王家沟10万m3调蓄水池选型设计分析

薛 龙

(湖南城市学院规划建筑设计研究院漳州分院，福建 漳州 363000)

王家沟10万m3调蓄水池选型设计分析

薛 龙

(湖南城市学院规划建筑设计研究院漳州分院，福建 漳州 363000)

以兰州新区垃圾处理厂绿化水源王家沟10.0万m3调蓄水池工程设计为例，阐述了陇西黄土高原区湿陷性沟道调蓄水池工程设计须重点考虑因素及其要点。池身采用“半挖半填”与上下双池布置型式，设计总容积9.19万m3，最大蓄水量7.18万m3。按照基本挖除上部中-强湿陷性土层进行池深设计，确定沟床以下开挖总深度10.0m，净池深7.0m，两岸山体控制开挖总高度10.0m。池身主防渗采用两布一膜复合土工膜，池底及池坡结构总深(厚)度分别为3.0m与2.47m，周边布设纵横向互相连通排洪渠。上下双池分别设置独立运行的进水、交通、安全溢流及取水等相应配套设施。王家沟调蓄水池工程设计案例，总体布置与结构技术方案合理，效果良好，达到预期目的。

湿陷性黄土沟道；调蓄水池；布置型式；湿陷性与防渗；池身结构

1 工程概况

兰州新区垃圾处理厂绿化水源王家沟调蓄水池工程位于皋兰县西部，新区边缘地带王家沟东侧支沟内，沟口为兰州新区垃圾处理厂。调蓄水池距水-罗公路及水-秦快速路约800.0m，距中川机场约5.0km，距新区规划边界约8.5km。

王家沟东侧支沟属于典型的陇西黄土高原丘陵区，沟道集水面积3.4km2，沟长约3.0km，天然比降20.0‰。根据皋兰县气象站实测资料统计分析，工程区多年平均气温6.8℃；历年极端最高气温38.9℃；极端最低气温为-27.7℃；多年平均降水量250.2mm；多年平均蒸发量1846.6mm；多年平均日照时数2736.7h；多年平均风速1.7m/s；历年最大风速13.3m/s；历年最大积雪深度9.0cm；冻土深度117cm。根据《甘肃省地表水资源》中“平均年径流深等值线图”计算分析，王家沟多年平均径流深为5.0mm，多年平均径流量为1.70万m3。沟道洪水由降雨形成，多集中在5-9月，主汛期7-9月，其洪峰具有典型山区的短时集中特点。

王家沟调蓄水池工程性质为注入式调蓄水池，引水注入水源为已建成并运行多年的山字墩水库，相距约20.0km。山字墩水库调蓄水量已考虑新区厂矿企业供水及山坡绿化用水需求，并在距水库约10.0km处已建供水管线预留分水阀井，在阀井中相接11.3km长DN500球墨铸铁管压力引水管线至王家沟，引水注入调蓄水池。压力引水管线设计流量0.6m3/s，调蓄水池设计年供水总量59万m3，供水保证率为55%，要求调蓄水池总容积需达到约10.0万m3。工程设计为Ⅴ等小(2)型，主要建筑物级别为4级，防洪标准洪水重现期设计20a一遇、校核50a一遇，相应洪峰流量分别为12.40m3/s与19.50m3/s，按抗震Ⅶ度设防。

2 沟道地形及工程地质

王家沟调蓄水池池址沟道总体地势呈现东北高、西南低态势，西部、东部及北部环绕黄土梁形成沟谷，南部为沟口，北部山梁最高点高程为1928.5m；东西部山梁贯穿南北，北高南低，东部及西部山梁高程分别为1850.5-1942.5m与1851.2-1906.3m。沟谷内为台阶状旱耕梯田，上游分为两条岔沟，沟床狭窄，且坡降大，地形急剧抬升，中下游沟床相对较为平坦与宽阔，纵向长度510.0m，高程1788.5-1802.0m，高差13.5m，平均坡降为2.65%(1/37.8)，坡降较大，纵向为11级台阶，间隔25.0-100.0m沟长形成一级台阶，高差1.0-2.0m，横向宽度大部地段为50.0-60.0m，两岸岸坡山体坡比大部为1∶1.05-1∶1.70。

沟谷场地稳定，无不良地质体发育，两岸山体及沟床为al-plQ41坡积与洪积粉质壤土覆盖，层厚15.0-20.0m。按其工程地质特性不同，分上部湿陷性土层和下部非湿陷性土层，其中：上部湿陷性土层厚约8.0-10.0m，结构稍密-中密，不均质，具中高压缩自重中-强湿陷性，自重湿陷量21.8-36.7cm，湿陷总量20.0-50.0cm；下部非湿陷性土层厚度大于10.0m，结构中密-密实，具中低压缩非湿陷性。依据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)中湿陷性黄土地基的湿陷等级划分，该场地属自重湿陷性场地，等级划分为Ⅲ级，建基面预留残余湿陷量应≤7.0cm。

3 调蓄水池选型

王家沟调蓄水池池型主要结合总容积要求、沟谷地形与地貌条件、沟床宽度、自然坡降、消除地基湿陷性、防渗处理要求、山体与蓄水池总体开挖最大稳定边坡高度控制要求，以及考虑土方开挖与填筑总量利用平衡，以最大减少弃土，减小弃土场占地，进而降低工程投资等因素，调蓄水池池身设计采用“半挖半填”型式。

4 调蓄水池布置型式比选

王家沟调蓄水池的平面形状，按照充分利用沟床宽度，以最大限度增大蓄水池总容积，依据沟床等高线走势布置，呈不规则多边形状。由池深决定总容积，主要结合基本消除地基中高压缩自重中-强湿陷性、池底建基面预留残余湿陷量≤7.0cm要求，以及控制沟道横向池底最小宽度≥1.5m等因素，综合考虑确定。

