伏世紅，欒俊亮，李楚君（.大連市水利建筑設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 60；.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，遼寧沈陽06）

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中小型水庫改擴(kuò)建工程大壩方案研究

伏世紅1，欒俊亮1，李楚君2
（1.大連市水利建筑設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 116021；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，遼寧沈陽110161）

［摘 要］中小型水庫改擴(kuò)建工程大壩壩址及壩型的選擇、溢洪道布置方案及堰型的選取等，對于整個(gè)工程規(guī)模、效益和運(yùn)行等有著很大的影響。文章以鞍子河水庫工程為例，對水庫改擴(kuò)建工程中大壩方案的選取進(jìn)行了分析研究，得出了相應(yīng)的結(jié)論，可供同類工程設(shè)計(jì)研究參考借鑒。

［關(guān)鍵詞］中小水庫；改擴(kuò)建；壩軸線；迷宮堰;鞍子河水庫

1 概 況

鞍子河水庫位于遼寧省普蘭店市豐榮辦事處西泡村車屯，鞍子河中下游。水庫于1967年6月竣工，2014年完成擴(kuò)建。新選址擴(kuò)建的鞍子河水庫總庫容692.42萬m3，工程規(guī)模為?。?）型，工程等別為Ⅳ等。永久性水工建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物仍為5級(jí)。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000年一遇洪水校核。

工程大壩壩址及壩型的選擇、溢洪道布置方案及堰型的選取等，對于整個(gè)工程規(guī)模、效益和運(yùn)行等有著很大的影響。擴(kuò)建后鞍子河水庫是一座以城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，結(jié)合防洪、生態(tài)保護(hù)等綜合利用的水庫。同時(shí)可兼做劉大水庫城市供水的事故調(diào)節(jié)庫，還具有淡水養(yǎng)殖和美化環(huán)境的功能。

2 壩址及壩型研究

2.1 壩軸線選擇

選定新壩址位于現(xiàn)有鞍子河水庫大壩下游1.5 km處的泡子村磚廠處，該段河道較窄，主河道寬僅20 m左右，壩軸線較短，且河流兩岸均為丘陵地形，比較適合修建大壩。右岸便于布置泄水建筑物，泄水直接流入河道，距離壩址較遠(yuǎn)，不會(huì)危及大壩安全。左岸為低山丘陵地帶，可以布置輸水洞。

根據(jù)該段的地形地貌條件初步選定A-A，BB，C-C3條壩軸線，各相距40 m，根據(jù)地形條件，溢洪道布置在右岸，輸水洞布置在壩下。3條壩軸線的具體位置，見圖1。

圖1 壩軸線位置比較圖

通過地質(zhì)勘察，3條壩軸線的地質(zhì)條件基本相同。上層均為淤泥質(zhì)粘土，向下依次為粉質(zhì)粘土層、碎石層、粉質(zhì)粘土混碎石層。其中，上層的淤泥質(zhì)粘土層需要清除，3條軸線的表層清除量基本相同。壩軸線壩址下弱風(fēng)化巖上部均有鉆孔揭露存在斷層破碎帶，均需考慮壩基防滲問題。因此，從地質(zhì)條件來看3條軸線不分優(yōu)劣。

壩軸線中，A-A軸線最長，約250 m，B-B與C-C軸線基本相同，約180 m，因此選擇較短的B-B，C-C軸線較為適宜。

B-B與C-C軸線相比較：B-B軸線可以將溢洪道控制段直接布置在低山丘陵段，可以減少土方量，且可以利用原狀土地基，穩(wěn)定性較好；CC軸線的溢洪道控制段布置在現(xiàn)有磚廠的開挖區(qū)，需要大量的填方，將使工程投資增大，且不利于穩(wěn)定。因此選擇B-B軸線較為適宜。

2.2 壩型選擇

通過地質(zhì)勘察，壩址區(qū)為粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土混碎石等基礎(chǔ)，基巖埋藏深度較深（11.5～37.3 m），且兩側(cè)岸坡均為土質(zhì)邊坡，該種地質(zhì)條件不適宜采用重力壩、拱壩等壩型。同時(shí)考慮到擬建壩址區(qū)域基巖、砂礫石埋藏較深，不易開采，從筑壩材料來說不適宜采用堆石壩、心墻壩。而壩址附近粉質(zhì)粘土、粘土等粘性土料廣泛分布，為修建均質(zhì)土壩提供非常好的條件。因此，選擇均質(zhì)土壩方案為推薦方案。

