桃源水库坝型设计

曹本清

（桂阳县水利局　湖南　桂阳　424400）

桃源水库坝型设计

曹本清

（桂阳县水利局湖南桂阳424400）

桃源水库工程是车溪河流域重要的综合利用枢纽，是桂阳县不可替代的水资源配置工程，也是郴州市水利基础设施建设的标志性工程。坝型的选择是水库工程设计中重要的一部分，本文以桃源水库坝型设计为例，详细介绍了坝型设计应该考虑的因素，详细探讨了三种备选方案。

桃源水库；坝型设计；方案

1　地质条件

1.1桃源水库地质条件

库区位于低山地貌区，两岸冲沟较短小，植被较茂密。水库区位于近东西走向的华泉背斜南翼，出露地层为寒武系中和下组的厚层细砂岩、千枚状板岩，岩层产状N57°～71°E，SE∠43°～78°，局部N65°～70°W，SW（NE）∠46°～85°。水库区位于近东西走向的华泉背斜南翼，岩层揉皱发育，水库约5km范围内无区域断层通过，未见规模较大的其它断层通向库外，其地质构造条件较好，岸坡以强风化岩体为主。库区两侧均有邻谷分布，两侧地表分水岭高程514～703m，无低于高程510m的地形垭口。本区地层为碎屑岩类，岩体透水性差，地下水埋深较浅，一般在40m左右，冲沟内泉点出露高程在400m以上，地下分水岭高程为390m以上，库水位高程388m时，水库不存在向邻谷渗漏问题。

1.2坝线比选地质条件

本坝址参选坝线有两条，分为上坝线和下坝线。上坝线轴向S6°W，河谷开阔，呈不对称的“U”型纵向谷，坝线长约300m；下坝线河床段轴线S70°W，在右岸NE向山脊处偏向下游，轴向S53° W，河谷形态，呈不对称的“W”型横向谷，坝线长约540m。两坝线左岸相距约400m，右岸位于同一端点上。上坝线左岸地形坡度26～38°，右岸地形坡度约35～50°。下坝线左岸地形较陡，坡度40～48°，右岸斜坡中部为长约230m的NE向低矮山包，其山顶高程384m，内侧垭口高程约356m，右岸坝肩附近地形坡度31°，其地形条件较上坝线差。

上坝线呈不对称的“U”型纵向谷，坝基覆盖层薄，出露岩层以细砂岩和千枚状板岩互层为主，弱风化带以上岩石较破碎，岩体完整性差，其中，强风化带下限一般埋深约20m，弱风化带下限埋深一般约35m，右岸J1层状风化带处的强风化带下限埋深约风化带发育强风化带下限埋深约21m左右。对于沥青混凝土心墙堆渣坝，坝基只需清除表层腐殖土或含腐殖质的河床砂卵砾石层，坝基开挖深度相对较浅，地质条件较为适宜修建堆渣坝。

2　工程施工

2.1施工特性

桃源水库灌区工程新建建筑物有贤江补水隧洞、莲塘补水干渠和干渠沿线渡槽、隧洞、桥梁、涵洞等渠系建筑物。贤江补水隧洞主要负责向贤江水库补水，设于桃源水库库区右侧坝址附近，隧洞断面为2.4m×2.9m（宽×高）的城门洞型，由引水明渠、岸塔控制段、无压引水隧洞、出口泄槽段、挑流鼻坎组成。引水明渠为“八”字型，底宽由32m渐变为3.5m，引渠长120m。莲塘补水干渠全程长10200m，负责崔江支渠（生态流量）、长沙支渠、青松支渠、莲塘水库补水。莲塘补水干渠共布置渡槽7座，分别为：跨沟渡槽、斗兰冲渡槽、塘湾冲渡槽、大坪渡槽、元头渡槽、会头村渡槽和莲塘补水渡槽，渡槽总长584m；设隧洞5个，分别为：陡岩隧洞、长沙隧洞、土地凹隧洞、莲塘补水隧洞1和莲塘补水隧洞2，总长1817m。

2.2施工布置

为了减少占用下游耕地，减少林地破坏，避免增加居民点迁移。桃源水库枢纽工布置主要考虑利用库内的场地。由于灌区干、支渠等渠系工程项目，因渠线长，流动性较大，其生产、生活以及交通运输等设施宜分散布置，在满足施工要求的原则下，尽量从简。桃源灌片布置有贤江补水隧洞、莲塘补水干渠等干、支渠。灌区渠系建筑物有渡槽、隧洞、水跌、交通桥、干支渠上分水闸、进水闸、退水闸、节制闸等。施工总布置采用沿线分散施工布置方式。根据工程分布范围、工程量大小情况，将整个工程按不同的干、支渠划分为不同的施工区段。灌区工程共设置3个施工点，每个施工点辐射周边的施工区段，施工点布置情况见表1。

表1　施工点布置情况

3　工程总体布置方案比选

3.1坝型设计

上坝线河谷呈不对称“U”型，两岸山体覆盖层虽薄，但强风化岩体埋深较大，岩体破碎，无建拱坝的地质条件。坝址经济运距范围仅有十五担弯有储量8万m3填筑土料，不满足建均质土坝或粘土心墙坝需要的黏土量。当地石料丰富，适宜修建钢筋混凝土面板堆石坝、堆石（渣）坝。堆渣坝又分为斜墙堆渣坝和心墙堆渣坝，斜墙坝虽坝坡略陡于心墙坝，填筑量略少，但坝体防渗面积为心墙坝体防渗体面积的2.3倍，基础防渗线水平投影长度约为心墙坝的1.5倍，总体投资高于心墙坝，故选择心墙坝为比选代表坝型。

