某水库泄水建筑物布置方案比选分析

梁英 水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院

1.挡泄水建筑物概况

库马尔水库坝型为沥青心墙坝，坝高61m，坝顶长度195m，死水位为1428.00m，正常蓄水位为1447.50m，设计洪水位为1450.41m，校核洪水位为1450.95m。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252-2017)，工程等别为Ⅳ等小(1)型工程。泄洪建筑物的形式为：溢洪道采用侧槽，堰型为WES堰，堰宽34m，堰顶高程1447.5m，最大泄洪流量437.78m3/s；导流兼泄洪冲沙隧洞孔口尺寸3×3m，最大泄洪流量224.24m3/s。

2.工程地形地貌与地质概况

坝址位于库玛尔河两支流汇合口下游750m处(出山口上游1.8km处)河谷相对狭窄呈“U”型,两岸基岩裸露,岩层走向与河道大角度相交,为横向谷,现代河道底宽100～110m,坝址上游740m两支流汇合处发育I级堆积阶地,宽20～40m,表面覆盖坡洪积物,坡度为20～35°。

坝址区位于天山褶皱系(Ⅲ)构造带内,地质构造较为复杂,构形迹为近EW向。坝址区范围除分布有北轮台分支断裂F1-2外,其余均为次级断层及节理裂隙。坝址区基岩岩性为上太古界兴地塔格群(Ar2)灰绿色、灰黑色绿帘阳起石片岩。

3.泄洪建筑物布置方案

3.1 方案一

3.1.1 工程地质条件

溢洪道布置在河床左岸，轴线方向129°，由侧槽段、调整段、抛物线、泄槽段、挑流消能段、护坦段和出口段组成，全长222.997m。

①侧槽段、调整段:该段基岩裸露，基岩岩性为灰绿色绿帘阳起石片岩，自然坡度57～70°，基岩强风化层4～5m，弱风化层10～13m。引渠段和控制段未发现有大的断层通过，该段挖深10～28m，基础位于弱风化和微风化岩体内，建议基础承载力标准值1.2MPa。

②泄槽段、挑流消能段:该段沿线基岩大部分裸露，局部覆盖厚0.5～1.5m的第四系冲洪积砂卵砾石层，基岩岩性为灰绿色绿帘阳起石片岩，基岩强风化层4～5m，弱风化层10～13m。挑流消能段上方部分岩体倾倒，方量约1.2万m3。

③护坦段和出口段:该段挖深8～15m，基础位于弱风化和微风化岩体内，建议承载力标准值1.2MPa。

3.1.2 溢洪道布置

本方案溢洪道布置在河床左岸，进口紧靠左坝肩，平行轴线左侧为导流泄洪冲砂隧洞，溢洪道采用侧槽溢洪道，校核泄量437.78m3/s，设计泄量337.98m3/s，由侧槽段、调整段、泄槽段、挑流消能段、护坦段和出口段组成，全长222.997m。其中侧堰段采用开敞式WES堰，堰宽34m，堰顶不设闸门，堰顶高程1447.50m，堰面曲线y=0.215x1.85，堰顶曲线后接一直线段，坡度为1:0.5，靠山体一侧为“L”型挡墙，侧槽长33.867m，底宽度由6m渐变为12m，纵坡i=1/350，侧槽段后为水平调整段，长25m，宽12m，断面采用整体式矩形断面，边墙顶高程同坝顶高程1451.20m，该段设置的交通桥一座与坝顶连通交通桥宽4.5m，跨度12m；泄槽段包括抛物线段、泄槽段，长127m，抛物线方程Y=0.02105x2，泄槽采用矩形整体式断面，纵坡1/2.9，泄槽宽度12m；挑流消能段长12m，采用挑流消能，挑流鼻坎宽12m，反弧半径20m；护坦段和出口段溢共长2513m，护坦段采用厚1m的混凝土衬砌，出口段开挖延伸至河床。

3.2 方案二

溢洪道布置在河道右岸，采用无压洞方案。

3.2.1 工程地质条件

溢洪道布置在河床右岸，由侧槽段、调整段、洞身段、泄槽段、挑流消能段和护坦段组成，全长228.237m。

①侧槽段、调整段:溢0+000.00～溢0+033.867 段为侧槽段，溢0+033.867～溢0+058867段为调整段。侧槽段和调整段未发现有大的断层通过。该段基础位于弱风化和微风化岩体内，建议基础承载力标准值

1.2 MPa。

②无压洞段、泄槽段和挑流消能段:沿线基岩裸露，基岩岩性为上太古界灰绿色绿帘阳起石片岩，基岩强风化层4～5m，弱风化层10～13m。泄槽段和挑流消能段开挖深度为15～21m，该段基础位于弱风化和微风化岩体内，建议承载力标准值1MPa。

表1 泄洪建筑物比选表

③护坦段:该段最大挖深22m，该段基础位于弱风化和微风化岩体内，建议承载力标准值1.2MPa。

3.2.2 溢洪道布置

本方案溢洪道布置在河床右岸，进口紧靠右坝肩，溢洪道由侧槽段、调整段、无压洞段、泄槽段、挑流消能段和护坦段组成，全长228.237m。其中侧槽段采用开敞式WES堰，堰宽34m，堰顶不设闸门，堰顶高程1447.50m，堰面曲线y=0.215x185，堰顶曲线后接一直线段，坡度为1:0.5，靠山体一侧为“L”型挡墙，侧槽长33.867m，底宽度由6m渐变为12m，纵坡i=1/350，侧槽段后为调整段，长25m，宽12m，断面采用整体式矩形断面，边墙顶高程同坝顶高程1451.20m，该段设置的交通桥一座与坝顶连通，交通桥宽4.5m，跨度12m；无压洞段总长5m，包括渐变段、洞身段，其中渐变收缩段长40m，断面形式由12m×10.5m(宽x高)收缩为8m×10.5m的城门洞形断面，纵坡1/350，洞身段长15m，断面形式为8m×10.5m(宽x高)的城门洞形，纵坡i=1/350:泄槽段长85m，采用矩形整体式断面，底宽8m，纵坡i=1/2。挑流消能段，长16m，采用挑流消能，挑流鼻坎宽8m，挑角为15.9°，反弧半径20m；护坦段长13.37m，采用厚1m的混凝土衬砌。

4.比选结果

根据综合比选结论:两方案都满足设计要求，从布置上来看，方案一布置在坝肩左岸边坡较缓的坡面上，为明槽开挖，且泄槽基本顺地形的坡度布置，开挖量较小，溢洪道布置更为顺直:方案二布置在坝肩右岸，右岸边坡较陡，溢洪道为半洞半明槽型式，考虑到无压洞洞身断面开挖不亦过大需设置收缩段，泄槽段及消能段所处山势陡峭，石方开挖量大，且存在高边坡处理等问题。从工程施工角度考虑，方案一由于和导流洞布置在坝肩的同侧，同时施工时必会产生一定的干扰，方案二溢洪道与导流洞分别布置在坝体两侧，同时施工不产生干扰，施工较为便捷；从投资方面方案一少于方案二。

综上所述，方案一从布置、运行安全、投资等方案优于方案二，只是方案一在施工方面需做好施工协调，建议溢洪道和导流洞的出口段考虑联合开挖，以减少施工的干扰。因此，推荐泄洪建筑物布置方案一，即溢洪道布置在左岸。