侧采用悬臂式挡土墙。

防冲槽段长47.96m，其中上游斜坡段长15.00m，底板采用干砌石结构，坡度1∶5，底板高程由39.00m降至36.00m。上游齿墙深1.50m，齿墙底宽1.00m；下游齿墙底高程34.00m，齿墙宽1.50m。防冲槽开挖底高程36.00m，长20.00m，抛石填筑到38.00m高程，38.00m～39.00m高程填筑铁丝石笼，下游用1∶5反坡与尾渠相连，反坡段高程由39.00m升至41.00m，长10m，采用40cm厚干砌石结构。干砌石下铺20cm碎石垫层及一层无纺布。防冲槽左、右两侧开挖边坡1∶3.5，采用40cm厚浆砌石护坡，浆砌石护坡下铺20cm碎石垫层。

反坡段后接尾渠与原河道相连，尾渠底高程41.00m，尾渠左岸开挖边坡1∶3.5，右岸回填边坡1∶3.5，左、右岸均用40cm厚干砌石护坡，护坡长度200m，干砌石护坡下面设20cm厚碎石和一层无纺布。

4 泄水洞工程布置与结构型式选择

泄水洞孔口尺寸为3m×4m，桩号从0+425.00至0+431.00，为单孔泄流。泄水洞闸室底板长16m，宽6m，厚1.5m。工作门槽和检修门槽间设有胸墙，胸墙顶高程53.20m，底高程45.00m，厚40cm，并设上、中、下3道横梁，以加强胸墙整体强度。工作门槽下游设挡土墙，挡土墙顶高程53.20m，底高程45.00m，挡土墙底板厚1m，与闸墩整体浇筑，泄水洞左边墩为扶壁式挡土墙结构，踵板长8m；右边墩为直墙式。泄水洞方涵直线段长27m，后接转弯段，转弯半径为15m，圆心角42.17°，伸入消力池内1m。

5 交通工程及水库管理局布置

5.1 对外交通

石佛寺水库枢纽区段内的203国道，是对外交通的主要通道。其与枢纽在大丁家泡处与主坝相交，由于左右副坝利用原辽河大堤，副坝对外交通共设12个交叉段，与相邻公路相接，引路段共长4.0 km，主、副坝无对外交通要求。

由于西小河改道把203国道切断，需新建交通桥一座，长64m。同时，为管理和便民需要建一座便桥跨西小新桥，桥长为40m。为右副坝交通连接，陈平堡至南山穿越拉马河修建交通桥一座，长约50m。

5.2 内部交通

枢纽内部交通，主要利用主、副坝坝顶。主、副坝坝顶设计宽度均为6.0m，路面为泥结石和部分沥青混凝土路面。长度共约42.60km，能够满足内部交通要求。

5.3 水库管理局工程

为方便职工生活和库区管理工作的开展，水库管理局分设二处，管理局机构设置在沈阳市浑南区，坝址附近设有水库前方管理所。共占地2.3 hm2，建筑面积8165m2。

6 结 语

中坝址方案可以代替下坝址方案的所有功能，又可以避开长河污水进入库区，减少了向城市供水时水质处理的措施和费用；通过西小河改道和万泉河的整治可以减轻远期蓄水运用时对水库周边的浸没影响；同时也不会对铁岭市产生安全威胁。因此，中坝址方案是现实可行的，最终决定将水库布置在石家荒地坝址。通过以上几个方面的比较，弧门方案除直接投资较大外，在其他方面均优于双扉门方案，同时弧门方案所具有的一些综合效益的经济价值是很难计量的。

[1]刘远征,杨子荣,吴勇.锦凌水库坝址工程地质与评价[J].东北水利水电，2005(02)：32-35.

[2]许道龙.涡河大寺枢纽工程总体布置方案分析[J].水利规划与设计，2005(04)：67-68.

[3]项武林.三河水电站工程总体布置设计[J].科技资讯，2007(22)：13-15.

[4]张伟.温泉水电站工程总体布置设计[J].黑龙江水利科技，2014(01)：97-100.

[5]许道龙.涡河大寺枢纽工程总体布置方案分析[J].水利规划与设计，2005(04)：111-113.

2016-08-21

尹丽丽(1977-)，女，辽宁建平人，工程师。

1007-7596(2016)09-0052-05

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