因心墙材质不同，分为黏土心墙堆渣坝、土工膜心墙堆渣坝、沥青混凝土心墙堆渣坝。本工程合理运距无足量黏土，黏土心墙堆渣坝不成立；已建的土工膜心墙坝因施工工艺、材料抗老化性能及管理等方面原因，多有渗漏水现象，且不易维修，故不推荐为本工程代表坝型；沥青混凝土心墙适应变形能力强，性能稳定，且对本工程水质有抗腐蚀性，推选为比较坝型之一。初选坝型为钢筋混凝土面板堆石坝、沥青混凝土心墙堆渣坝两种坝型。沥青混凝土心墙堆渣坝在建筑材料、对地质条件的适应性、施工条件、工程投资和环保等方面均优于钢筋混凝土面板堆石坝方案，其它工程条件基本相当，因此综合比较选定沥青混凝土心墙堆渣坝为推荐坝型。

采用沥青混凝土心墙坝有很多优势：①堆渣坝坝基开挖只需清除表层腐殖土即可；②当地的地质条件也提供了得天独厚的优势，十五担湾里土料场开采和运输条件较好，岩性为砂质低液限粘土，可满足围堰堆填料的用量要求；欧菜园石料场位于下坝址上游左岸溪沟内，距下坝址近，块石料以厚层细砂岩为主，料场开采条件较好，其储量满足堆渣坝填筑量；当地缺乏天然砂砾料，混凝土骨料需采石轧制，下阳村灰岩骨料场交通运输条件较好，灰岩为非碱-硅酸盐活性骨料，其质量和储量满足工程建设需要。表2为上、下坝线工程量及投资比较。

表2　上、下坝线工程量及投资比较表

3.2方案拟定

河床挡水建筑物推荐沥青混凝土心墙堆渣坝；补水水库-莲塘水库和贤江水库分列桃源水库左、右岸，莲塘补水干渠和贤江补水隧洞宜靠近补水水库布置，从而可以节省工程量；考虑低温对农作物的影响，需在进口设置分层取水叠梁门，同时在叠梁门和工作闸门间需有一段较大的空间布置门库，采用岸塔式结构可通过沿进水明渠向库区延长边墩，将门库设置在边墩上，其闸门井处的开挖及支护工程量较竖井式进水口明显减少，故选定岸塔式进水口；枢纽总布置选择集中在泄水建筑物的布置上。上坝线沥青混凝土心墙堆渣坝枢纽布置平面图如图1所示，上坝线钢筋混凝土面板堆石坝枢纽布置平面图如图2所示。根据选定坝线的地形、地质条件和水流归槽条件，泄水建筑物拟定如下三个方案进行分析比较：

方案一：考虑右岸坝肩为单薄山脊，上游为曹弯冲沟、下游为鸭冲冲沟和低矮垭口，为使泄水建筑物距离最短，采取隧洞和开敞式泄槽相结合布置方式。

进口布置在右岸390m高程附近，溢A0+175.000前段采用隧洞，后段为开敞式泄槽。因下游河道于右岸处，近似平行坝轴线，泄水建筑物中心线与河道基本成90°，归槽条件十分不理想，为避免下泄洪水冲击对岸，必须在溢洪道出口设置消力池消能后归入河道，同时对岸应适当护坡。

图1　上坝线沥青混凝土心墙堆渣坝枢纽布置平面图

图2　上坝线钢筋混凝土面板堆石坝枢纽布置平面图

方案二：为使下泄洪水归槽平顺，泄水建筑物延至更为下游的河道顺直段归槽，依地势采取隧洞+明槽+隧洞的布置方式。从进口-溢B0+197.000，采用隧洞；在溢B0+197.000-溢B0+ 293.000间，因冲沟影响，无法成洞，采用明槽；溢B0+293.000-溢B0+412.000处采用隧洞，出口处采用挑流消能，直接将洪水挑入下游河道。

方案三：全线均采用隧洞，洞身共长约240m，出口采用挑流鼻坎，进口布置在左岸390m高程附近，出口直接将洪水挑入下游铺上电站滚水坝壅水形成的水垫塘中。

3.3方案比较

方案一右岸受冲沟和囊状风化带影响，垭口覆盖层深厚，为将泄槽布置在强风化中部岩基上，泄槽段开挖深度达10m以上，开挖量大；而底流消能工程量明显高于挑流消能；因方案一归槽十分不理想，且河道狭窄，为避免底流能消能后余能淘刷对岸，对岸需适当护坡。显然，方案一经济性和水力条件均相对较差。方案二洞线明显长于方案三，洞脸支护工程量及洞挖量大于方案三。因右岸曹弯冲冲沟被坝体回填，进水口需延至上游十五担湾之上，前段导流洞长度明显长于左岸方案。方案一隧洞总长175m，明挖泄槽段长约70m，消力池长约109m，工程总投资约为3100万元；方案二隧洞总长316m，明挖泄槽段长约96m，投资约为3600万元；方案三隧洞总长242m，投资约为2400万元。方案三投资最省。

综合以上分析，泄水建筑物布置选定为地质地形条件最好，水力条件最优，临建费用及投资最省的方案三。

4　结束语

桃源水库不仅有显著的灌溉效益，其丰富的水资源还能为灌区内的生活的乡镇的工业生活及农村人畜，提供供水保障。桃源水库建设是贯彻落实湘南大开发战略的重大决策，对深入推进湘南地区开发具有重要意义。

[1]曹克明，汪易森，等.混凝土面板堆石坝[M].中国水利水电出版社，2008，12.

[2]《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL501-2010）[S].北京：中国水利水电出版社，2010.

[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（08）：62～69.

TV64

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1673-0038（2015）21-0241-03

2015-5-8

曹本清（1976-），男，工程师，大专，主要从事水利工程工作。