沟道中下游沟床相对较为平坦与宽阔，且距新区垃圾处理厂较近，沟道上游分为两条岔沟，沟床狭窄，且坡降大，地形急剧抬升，难以利用。因此，调蓄水池充分利用相对较为平坦与宽阔的中下游沟床进行布置。根据沟床总体地形、可利用部分沟床纵向长度与横向宽度、天然坡降，以及两岸岸坡山体与沟床纵横向最大稳定开挖边坡高度控制等因素，并考虑充分利用沟床宽度增大总容积，对调蓄水池布置型式选定三种技术方案进行比选。

在不同布置型式技术方案比选中，池顶以下最大稳定开挖深度按照基本消除地基湿陷性，以及防渗处理层厚度技术要求总计10.0m进行设计，周边排洪渠渠底以上沟道两岸岸坡山体与沟床纵横向开挖边坡最大稳定高度按照10.0m进行控制确定，水池迎水面侧内边坡设计坡比为1∶2.0，填方外边坡设计坡比为1∶1.5，池顶设计宽度3.3m，净宽度为3.0m。周边排洪渠均按照梯型断面、渠底净宽1.5m、净深2.0m，以及两侧边坡挖方坡比1∶1.0、填方坡比1∶1.5进行设计。

4.1 方案一：单池分台阶布置型式

本技术方案设计池顶高程为1792.00m，根据沟床纵向不同台阶地形与天然坡降，为有效降低沟道两岸岸坡山体与沟床纵横向开挖边坡高度，保证池底最小宽度，池底沿沟道纵向分为不同高程三台阶，确定上游台阶部分池深2.5m，池顶以上最大开挖高度为10.30m；中游台阶部分池深5.0m，池顶以上最大开挖高度为3.73m；下游台阶部分池深7.0m，其中最大填方高度3.0m。沿沟道纵向池长460.81m，沟床纵向充分利用，设计总容积4.82万m3，设计最大蓄水量3.78万m3。上游台阶部分池身全部位于深挖方地段，由于池顶以上开挖高度较大，造成池底宽度大幅度减小，不能形成大容积池身；下游台阶部分池身由于较大范围由填方所形成，池底宽度与池身容积相应也大幅减小[1]。

本技术方案调蓄水池主要存在总容积较小，不能满足要求，且上游台阶部分池身周边池顶以上均存在开挖高边坡，防护工程量大，沟床大深度开挖后不能利用，开挖所形成的永久高边坡存在一定安全风险[2]。

4.2 方案二：全断面开挖布置型式

考虑沟道黄土地基的中-强湿陷性，为消除湿陷性，提出调蓄水池全部池身均由开挖形成技术方案。调蓄水池按照“纵横向全断面开挖”型式进行布置与设计，设计池顶高程为1789.50m，设计池深7.0m，池顶以上最大开挖高度为10.1m。沿沟道纵向池长394.67m，纵向沟床不能充分利用，全部池身均位于挖方地段，其中：沟道上游段110.0m长池身池顶以上开挖高度在8.5m以上；沟道中游段160.0m长池身池顶以上开挖高度在5.2m以上。本技术方案设计总容积、最大蓄水量及其存在问题与方案一基本相同。

4.3 方案三：双池布置型式

本技术方案按照池坡最大开挖高度4.0m及填方最大高度3.0m进行控制，根据沟床纵向不同台阶地形与天然坡降，为有效降低沟道两岸岸坡山体与沟床纵横向开挖边坡高度，充分利用沟床宽度以增大调蓄水池容积，沿沟道纵向布置为独立运行双池，分为上池与下池，设计池深相同，均为7.0m，池顶设计高程分别为1799.00m与1791.00m，上下两池高差8.0m，沟道纵向两池池顶相距29.38m。上池沿沟道纵向池长235.54m，设计总容积4.48万m3，最大蓄水量3.48万m3；下池沿沟道纵向池长224.94m，设计总容积4.71万m3，最大蓄水量3.70万m3。两池合计沿沟道纵向总池长460.48m，设计总容积9.19万m3，最大总蓄水量7.18万m3，总容积满足要求。

本技术方案调蓄水池全部池身池坡开挖与填方高度适中，有效并充分利用了沟床纵向长度与横向宽度，全面有效增大了水池总容积，且有效避免了开挖高边坡，消除了永久高边坡安全隐患。

4.4 布置型式确定

综合分析比较，方案三调蓄水池双池布置型式，设计总容积与最大总蓄水量为最大，相对方案一与方案二，总容积增加较多，基本达到10.0万m3，可满足调蓄供水总量技术要求，且双池独立调蓄供水运行，供水保证率高，可根据不同供水区，分别设置取水泵站供水，调蓄供水方便灵活，分别单独进水、蓄水与取水，其相应配套设施也各自独立设置与运行。有效避免了周边开挖高边坡，降低了防护工程量，消除了永久高边坡安全隐患，上下双池布置型式优点明显。因此，推荐采用方案三，即双池布置型式做为调蓄水池的总体布置设计技术方案。

[1]崔魁.宁夏扬黄灌区微灌调节水池优化布置研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2015.

[2]姜薇,梁秀娟,肖长来.黄陶勒盖沙漠地表蓄水供水贮水池的设计[J].人民黄河，2012(06)：89-90.

1007-7596(2017)07-0097-03

2017-06-20

薛龙(1989-)，男，陕西子长人，助理工程师，从事水利水电建筑设计工作。

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