下泊水库工程坝址和坝型比选方案设计

孙文龙

(辽宁省大石桥市建一水利服务站， 辽宁 大石桥 115100)

下泊水库工程坝址和坝型比选方案设计

孙文龙

(辽宁省大石桥市建一水利服务站， 辽宁 大石桥 115100)

下泊水库是固村河唯一的控制性调蓄工程。工程区的地形地质条件是决定坝址选择的关键因素，而坝址是确定坝型的基础。对比拟选的两个坝址，其工程地质条件无大的差异，对建坝无制约性因素。对坝型确立的几方面要素进行系统分析，对混凝土面板堆石坝、沥青混凝土心墙堆石坝及均质土坝三种坝型进行技术比较，确定三种坝型均满足建坝要求，从防渗性能、坝体结构稳定性、施工条件等方面综合比较之后，认为混凝土面板堆石坝更有优势。

下泊水库； 坝址； 坝型； 对比

1 前 言

下泊水库位于固村河泊圪塔村河段，行政区划属于山西省晋城市沁水县柿庄镇。柿庄镇可用地表水源主要是柿庄河及其上游支沟固村河、杨村河，目前各条河沟上均未修建调蓄工程。为有效利用雨洪资源，提高防洪减灾抗旱应急能力[1]，改善生态环境，实现沁水县经济社会可持续发展，构建全县“H”形(两纵一横)、多源互补、稳定可靠、配置高效的大水网，形成覆盖全县的供水水系，建设下泊水库及配套供水管网是非常必要的。

坡体稳定性对工程影响以及工程处理难度是坝址选择的主要影响因素[2]。通常每个坝址都有几种坝型方案供选择，各个方案互有优缺点[3]。根据下泊水库所在地区地形地质条件等有关情况的详细论证，提出3种坝型方案，通过比较获得最优坝型。

2 工程区流域概况

沁河是晋城市境内最大的河流，属黄河支流。沁河流域内大部分为土石山区，尤其是郑庄镇以上的沁河干流两岸，峰峦重叠、山高谷深、盆地穿插、地形相当复杂(见图1)。沁河流域地貌在沁水境内主要为山丘河谷盆地。固村河位于柿庄河右岸支流，为端氏河的二级支流，流域内自然村10个，人烟稀少，森林覆盖较好。固村河至柿庄村村西入河口，河长15.1km，流域面积58.9km2，流域平均比降15.45‰，到下泊水库断面河长11km，控制面积42.3km2，平均比降17.13‰。拟建下泊水库是固村河上唯一的控制性调蓄工程。

3 坝址的选择

3.1 工程等别

下泊水库总库容290万m3，设计水平年控制下游灌溉面积9254亩。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2000)，该工程为Ⅳ等小型工程，最大坝高37.9m，根据有关规定，主要建筑物为4级，包括大坝、导流泄洪供水洞及溢洪道。该工程设计洪水标准为30年一遇，相应洪峰流量Q=287.3m3/s，校核洪水标准为300年一遇，相应洪峰流量Q=591.9m3/s。

图1 下泊水库流域所在位置示意图

3.2 坝址选线

对固村河出口以上河段进行踏勘，整个踏勘河段地形条件较为一致，均没有较为开阔的库盘地形，且河床内多分布自然村庄。其中自固村河出口向上游至泊圪塔村约4km河段，两岸岸坡平缓，沟壑纵横，村落密集，间距0.3～0.8km不等；从泊圪塔村向上至团立村，河长约1.7km，两岸地形相对陡峻，多冲沟发育，时有基岩出露；从团立村向上，村落分布又开始密集，最近两村庄间距仅为0.2km。

根据《山西省小型水库更新建设工程设计指导意见》(以下简称《指导意见》)，有移民的坝址原则不予考虑，整个固村河道上，最具建库地形条件的为泊圪塔村至团立村河段。此河段两岸各发育冲沟3条，此阶段在该河段选择了两个坝址方案，其中下坝址位于泊圪塔村以上约150m，上坝址位于下坝址以上约450m。

