郭彩紅

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

運(yùn)城市北趙引黃工程位于山西省運(yùn)城市西北部的萬榮縣、臨猗縣和河津市境內(nèi)，主要是在萬榮、臨猗兩縣峨嵋臺(tái)地上新發(fā)展3.403萬hm2，其中改善面積0.279萬hm2，設(shè)計(jì)流量15.06m3/s。工程從山西省禹門口一級(jí)站改擴(kuò)建工程取水，通過清水復(fù)流北趙聯(lián)接段工程渠道及汾河河道將水送至汾河廟前進(jìn)水閘，引至廟前一級(jí)站前池。運(yùn)城市北趙引黃灌區(qū)二期工程位于臨猗、萬榮、鹽湖、聞喜4縣（區(qū)）境內(nèi)，主要解決以上4縣（區(qū)）的峨嵋臺(tái)地旱地問題。該區(qū)域水資源缺乏，耕地?zé)o法灌溉，通過興建北趙引黃二期工程，可充分利用北趙引黃工程現(xiàn)有水利設(shè)施，有效解決灌區(qū)干旱缺水問題，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 調(diào)蓄池設(shè)計(jì)

2.1 工程規(guī)模及主要任務(wù)

此次設(shè)計(jì)的調(diào)蓄池從萬泉二支取水，擬作為0.2萬hm2松林的灌溉補(bǔ)充水源。調(diào)蓄池充水時(shí)間為北趙灌區(qū)灌溉間隙期。北趙灌溉期最大間隙為19 d，萬泉二支過流能力設(shè)計(jì)流量為0.302m3/s，19 d共計(jì)水量約45.4萬m3。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，當(dāng)?shù)厮蓸湎募疽淮喂嗨s300m3/hm2，本次補(bǔ)水按一半考慮，即0.2萬hm2松林一次補(bǔ)水需30萬m3。剩余水量15.4萬m3可蓄存至調(diào)蓄池，故確定調(diào)蓄池規(guī)模為15萬m3。

孤山調(diào)蓄池是北趙二期萬泉二支線上的一座調(diào)節(jié)水池，位于橋上村和橋頭村之間三光線公路以南約200m的孤山坡腳，為半挖半填的平原圍封水池，主要任務(wù)是利用灌溉間隙將水從萬泉二支引至調(diào)蓄池。調(diào)蓄池總庫容15.98萬m3，其中調(diào)節(jié)庫容12.5萬m3，死庫容3.48萬m3。庫區(qū)主要占用耕地和果園，并基本保持土方挖填平衡。樞紐工程主要包括大壩、進(jìn)水口和出水口等。

2.2 調(diào)蓄池地基處理

孤山調(diào)蓄池在地貌形態(tài)上屬黃土臺(tái)塬區(qū)的山前傾斜平原區(qū)。本次勘察所揭露的地基土層為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積、坡積物，巖性為低液限黏土，淺黃色，淺紅色，稍濕，稍密，孔隙發(fā)育，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，具濕陷性。含水量14.4%，質(zhì)量密度1.44 g/cm3，干密度1.30 g/cm3，孔隙比1.088，液限28.4%，塑限17.6%，塑性指數(shù)10.8，壓縮系數(shù)0.42 MPa-1，壓縮模量5.77 MPa，快剪內(nèi)摩擦角 22.3°，黏聚力 16.6 kPa，滲透系數(shù) 2.52×10-4cm/s。地基承載力建議采用值95 kPa。

根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)評(píng)價(jià)，調(diào)蓄池池底及壩基均為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）。因此對(duì)調(diào)蓄池范圍內(nèi)地基土的濕陷性以及不均勻變形采用強(qiáng)夯法進(jìn)行處理，單位夯擊能為8000 kN·m，最大處理深度可達(dá)8～15m。強(qiáng)夯完成后對(duì)整個(gè)壩底進(jìn)行整平、碾壓，然后筑壩；庫區(qū)采用開挖后再進(jìn)行強(qiáng)夯，強(qiáng)夯完成后整平鋪設(shè)復(fù)合土工膜。

庫區(qū)防滲采用全庫盆鋪設(shè)復(fù)合土工膜（兩布一膜，膜厚0.4 mm）進(jìn)行防滲，底部土工膜上覆0.9m的素土進(jìn)行保護(hù)。

2.3 大壩設(shè)計(jì)

孤山調(diào)蓄池平面呈橢圓形狀，長(zhǎng)約200m，寬約150m，庫區(qū)總占地面積4.3萬m2。水庫大壩環(huán)型布置，壩軸線總長(zhǎng)648.5m，壩型為碾壓均質(zhì)土壩，采用復(fù)合土工膜全庫盆防滲。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩頂高程為水庫靜水位與壩頂超高之和。其數(shù)值按最高蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高計(jì)算。壩頂超高由下式確定：

