灵台县达溪河新集水库工程坝型比选

李 炜

（甘肃源通城乡水务发展有限责任公司,甘肃 灵台 744400）

1 概况

新集水库位于甘肃省平凉市灵台县百里乡政府上游的达溪河干流上,坝址距灵台县城约26 km。水库总库容为3218 万m3,其中兴利调节库容为1115 万m3,死库容为1366 万m3,30年淤积后死库容30 万m3,调洪库容为359 万m3。

灵台县新集水库工程设计总库容为3218 万m3,最大坝高39.5 m。依据《防洪标准》（GB 50201-2014）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）,本工程等别为Ⅲ等,工程规模为中型,水库大坝等主要建筑物按3 级设计,次要建筑物按4 级设计,临时建筑物级按5 级设计[1]。

2 坝址基本情况

坝址区河谷较为开阔,河谷宽约500m,大体呈宽底 “U”字型。两岸基本发育Ⅰ～Ⅳ阶地,Ⅰ～Ⅱ级阶地为内迭堆积阶地,阶面平坦、开阔,高出河床3 m～10 m；两岸Ⅲ～Ⅳ级阶地发育多不对称,为侵蚀堆积阶地,高出河床70 m～80 m,左岸较陡峭,右岸较平缓[2-3]。坝址区基本情况见图1。

图1 坝址区照片

3 坝型初选

推荐坝址为上坝址,坝址处河谷地形开阔,两岸山体雄厚,左右岸坡不对称,基岩裸露,右岸岸坡较平缓,黄土大面积覆盖,谷底宽400 m～500 m,河谷大体呈宽底“U”字型。由于坝址处河谷非常宽阔,因此不适宜修建拱坝,不具备建拱坝的条件。根据河谷及两岸坡的地形、地质条件,坝址处较最适合修建对地形地质条件要求较低、适应面较广的当地材料坝。

综上所述,初步选定水库的基本坝型为两种：一种为当地材料坝型（全土坝方案）；一种为当地材料坝段与砼重力坝段相结合的混合坝型（混合坝坝型）,其中混合坝型中当地材料坝段采用的坝型与全坝段采用当地材料坝的坝型相同。

4 工程设计方案

4.1 全土坝方案

4.1.1 枢纽布置方案

全土坝坝型对应的枢纽布置主要包括挡水建筑物、泄洪建筑物及取水建筑物。本方案布置为常规的水库布置方式,即全坝段采用均质土坝挡水,在两岸布置泄洪洞与溢洪道联合泄洪,泄洪洞兼排沙、放空、导流度汛。

初步选定溢洪道布置在左岸,泄洪洞布置在右岸,取水建筑物采用管道埋设在泄洪洞底部的布置方式。

4.1.2 坝体结构

水库坝顶宽8.0 m,坝基置于相对较完整的弱风化岩体上,坝基建基面高程为1029.00 m,最大坝高38.3 m,坝顶长732.80 m,坝体底部顺水流方向最大长度为228.4 m。上游坝坡自上而下分别为1∶3.0、1∶3.5,下游坝坡自上而下分别为1∶2.75、1∶3.0。上游坝坡在高程1059.00 m 处设宽2.0 m 的马道,下游坝坡在高程1054.0 m 设一级宽3.0 m 的马道。坝上游坝坡采用现浇C20 砼板护面,下游坝坡采用预制C20 砼网格草皮护坡,下游排水采用贴坡式排水。

4.2 混合坝坝型

4.2.1 枢纽布置方案

混合坝型泄洪建筑物采用河床式布置,采用底孔及溢流表孔联合泄洪的泄流方式。本方案的挡水建筑物、泄洪建筑物及取水建筑物均布置在河床上。

本方案首先将泄洪建筑物布置在基岩大面积出露的河道左侧适当位置,大坝其余坝段依次布置,主要为布置在河道中部及右岸位置的均质土坝段,其余坝段包括土坝与砼坝的过渡坝段,以及泄洪建筑物坝段与左坝肩山体相连接的砼重力坝挡水坝段等。

坝顶总长度为724.5 m,从左至右建筑物布置分别为：135.5 m 长砼重力挡水泄洪坝段（砼坝段内布置门库、取水阀井、排沙底孔、溢流表孔）、100 m 长砼坝段与均质土坝连接段、489 m 长均质土坝段。其中：均质土坝段约占总坝长的67%,泄洪建筑物段、连接段、砼重力挡水坝段共约占总坝长的33%。