3.3 坝址地形地质条件

通过对两坝址地形地质条件的对比情况来看(见表1)，上、下坝址工程地质条件无大的差异，无制约性因素，均能建坝。

图2 结构面产状分析极点等密图

项 目上 坝 址下 坝 址对比结果地形地貌 低中山区,河谷呈“U”形,河床海拔高程942～944m,现代河床宽20～30m,河流流向SW向,河道纵坡2%～3%。左岸坝肩为耕地,近河床处基岩裸露,岸坡坡度10°～44°。右岸为4级耕地,1～3级耕地较为宽阔,为原始Ⅰ级、Ⅱ级阶地,整体岸坡坡度21° 低中山区,河谷呈“U”形谷,河床海拔高程936～938m,现代河床宽41～60m,河流流向由SSE转变为SSW,主流位于河道右侧,河道纵坡1%～1.5%。两岸发育Ⅰ～Ⅱ级阶地。左岸坝肩为较宽山脊,山顶宽约50m,上游为熟椿沟,下游为7号冲沟。左岸主要有3级耕地,岸坡坡度15°～35°。右岸山体较为雄厚,上游发育2号冲沟,岸坡走向呈近南北向,主要有五级耕地,岸坡总体坡度15°差异较小地层岩性主要为二叠系上统石千峰组及第四系松散堆积主要为二叠系上统石千峰组及第四系松散堆积无差异地质构造上坝址次级构造不发育,主要发育三组节理裂隙主要发育4条断层(f6、f7、f8、f9),左岸主要发育三组节理,右岸发育四组节理上坝址略优地下水碎屑岩类孔隙水、松散岩类孔隙水碎屑岩类孔隙水、松散岩类孔隙水无差异主要地质问题坝基渗漏,绕坝渗漏,边坡稳定,基坑涌水坝基渗漏,绕坝渗漏,边坡稳定,基坑涌水无差异

4 坝型选择及比较

根据地质勘察报告，工程区内砂砾石主要分布于现代河床内，受耕地和两岸堆积黄土的影响，粉、黏粒含量较高，质量差且储量较少，不宜开采。工程区1km范围内土料及爆破料储量均较丰富，该阶段选择混凝土面板堆石坝、沥青混凝土心墙堆石坝及均质土坝三种坝型进行技术比较。

通过对坝址区两岸地形地质条件、枢纽布置、坝体渗透稳定性、坝体结构稳定性、施工方案、主要工程量等的探讨来选择优势更大的坝型作为推荐方案。

4.1 地形地质条件

左坝肩高程954m以上基岩裸露，岸坡坡度35°；954m以下为三级耕地，岸坡坡度11°。耕地多为二元结构，上部为人工堆积低液限黏土，厚4～6m，稍密—中密，地基湿陷等级为Ⅰ级(轻微)，遇水易崩解，为高压缩性土，微透水层；其下为阶地卵砾石层，厚1～2m，红褐色、灰色，中密，稍湿，中等透水层；0-057～0+042段基岩岩性为二叠系上统石千峰组第一亚组(P2sh1)中厚—厚层状泥岩，0+042～0+094段基岩岩性为二叠系上统石千峰组第二组(P2sh2)薄层状—中厚层状砂岩，夹有两层红褐色中厚层状泥岩不连续夹层，与砂岩呈楔形交错。强风化厚2～3m，弱风化厚12～15m。坝肩主要发育3组节理，无不利结构面组合。

右坝肩岸坡走向182°，分布五级耕地，岸坡整体坡度14°。高程985m以上基岩出露，坡度31°；985m以下为人工堆积低液限黏土或中更新统离石组冲积低液限黏土，厚3～10m，具湿陷性，具低—高等压缩性。基岩岩性为二叠系上统石千峰组第二组(P2sh2)薄层状—中厚层状砂岩，夹有两层红褐色中厚层状泥岩不连续夹层，与砂岩呈楔形交错。强风化厚2～4m，弱风化厚12～15m。坝肩主要发育3组节理。

两岸基岩的自然边坡满足面板坝、心墙坝及均质土坝对岸坡的要求，但面板坝防渗线相对较长，趾板的开挖量相对较大，施工有一定难度；各坝型方案坝体轮廓线内的人工堆积黏土和离石组黄土因具湿陷性和压缩性，拟全部挖除。