式中：y——壩頂超高，m；

R——最大波浪在壩坡上的爬高，m；

e——最大風(fēng)壅水面高度，m；

A——安全加高，5級(jí)建筑物，取0.5m。

計(jì)算風(fēng)浪爬高時(shí)按多年平均最大風(fēng)速24m/s計(jì)，計(jì)算得防浪墻頂高程為779.315m。

根據(jù)計(jì)算成果，壩頂高程取778.30m，壩頂寬5.0m，壩頂上游側(cè)設(shè)置高素混凝土防浪墻，防浪墻頂高程779.30m。下游側(cè)設(shè)置橫截面尺寸為300 mm×300 mm的漿砌石排水溝。壩頂路面為C20混凝土路面，厚度200 mm。上游壩坡1∶2.5，采用180 mm厚的預(yù)制混凝土塊防護(hù)，下設(shè)反濾土工布和厚300 mm的中細(xì)砂墊層，采用復(fù)合土工膜（兩布一膜，膜厚0.4 mm）進(jìn)行防滲；下游壩坡1∶2.0，坡面布設(shè)橫向排水溝，間距100m。壩腳周圍設(shè)置縱向排水溝，排水溝為矩形斷面，寬0.9m，深0.9m，采用M7.5漿砌石砌筑。

2.4 進(jìn)出水口設(shè)計(jì)

2.4.1 進(jìn)水口

進(jìn)水口是萬泉二支線與調(diào)蓄池的連接建筑物，位于大壩南部，設(shè)計(jì)流量0.302m3/s，位于大壩樁號(hào)0+347.8處。建筑物主要由進(jìn)水閥室段、消力井段、箱涵段、消能段和出口護(hù)坦組成。

調(diào)蓄池從萬泉二支線上取水，引水管采用直徑400 mm的球墨鑄鐵管，長(zhǎng)700m，引水流量0.302m3/s。引水管末端設(shè)鋼筋混凝土控制閥井，閥井后接消力井，消能后通過箱涵進(jìn)入調(diào)蓄池，水流入池消能型式為消力池底流消能。

控制閥井尺寸為2.8m×2.8m，壁厚0.4m，C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。消力井尺寸為4.0m×2.8m，壁厚0.4m，C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。入庫箱涵長(zhǎng)度12.5m，箱涵斷面尺寸為1.0m×0.7m，設(shè)計(jì)水深0.5m。消力池陡坡段水平長(zhǎng)度31.0m，坡頂高程776.75m，坡底高程769.00m，高差7.75m，坡寬2.1m，邊墻高1.5~1.0m。消力池長(zhǎng)5.6m，寬2.1m，池深1.0m，池底高程769.00m。水流出消力池后即為庫區(qū)，消力池兩邊5m范圍鋪設(shè)500 mm厚的干砌石護(hù)坦。

2.4.2 出水口

出水口是為下游供水和調(diào)蓄池退水而設(shè)，位于水庫北部、庫區(qū)地形較低位置，即大壩樁號(hào)0+023.6處，采用壩下埋管型式與下游用水管線相接，出水管為直徑600 mm的球墨鑄鐵管。出水線路上壩前設(shè)檢修閥、壩后設(shè)工作閥。出水管出工作閥后分為2支，1支為下游供水管線，1支為調(diào)蓄池退水管線進(jìn)入附近溝道。主要建筑物由進(jìn)口段、壩下埋管段、檢修閥室段、工作閥室段組成。

出水口進(jìn)口段為喇叭型，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)8.8m，進(jìn)口底高程768.40m。進(jìn)口段包括喇叭口段、漸變段和鋼管銜接段。喇叭口長(zhǎng)2.5m，喇叭口高0.9m，底寬1.2m，頂寬0.6m，喇叭口末段斷面為正方形，尺寸0.6m×0.6m。喇叭口后為1.0m長(zhǎng)的漸變段，斷面由0.6m×0.6m的正方形漸變?yōu)橹睆?00 mm的圓形，漸變段后設(shè)1.0m長(zhǎng)的管道銜接段。喇叭口采用僅頂板收縮，底邊和兩側(cè)邊墻均不收縮的形式，參考《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用0.9m的橢圓的1/4作為喇叭口頂板的收縮段。

壩下埋管段長(zhǎng)42.0m，管中心高程768.70m。兩庫出水管道均采用直徑600 mm的球墨鑄鐵管，管底鋪設(shè)500 mm厚的3∶7灰土墊層，以減少不均勻沉陷。

出水管道進(jìn)壩體前設(shè)檢修閥井，閥井內(nèi)布設(shè)檢修閥，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閥井間凈尺寸為2.0m×2.0m×10.3m（長(zhǎng)×寬×高），壁厚0.4m，底板厚度0.5m。

管道出壩體后設(shè)工作閥室，閥室內(nèi)布設(shè)2臺(tái)工作閥，分別為供水工作閥和退水閥。閥室分上下兩層布置，下層為C25鋼筋混凝土閥室，上層為磚砌結(jié)構(gòu)。閥室間尺寸為6.0m×8.0m×3.4m（長(zhǎng)×寬×高），壁厚0.6m。上層為工作間，磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積48m2。

3 結(jié)語

孤山調(diào)蓄池建成后，可有效利用灌溉間隙將水從萬泉二支引至調(diào)蓄池，作為0.2萬hm2松林的灌溉補(bǔ)充水源，也可為下游供水提供有力保障。