小浪底引黄工程板涧河调蓄水库方案比选

王 玲

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

小浪底引黄工程位于山西省运城市，自黄河干流上的小浪底水利枢纽工程库区向山西省涑水河流域调水，是山西省大水网工程建设中的一项大型引调水工程。工程南依黄河与河南隔河相望，北及涑水河与临汾市接壤，东与晋城市相连，涵盖了运城市中东部的大部分地区。工程任务是解决运城市垣曲县、绛县、闻喜县、夏县、盐湖5县（区）农业灌溉、农业生产和城市生活用水需求，工程设计引水流量20m3/s，年供水量2.47亿m3，该工程引水线路总长59.6km，主要建筑物包括输水线路、进水塔、泵站、调蓄水库、连通洞和末端出水池。板涧河调蓄水库是工程沿线的一个调蓄水库，主要功能是在没有农业用水的9—10月进行充水，当小浪底库区水含沙量大于5kg/m3时，启用调蓄水库进行供水。

2 水库布置情况

2.1 板涧河概况

板涧河是黄河一级支流，发源于闻喜县石门乡上阴里，入垣曲后流经朱家庄、毛家湾，在解峪汇入黄河。河流全长69km，流域面积348.51km2，其中垣曲县境内228km2，纵坡18%，河谷呈“U”型，河床相对稳定。

板涧河流域北高南低，呈NW-SE流向，上游为中低山地形，中游为低山地形，下游为黄土丘陵地形，河谷两侧山峦叠嶂，地形复杂，主要为侵蚀构造与黄土堆积而成。河床宽50m，平水期水面宽4m，洪水期水面宽50m。

2.2 调蓄水库规模及布置

板涧河调蓄水库库容3336万m3，位于板涧河村下游约1.5km处，该段河流流向约S65°E，河谷断面呈“V”型。坝址区出露地层岩性主要为震旦系下马家组安山岩、中统云梦山组石英砂岩及底部砾岩，局部分布第四系松散堆积层。该调蓄水库主要建筑物包括大坝、溢洪道、泄洪洞等。

2.3 坝线选择

根据地形地质条件，在板涧河村附近河段的两个弯道中间选择了2个坝线（上坝线和下坝线，两坝线相距50m）。从选择重力坝来分析，上坝线地形比较开阔，坝轴线182m，易布置泄水建筑物，但因下游缩窄使泄水建筑物出口处开挖量较大；下坝线两岸较陡，河床狭窄，坝轴线160m，但泄水建筑物布置困难，且因岩层倾向下游，坝高也会增加。选择混凝土面板堆石坝时，如果选择上坝线，岸边溢洪道和泄洪洞出口位于下游弯道处，主流可挑至主河槽；如果选择下坝线，因大坝较高而下游坝脚基本位于河道转弯处，无法布置溢洪道和泄洪洞出口。由此可见，不管是重力坝还是混凝土面板堆石坝，上坝线较为合适。

2.4 坝型布置

调蓄水库坝址位于板涧河村下游约1.5km处，河谷断面呈“V”型，谷底宽10～25m，谷底高程约458m。两岸岸坡较陡，岩石裸露，初步确定可选择拱坝、碾压混凝土重力坝和面板堆石坝，下面主要对三种坝型的布置进行分析。

2.4.1 拱坝

从坝址现场勘察资料分析，认为坝址区两岸上部为厚层状石英砂岩，虽岩性坚硬，但层间存在大型斜层理结构面，斜层理及岩层均倾斜向下游，而且两岸存在卸荷裂隙带，主卸荷裂隙近顺河向，延伸较远，倾角69°～78°。两岸结构面及风化卸荷带的存在，对拱坝拱座稳定不利。

