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        刁口水庫壩址及壩型比選

        2015-02-23 11:28:46任衍紅
        小水電 2015年2期
        關(guān)鍵詞:屯里壩型堆石

        任衍紅

        (臨汾市水利勘測設(shè)計(jì)院,山西 臨汾 041000)

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        刁口水庫壩址及壩型比選

        任衍紅

        (臨汾市水利勘測設(shè)計(jì)院,山西 臨汾 041000)

        從地質(zhì)條件、地形條件、施工條件、建設(shè)征地和移民安置、工程布置及投資等方面綜合分析,最終選擇上壩址作為刁口水庫推薦壩址;從壩址處地形、施工難度、效益發(fā)揮、質(zhì)量控制、工程投資等條件分析,壩型最終選用堆石混凝土重力壩。

        水庫;壩址;壩型;比選

        1 工程概況

        刁口水庫位于山西省臨汾市蒲縣城南約8 km處的棗林鎮(zhèn)屯里村,昕水河一級支流南川河支流的屯里溝河上,屬黃河流域。

        水庫壩址以上控制流域面積55.6 km2,多年平均徑流量145.79萬m3, 200年一遇洪峰270.56 m3/s, 100年一遇洪峰213.1 m3/s,50年一遇洪峰156.3 m3/s,30年一遇洪峰150.1 m3/s,5年一遇洪峰94.1 m3/s。

        工程樞紐建筑物布置方案為:自密實(shí)混凝土堆石重力壩,分4個壩段,自左向右依次為左岸擋水壩段、灌溉輸水洞壩段、泄洪排沙洞壩段、右岸擋水壩段。大壩為自密實(shí)混凝土堆石重力壩,最大壩高40.5 m,壩頂寬9.0 m,壩頂全長165 m,大壩工程等別為Ⅳ等,水庫規(guī)模為小(1)型。大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇。

        2 工程選址及選線

        2.1 壩址選擇

        經(jīng)過多次實(shí)地踏勘,擬定了兩個壩址:上壩址位于屯里溝口上游約3 180 m處,下壩址位于屯里溝口上游680 m處,兩壩址相距約2 470 m。

        (1) 地形、地質(zhì)條件

        上壩址:位于屯里溝口上游3 180 m處,河谷寬約80 m,河槽寬8~13 m,河底高程1 097.1~1 098.7 m,河床及左、右兩岸基巖裸露,上部為黃土覆蓋。左岸岸坡較陡,右岸較緩,右岸有階地分布。主河槽壩基以厚層砂巖、礫巖為主,夾薄層、微薄層泥巖、砂質(zhì)泥巖。左、右壩肩岸坡為厚層砂巖、薄層砂質(zhì)泥巖、泥巖,巖層較緩,巖層傾角4°~ 11°,巖層傾向左岸偏下游,節(jié)理裂隙發(fā)育。

        下壩址:位于屯里溝口上游680 m處,河谷寬約73 m,左、右兩岸基巖裸露,上部為黃土覆蓋。左岸岸坡較緩,有階地分布,右岸岸坡較陡。壩軸線上游約80 m處有1條沖溝,距壩軸線較近,對大壩穩(wěn)定不利。河床覆蓋層為淤泥質(zhì)砂土、碎石土,主河槽壩基以厚層砂巖為主,夾薄層泥巖、礫巖、砂質(zhì)泥巖。左、右壩肩岸坡為砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖,巖層傾向左岸偏下游,傾角4°~10°,節(jié)理裂隙較發(fā)育。

        由上可看出,上下壩址的地形、地質(zhì)條件基本接近,但下壩址6個鉆孔資料顯示均有泥化夾層的分布,對岸坡和壩基穩(wěn)定不利,處理工程量大。壩軸線上游約80 m處有1條沖溝,距壩軸線較近,對大壩穩(wěn)定不利;上壩址基巖面高、砂質(zhì)泥巖、泥巖分布薄,砂、礫巖分布厚,只有在上下游的2個鉆孔有不連續(xù)的泥化夾層,壩基和岸坡較穩(wěn)定。綜合分析上壩址優(yōu)于下壩址。