4.2.2 坝体结构

（1）均质土坝段

均质土坝段布置在河床右半侧,总长度489 m,坝顶宽8.0m,坝基置于较完整的弱风化岩体上,最大坝高39.5 m。均质土坝段断面设计与全土坝坝型基本相同。

（2）砼重力坝段

砼重力坝段布置在河床左半侧,总长度135.5 m,分6 个坝段。分别布置为：52.5 m 长砼重力挡水坝段（坝段内布置门库）、25 m 长砼重力挡水坝段（坝段内布置取水阀井）、25 m 长砼排沙底孔坝段、33 m 长砼溢流表孔坝段。坝基均置于相对较完整的弱风化岩体上,最大坝高39.5 m,坝顶宽依据坝段布置而定。

泄洪排沙底孔为坝身有压底孔,采用坝式进水口,为了兼顾汛期导流,底孔底板高程与主河床同高程,为1041.00 m,底孔孔口尺寸为7.0 m×8.2 m,设一道平板事故检修门及一道弧形工作门。该坝段长度为25 m,坝顶宽13.0 m。

溢流表孔坝段长33.0 m,溢流孔净宽8.0 m,共3 孔,堰体为WES 堰,溢流坝堰顶设平板检修闸门和弧形工作闸门各一道,分别由坝顶门机和液压启闭机操作。溢流坝顶闸墩长度26.0 m,坝顶设4.5 m 宽交通桥。

（3）土坝与砼坝连接段

砼重力坝插入土坝的深度需100 m。插入部分砼坝断面坝顶宽度为8 m,坝体上游坝坡1∶0.3,下游坝坡1∶0.8。外层土坝边坡及坡面设计、下游排水设计均与土坝段设计相同。

5 工程方案比选

从工程布置及建筑物设计、地形及泄流条件、地质条件、施工难度、筑坝材料、工程投资、运行管理、冲沙效果及水库安全性共9 个方面对两种坝型进行比选。

5.1 工程布置及建筑物比较

两种坝型采用的当地筑坝材料完全相同,均为均质土坝,主要设计参数也基本相同。全土坝方案挡水坝段布置于整个河床部位,泄水建筑物分别布置在两岸,布置分散,主体工程占地范围大,对周边公路等现有建筑影响较大；混合坝方案挡水坝段及泄水坝段均布置于河床部位,布置集中,主体工程占地范围较小,对周边公路等现有建筑影响较小。因此,在工程布置方面,混合坝方案较优。在建筑物设计方面,全土坝方案建筑物数量、类型多,设计复杂程度高、难度较大。混合坝方案建筑物数量、类型较少,设计复杂程度、难度相对较低。

综合工程布置及建筑物设计方面两方案特点,混合坝方案布置集中,对周边影响小,建筑物设计难度相对较低,总体较优。

5.2 地质条件比较

对两种坝型的挡水大坝和泄洪建筑物的工程地质综合分析比较,两种坝型布置方案均可行,但全土坝坝型方案中存在高边坡、软岩大洞室开挖等问题,不利地质因素较混合坝方案为多。

5.3 工程投资比较

两种坝型工程部分投资比较见表1。

表1 两种坝型工程部分投资比较表 单位：万元

全土坝坝型工程部分总投资62093.68 万元,混合坝坝型工程部分总投资62561.82 万元,混合坝坝型工程部分总投资较全土坝坝型高468.15 万元,占其工程部分总投资的0.75%。从工程投资方面分析比较,两种坝型投资基本相当。

5.4 综合比较表

表2 两种坝型综合比较表

5.5 比较结论

综合以上9 个方面分析比较,除因工程区砼骨料相对匮乏,需外运外购外,其它方面混合坝方案具有工程布置简单、泄洪冲沙条件好、施工难度风险小、运行管理方便等优点。两种坝型投资基本相当,设计均符合规范要求,均能安全运行。

绽合比较后,混合坝方案较优,本阶段选定混合坝坝型为推荐坝型。

6 结语

本文对灵台县达溪河新集水库可选坝型进行了统一梳理与比较,工程布置及建筑物设计、地形及泄流条件、地质条件、施工难度、筑坝材料、工程投资、运行管理、冲沙效果及水库安全性共9 个方面,择优选取了工程设计方案。本文可对类似水库枢纽工程方案选择提供有益的参考。