3 溢洪道方案研究

溢洪道位于右壩肩，凈寬50 m，全長410.75 m，由進(jìn)水口、控制段、泄槽段和尾水渠四部分組成。1 000年一遇校核防洪標(biāo)準(zhǔn)條件下溢洪道泄流量為1 018.81 m3/s，50年一遇設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)條件下溢洪道泄流量為624.02 m3/s。

3.1 溢洪道平面布置方案比選

鞍子河水庫溢洪道平面布置方案初步擬定2種：圓弧彎道方案，溢洪道沿程水流流態(tài)較為平順，但該方案需穿過下游一處工廠，其拆遷難度較大，費(fèi)用較高；折流墩方案，溢洪道通過修建折流墩，迫使水流急劇轉(zhuǎn)向60°，溢洪道軸線在工廠上游已轉(zhuǎn)向，可避免對工廠進(jìn)行拆遷，該方案溢洪道沿程水流流態(tài)較為復(fù)雜。

經(jīng)綜合比較分析，鞍子河水庫溢洪道平面布置采用折流墩方案可降低工程占地補(bǔ)償費(fèi)用，雖然溢洪道沿程水流流態(tài)較為復(fù)雜，但在采取了必要的工程措施后，可使水流在折流墩處形成沖擊波，有助于增加消能率。

3.2 溢洪道縱剖面方案比選

水庫溢洪道各部分結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)水工模型試驗(yàn)結(jié)果確定。試驗(yàn)擬定3種溢洪道縱剖面方案，通過比較各方案消能率以確定溢洪道最終縱剖面方案，3種方案示意圖見圖2。3種方案均將溢洪道布置為階梯消能結(jié)構(gòu)，均設(shè)置8級(jí)臺(tái)階，方案1中1～8級(jí)臺(tái)階均未設(shè)置中墩及尾坎；方案2中6，7，8級(jí)臺(tái)階出口設(shè)置尾坎；方案3中6，7，8級(jí)臺(tái)階不僅在出口設(shè)置尾坎，并且在臺(tái)階中間設(shè)置了中墩。

圖2 溢洪道縱剖面方案簡圖

第8級(jí)臺(tái)階出口與原有河道相連接，其水力要素值直接與原有河道的沖淤情況相關(guān)，因此，對擬定的3個(gè)方案第8級(jí)臺(tái)階出口處的水深、流速及消能率進(jìn)行比較，選取流速較低，消能率較高的方案作為溢洪道最終縱剖面方案。見表1。

表1 第8臺(tái)階出口水深 流速及消能率的比較

根據(jù)以上水工模型試驗(yàn)成果分析，方案3的第8級(jí)臺(tái)階出口處的流速最低，消能率最高，且增加的鋼筋混凝土量很少，因此，溢洪道最終縱剖面采用方案3。

3.3 溢流堰堰型比選

對迷宮堰與寬頂堰兩種堰型進(jìn)行比選：結(jié)構(gòu)安全可靠性方面，迷宮堰較寬頂堰在結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜，但根據(jù)歷年來各地的工程實(shí)例來看，兩種堰型結(jié)構(gòu)均較為安全可靠；泄流能力方面，寬頂堰流量系數(shù)為0.35左右，迷宮堰流量系數(shù)由水工模型試驗(yàn)測出，流量系數(shù)在1.27～0.53之間（隨堰前水位升高而減?。?，迷宮堰較寬頂堰泄流能力強(qiáng)的優(yōu)勢明顯；工程造價(jià)方面，經(jīng)核算工程迷宮堰工程造價(jià)較寬頂堰高20萬元左右。綜合比較，迷宮堰較寬頂堰結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程造價(jià)高，但泄流能力強(qiáng)。結(jié)合工程實(shí)際情況，溢洪道采用迷宮堰結(jié)構(gòu)型式，各頻率庫水位均較低，因此，工程溢洪道采用迷宮堰結(jié)構(gòu)型式。

［參考文獻(xiàn)］

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［3］葉青，宋憲武，胡娜．迷宮堰在鞍子河水庫工程中的應(yīng)用［J］．東北水利水電，2009（7）．

［中圖分類號(hào)］TV742

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）06－0012－02

[收稿日期]2015-12-12