        (2)施工條件

        兩壩址均便于施工導(dǎo)流,壩址附近及其下游地形相差不大,都便于布置施工場地,下壩址較上壩址有較開闊的地形,且距交通干線較近,建材運(yùn)輸距離較近,便于施工。施工用電可結(jié)合永久工程考慮從蒲縣縣城接入,下壩址接線距離較短。從施工條件方面考慮,下壩址優(yōu)于上壩址。

        (3)建設(shè)征地和移民安置

        兩壩址淹沒影響范圍區(qū)內(nèi)均無搬遷安置人口。上壩址工程永久占地及淹沒影響范圍內(nèi)荒草地136.8畝,旱地3畝,林地44.2畝。下壩址工程永久占地及淹沒影響范圍內(nèi)耕地147.75畝,林地45.75畝,荒草地42畝,其中基本農(nóng)田約有100畝。從建設(shè)征地和移民安置方面看,上壩址優(yōu)于下壩址。

        (4)工程布置及投資

        上下兩壩址相距約2 470 m,上壩址流域面積55.6 km2,壩址處庫容185.88萬m3;下壩址流域面積57.75 km2,壩址處庫容187.53萬m3。兩壩址均設(shè)泄洪洞泄洪,經(jīng)調(diào)洪計(jì)算,在總庫容基本相同的情況下,上壩址壩高40.5 m,長165 m;下壩址壩高35 m,長176 m。在壩型相同條件下,上壩址建筑工程直接費(fèi)用約5 876萬元,下壩址約6 270萬元。從工程布置及投資方面看,上壩址優(yōu)于下壩址。

        經(jīng)過綜合分析比較,選取上壩址作為推薦壩址。

        2.2 壩型選擇

        水庫樞紐壩址河床基巖面以上覆蓋層較薄,壩基為基巖,巖性為長石、石英砂巖。從地質(zhì)地形條件分析該壩址處可能選擇的壩型有土壩、重力壩及堆石壩。

        根據(jù)《山西省小型水庫更新建設(shè)工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》(晉水規(guī)計(jì)〔2013〕411號),本水庫工程壩型選擇不考慮土壩。

        堆石壩壩料為松散結(jié)構(gòu),在壩體內(nèi)布置泄洪及輸水設(shè)施較困難,本處地形因壩址兩岸山高坡陡,布置岸邊溢洪道或泄洪洞很難選到合適的位置,因此本水庫工程壩型選擇不考慮堆石壩。

        重力壩可利用壩身布孔或壩頂溢流解決水庫防洪問題,且可在主河槽壩段設(shè)置泄洪排沙底孔,利用異重流排沙、蓄清排渾等運(yùn)行方式有效解決山區(qū)多沙河流上洪水大、泥沙多、淤積嚴(yán)重、正常使用年限短等問題,故刁口水庫工程壩型選擇采用重力壩。

        2.3 壩體材料選擇

        可供選擇的重力壩有:常態(tài)混凝土重力壩;碾壓混凝土重力壩;堆石混凝土重力壩和砌石重力壩(含水泥砂漿砌石壩和一級配混凝土砌石壩)。

        (1)常態(tài)混凝土重力壩

        常態(tài)混凝土重力壩是一種傳統(tǒng)壩型,施工技術(shù)成熟,適合大型機(jī)械化施工,因水泥用量較大,造價(jià)相對較高。同時,施工技術(shù)和工序相對較復(fù)雜,溫度控制和裂縫控制要求較高,對于施工隊(duì)伍的技術(shù)和機(jī)械化水平要求較高。

