威宁县小米水库灌区工程布置方案比选

陆文合，李元杰

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550000）

威宁县小米水库校核洪水位2165.57 m，总库容1037万m3，正常蓄水位2163 m，灌溉面积3300亩。其建成投入运营后工程的主要任务是向县城供水，同时兼有下游灌溉及灌区人畜饮水。经勘察分析，工程所处水文地质条件复杂，对工程建设使用的安全可靠性造成了威胁，本文通过对灌区工程不同布置情况进行分析对比，确保该工程可以发挥应有的作用。

1 水库灌区工程布置方案

1.1 混凝土重力坝首部枢纽布置

混凝土重力坝方案首部枢纽布置为碾压混凝土重力坝、坝顶溢流表孔、放空底孔以及坝身取水管[1]。碾压混凝土重力坝由溢流坝段和非溢流坝段组成，前者长16.5 m，左岸非溢流坝段长93.85 m，右岸非溢流坝段长102.275 m。图1为非溢流坝段的标准断面示意图。

按照相关管理部门制定的规范标准，计算确定坝顶高程2166.70 m，坝顶总长212.625 m，河床段建基面高程2082 m，最大坝高84.7 m；坝顶宽度度为5.0 m，最大坝底宽为73.375 m；大坝上游面在2125.0 m高程以上铅直，以下按1∶0.2的坝坡折至坝底，大坝下游坝坡为1∶0.75[2]。

坝体结构的坝顶宽度应可为施工阶段浇筑混凝土材料与设备的运输提供条件。经综合考虑，将坝顶宽度确定为5.0 m，且不设置防浪墙。

坝体应力方面，各种荷载组合情况下在计入扬压力时坝基面所承受的最大垂直正应力σymax应小于坝基容许压应力；最小垂直正应力σymin应大于零。

式中：σy表示为坝基垂直的正应力，MPa；∑W表示为截面计算全部垂直力汇总；∑M表示为截面的全部垂直力及水平力作用于截面形心计算的力矩汇总；T表示为坝体截面沿上、下游方向长度[3]。

图1 非溢流坝段标准断面示意图

1.2 混凝土面板堆石坝布置

该水库灌区工程混凝土面板堆石坝布置为钢筋混凝土面板堆石坝、左岸岸边式溢洪道以及由右岸导流洞改建成的放空兼取水隧洞等[4]。大坝的主堆石区料选用官寨附近的三叠系中统关岭组第二段灰岩，岸边式溢洪道布置于大坝左侧坝端，为开敞式自由溢流，溢流净宽12 m，堰顶高程2163.00 m，分1孔，溢流堰为WES型实用堰，由上游面曲线、下游面曲线、泄槽段、圆弧段和底流消力池段组成，总长252.610 m。底流消力池底板高程2102.00 m。溢洪道溢流面采用C30混凝土，导墙采用C20混凝土，边墩顶部设C25混凝土人行桥[5]。

放空兼取水隧洞由导流洞改建而成，布置在大坝右岸的山体内，紧靠右坝肩布置，其结构布置于坝址右岸，平面洞向287°转268°，长约280.7 m，进口底板高程2131.0 m，出口底板高程2106.0 m，洞径2.5 m。

2 水库灌区工程布置方案比选

2.1 水文地质条件

重力坝基础主要为坝基持力层主要为T1yn1-1灰黑色泥灰岩夹泥岩，产状N5～10°W/SW∠40°～55°。通过开挖至弱风化中下部，基础持力层不存在薄弱面，基础本身不存在深层滑动问题，具备建重力坝的条件。经过详细的勘察分析，拱坝方案地质条件较差，工程代价较大，不宜修建拱坝[6]。

根据对混凝土面板堆石坝趾板线出露基岩地层的水文地质情况进行勘察分析，发现强风化带裂隙张开，局部夹泥，岩体透水性较大，不宜作为趾板地基[7]。弱风化岩体中，层面及裂隙面多呈闭合状，夹泥及泥化现象很少。因而，灌区工程的趾板建基面应开挖至岩体弱风化层上部，并通过防渗、基础固结灌浆加固处理，来提高地层结构作用的稳定性[8]。

由此可以看出，上坝线总体上地质条件相对较差，基础情况软硬相间，面板堆石坝的适应性比重力坝方案优。

2.2 投资比较

各方案主体工程及导流工程部分投资，如表1所示。

表1 各方案主体工程投资比较表

从投资估算分析，面板堆石坝主体工程直接投资为23888.62万元，重力坝主体工程直接投资为17208.91万元，面板堆石坝主体工程比重力坝主体工程省6679.71万元，因此，从节约工程投资的角度，应优先选择重力坝主体工程。

3 结论及建议

大坝采用重力坝方案更有利于泄水建筑物的布置，但从坝址地形、地质条件来看，面板堆石坝的适应性更好，故大坝枢纽宜采用面板堆石坝。当大坝采用面板堆石坝时，采用左岸岸坡式溢洪道的布置是最合理的。此时，只需要做好消能防冲，防止下泄水流冲刷下游坝脚。从经济方面来看，面板堆石坝方案比重力坝方案更省。因此，枢纽布置方案最终确定采用重力坝主体工程，即：钢筋砼面板堆石坝+左岸岸边溢洪道+右岸放空兼取水隧洞[4]。

经水文地质条件与投资造价成本对比分析后，确定的水库灌区工程布置方案，将最大限度的提升建设使用的安全可靠性。故应在明确可供选择的工程布置方案情况下，对其水文地质条件影响与经济成本进行分析统计，进而确定最具效用的方案。