从坝址处的地形地质条件看，均可满足上述三种坝型的建坝要求；从防渗体基础开挖施工难度考虑，面板坝工作量稍大。

4.2 坝体渗透稳定性及结构稳定性

防渗设计对土石坝来说是关键所在[4-5]，防渗体的抗渗能力、抗冲蚀能力、渗漏量及防渗体与坝壳料之间的层间关系，都是坝体渗流控制的决定因素(见表2)。

表2 三种坝型的渗透稳定性与结构稳定性对比

4.3 施工方面

4.3.1 气候条件对施工的影响

工程区属寒冷地区，沥青混凝土心墙施工不受冬季温度影响；混凝土面板坝的面板施工需避开冬季，两坝型坝体填筑部分均可全年进行；均质土坝采用黏性土料填筑，施工受严寒及降雨天气影响较大。

4.3.2 围堰布置

该工程坝址河段河道较窄，可充分发挥沥青混凝土心墙坝及均质土坝围堰与坝体相结合的特点，加快施工进度；混凝土面板坝围堰与坝体则需分开布置。

4.3.3 施工进度

混凝土面板坝防渗结构(含基础帷幕灌浆)与坝体填筑施工相互干扰小，而沥青混凝土心墙坝与均质土坝则需先完成坝基防渗后再填筑坝体，在不考虑气候影响条件下，坝体填筑施工进度较其他两种坝型快；但沥青混凝土心墙与面板及黏性土料相比，可适应不同气候特点，坝体可全年施工。

4.4 主要工程量比较

三种坝型中，混凝土面板坝坝坡最陡，坝体断面最小，坝体填筑工程量也最小，沥青混凝土心墙坝居中，均质土坝坝坡最缓，坝体填筑工程量最大；混凝土面板坝趾板对基础要求较高，基座在强风化层下部，且因趾板线较坝轴线长，基础岩石开挖量较沥青混凝土心墙坝和均质土坝大；混凝土面板坝靠上游混凝土面板防渗，混凝土及钢筋制安工程量较其他两种坝型大(见表3)。

表3 各坝型主要工程量比选

5 结 论

a.泊圪塔村至团立村河段建库地形条件最好，该河段的上、下两个坝址的地形地质条件无大的差异，无制约性因素，均能建坝，但是考虑到上坝址更具有地质结构方面的优势，确立上坝址为最终建坝坝址。

b.三种坝型对地形、地质条件适应能力都较强，均满足建坝的要求，在技术上也都可行，但从防渗性能、坝体结构稳定性、施工条件等方面综合比较，混凝土面板堆石坝相对有优势，最终选择混凝土面板堆石坝进行工程区施工建设。

c.下泊水库以供水、防洪为主，现进入试运行阶段，经合理调度，大坝的渗流、变形及稳定总体处于正常状态。

[1] 孙伟星.如何做好水库安全管理工作[J].水利建设与管理，2011(5)：50-51.

[2] 吴世勇，王坚，王鸽.卡拉水电站边坡稳定及对坝址选择影响分析研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27(S1)：3216-3221.

[3] 陈志强，侍克斌.水利枢纽工程坝型选择影响因素的分析[J].中国农村水利水电，2007(8)：62-66.

[4] 王东.土石坝渗漏成因及处理方法[J].水利建设与管理，2009(12)：70-71.

[5] 李德群.土石坝体(基)渗漏勘察与分析[J].水利建设与管理，2015(12)：39-43.

Design of damsite and dam type comparison and selection plan in Xiabo Reservoir

SUN Wenlong

(LiaoningDashiqiaoJiangyiWaterConservancyServiceStation,Dashiqiao115100,China)

Xiabo Reservoir is the only controllable regulation and control project in Gucun Village. Topography and geological conditions in the project area are key factors to determine the selection of damsite. Damsite is the foundation to determine dam type. Two proposed damsites are compared, the geological conditions of the project is not different greatly. There are no conditionality factors on dam construction. Factors in several aspects for dam type establishment are analyzed systematically. Three dam types are compared technically, including concrete faced rockfill dam, asphalt concrete core-wall rockfill dam and homogeneous earth dam. It is determined that the three dam types meet the requirements on dam construction. It is believed that concrete faced rockfill dam has more advantages after comprehensive comparison in the aspects of seepage control performance, dam body structure stability, construction conditions, etc.

Xiabo Reservoir; damsite; dam type; comparison

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.02.012

TV221

B

1005-4774(2017)02- 0045- 05