        (2)碾壓混凝土重力壩

        近年來,碾壓混凝土筑壩技術(shù)得到了大面積推廣。碾壓混凝土壩可以大幅度降低水泥用量、降低造價(jià),部分克服了混凝土壩的缺點(diǎn)。但受壩址區(qū)地形條件影響較大,當(dāng)碾壓混凝土壩體積不大時,大規(guī)模機(jī)械化施工的優(yōu)勢難以發(fā)揮;碾壓混凝土和常態(tài)混凝土交錯使用、互相干擾,增加了施工難度。同時,碾壓混凝土壩一般不適宜壩段缺口分期施工導(dǎo)流。

        (3)堆石混凝土重力壩

        堆石混凝土(RFC)是一項(xiàng)創(chuàng)新混凝土筑壩施工技術(shù),該技術(shù)是以自密實(shí)混凝土(SCC)技術(shù)為基礎(chǔ)的大體積混凝土施工技術(shù)。方法是先將大粒徑塊石入倉,然后從堆石體上部澆入專用的自密實(shí)混凝土,利用其高流動性完全充填堆石體空隙,形成完整、密實(shí)、有較高強(qiáng)度和低水化熱的大面積混凝土。堆石混凝土壩比普通混凝土可減少水泥用量,降低造價(jià)10%~20%。

        (4)砌石重力壩

        砌石重力壩有水泥砂漿砌石和一級配混凝土砌石兩種施工方法。砌石壩的強(qiáng)度和均質(zhì)性遜于混凝土壩,但可以發(fā)揮當(dāng)?shù)夭牧虾腿肆Y源豐富的優(yōu)勢,從而降低工程造價(jià)。以往山西省的砌石壩多為水泥砂漿砌石,材料和施工質(zhì)量均缺乏保證;特別是混凝土防滲墻工藝粗糙,往往形成漏水通道。我國南方地區(qū)的一級配(小石子)混凝土砌石采用振搗棒振搗,其施工質(zhì)量顯著高于后者,但使用人工較多,勞動強(qiáng)度大。

        通過以上比較,在發(fā)揮同等效益的條件下,常態(tài)混凝土重力壩造價(jià)相對較高,碾壓混凝土壩和堆石混凝土壩次之,砌石壩最低。根據(jù)本工程確定的上壩址地形條件和壩體斷面體型設(shè)計(jì),壩址處地形較狹窄且壩體體積不大,難以發(fā)揮碾壓混凝土壩大規(guī)模機(jī)械化施工的優(yōu)勢;砌石重力壩造價(jià)雖然較低,但質(zhì)量控制難度較大,人工勞動強(qiáng)度大。因此,本次設(shè)計(jì)選用堆石混凝土重力壩。目前,該項(xiàng)技術(shù)由清華大學(xué)“華實(shí)水木科技有限公司”掌握并擁有專利權(quán),該類壩型在山西省已有多項(xiàng)水庫工程應(yīng)用。

        3 結(jié) 論

        刁口水庫壩址位置擬定了兩個:上壩址位于屯里溝口上游約3 180 m處,下壩址位于屯里溝口上游680 m處。分別從地形、地質(zhì)、施工條件,建設(shè)征地和移民安置,工程布置及投資幾個方面進(jìn)行綜合分析,認(rèn)為上壩址優(yōu)于下壩址,故推薦方案上壩址作為選定方案。

        水庫從地質(zhì)、地形條件分析上壩址處可能選擇的壩型有土壩、重力壩及堆石壩,從壩址處地形、施工難度、效益發(fā)揮、質(zhì)量控制、工程投資等條件分析,壩型最終選用堆石混凝土重力壩。

        [1] SL 319—2005,混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [2] SL 25—2006,砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        責(zé)任編輯 吳 昊

        2014-11-04

        任衍紅(1967-),女,工程師,主要從事水利工程水文計(jì)算、工程設(shè)計(jì)及造價(jià)等工作。 E_mail:915658407@qq.com

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