2.4.2 碾压混凝土重力坝

碾压混凝土重力坝由泄水坝段及挡水坝段组成。泄水坝段布置在河床中部，挡水坝段位于泄水坝段两侧，大坝全长182m。

碾压混凝土重力坝座落在弱风化基岩下部，最大坝高102.3m，挡水坝段坝顶宽度9.0m，最大坝底宽度87m。

坝体为三级配R90100碾压混凝土，大坝基础铺1m厚的常态混凝土垫层。坝基设固结灌浆和帷幕灌浆。

溢流表孔采用实用堰，共设6孔，堰净宽48m，为开敞式，采用挑流式消能。冲沙泄流底孔洞身为方形，尺寸3.0m×3.6m，采用挑流式消能。

2.4.3 混凝土面板堆石坝方案

堆石坝方案由大坝、溢洪道、泄洪洞三部分组成。混凝土面板堆石坝最大坝高85m，坝顶长167m，宽8.0m。面板和趾板采用现浇C30钢筋混凝土，趾板下设帷幕灌浆和固结灌浆。根据坝址地形情况，大坝右岸地形较高，岸坡较陡，而左岸相对较低，上坝公路位于左岸，因此将溢洪道和导流泄洪洞均布置在左岸，溢洪道全长253.5m。泄洪洞布置于溢洪道左侧，两轴线相距70m，其进口位于左岸沟凹内，与导流洞结合布置。泄洪洞全长327m，由隧洞进口段、闸室段、无压洞身段及出口消能段组成。

从上述三种坝型布置来分析，不适宜选择拱坝，因此，主要从堆石坝和重力坝作进一步分析比较。

3 坝型比选

混凝土面板堆石坝可以就地取材，坝体适应地基变形能力强，基础处理费用低，工期短，施工技术简单，工序之间干扰小，但坝身不易布设泄洪建筑物，需修建岸边式溢洪道；运行过程中需要对上、下游坝坡进行经常性维护。

碾压混凝土重力坝筑坝材料强度高，耐久性好，运行管理方便；泄洪建筑物结合大坝布置，不需另设岸边溢洪道，但对碾压混凝土重力坝坝体施工技术要求高，混凝土填筑受气候影响大，对坝基要求高，基础处理复杂。

下面从坝址区的地形、地质条件、筑坝材料、工程总布置、施工条件、运行管理、工程量及投资等方面对两种坝型进行比选。

3.1 地形、地质条件

从地形上看，两岸没有天然垭口，但左岸地形较缓，泄水建筑物可布置在左岸。从工程地质条件分析，混凝土面板堆石坝对地基变形的适应性能较好，对地基承载力要求不高，坝基混合土卵石层和强风化层较薄，基础处理工作简单。混凝土重力坝对基础岩石要求较高，大坝必须座落在弱风化下部微风化基岩上，而地基弱风化层较厚，最厚达16m，基础开挖和基础处理工程量大。因此从地形、地质条件来看，面板堆石坝优于碾压混凝土重力坝。

3.2 筑坝材料

石料场位于坝址上游约0.6km处，为安山岩。坝址区溢洪道和导流泄洪洞洞身主要为石英砂岩。料场和开挖料弱微风化岩层可作为堆石料的料源使用来加工主堆石区及下游堆石区石料，也可用于加工垫层料和过渡区石料。粗骨料可在漆树沟灰岩石料场（运距6km）开采加工或寺沟灰岩石料场（运距25km）购买。细骨料可采用板涧河下游槐坪村砂砾料场，运距20km。从筑坝材料看，面板堆石坝优于碾压混凝土重力坝。

3.3 施工条件

在施工布置上，混凝土重力坝的泄洪建筑物布置在坝体中部，二者施工干扰大，工期相对较长；面板堆石坝的大坝与泄洪建筑物分开布置，施工互相不影响，可以缩短工期，泄洪建筑物的开挖料也能作为大坝填筑材料使用。从施工布置看，面板堆石坝优于混凝土重力坝。

3.4 运行管理

混凝土重力坝筑坝材料强度高，耐久性好，泄洪建筑物结合大坝布置，不需另设岸边溢洪道，冲沙效果好，运行管理方便；面板堆石坝运行过程中需要对上、下游坝坡进行经常性维护，泄洪洞冲沙效果较差。从运行管理方面看，重力坝优于面板堆石坝。

3.5 投资分析

通过对两种坝型的投资分析得知：碾压混凝土重力坝投资约为1.9亿元，混凝土面板堆石坝投资约为1.5亿元，堆石坝比重力坝节省投资约40000万元。

4 结语

通过上述综合分析，板涧河调蓄水库选择混凝土面板堆石坝既有利于工程布置，又利于就地取材、方便施工，还可节约投资，因而是较为合理的方案。