張 蕊,郭 華
(渭南市水利水電勘測設計院,陜西 渭南 714000)
韓城市侯家峪水庫是一座具有城鎮(zhèn)居民生活供水和農(nóng)業(yè)灌溉功能的Ⅳ等小(1)型水利樞紐工程。水庫距韓城市區(qū)16 km,壩址位于涺水河一級支流侯家峪胡凹村附近。壩址以上控制流域面積34.6 km2,多年平均徑流量320萬 m3。水庫建成后,興利庫容161.0萬 m3,總庫容317萬 m3;年可供水量130萬 m3,可解決1.5萬人的城鎮(zhèn)居民生活用水及0.7萬畝的灌溉用水。
依據(jù)地勘資料,水庫壩址區(qū)域地貌單元屬渭北土石山區(qū),溝谷發(fā)育,地形破碎,一般切割深度達100~150 m。壩址區(qū)河谷呈不對稱的“U”型發(fā)育,兩岸地形及地層不對稱:左壩肩為基巖斜坡及黃土斜坡,斜坡坡腳24°~34°;右壩肩為二級階地及黃土梁,相對平緩,坡腳28°~45°。工程區(qū)屬構(gòu)造穩(wěn)定地區(qū),適宜興建水利樞紐工程。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2015)標準,地震動峰值加速度為0.15 g,地震動反應譜特征周期為0.40 s,相對應的地震烈度為Ⅶ度。
庫盆巖石為下三疊系砂巖、泥巖、頁巖,上部為第四系更新統(tǒng)黃土、黃土狀壤土。砂、泥巖表面強風化巖層厚度2~5 m,下部弱風化砂巖巖體級別為Ⅲ級,泥巖巖體級別為Ⅳ級,河床出露以弱風化巖石為主。壤土及黃土均為高壓縮性土,且黃土具有自重濕陷性,弱~微透水性。礫石及礫石土相對密實,強透水性。
壩基主要由一、二級階地及河床三疊系T1砂、泥(頁)巖互層構(gòu)成河谷基底,長100 m。一、二級階地上部堆積的粉質(zhì)壤土層厚1.50~2.5 m,下部堆積的卵礫石層厚分別為1.40~1.60 m,滲透系數(shù)K20=1.24×10-2cm/s,屬強透水性。壩基巖體上部強風化帶垂直厚度0.5~6.9 m;強~弱風化巖體透水率q=3.29~7.71 Lu,屬弱透水性,厚度15~20 m;下部巖體透水率q<5 Lu,可視為相對隔水層。
左壩肩為坡積斜坡,坡積碎石土厚1.1~7.3 m,其下為泥巖、砂巖,強風化帶垂直厚度2.74~13.6 m,強~弱風化巖體透水率q=1.25~37.49 Lu,屬弱~中等透水性,厚度14.8~28.0 m。下部巖體透水率q<5 Lu,可視為相對隔水層。
右壩肩為黃土斜坡,地層巖性主要由黃土、古土壤及洪積壤土組成,堆積層厚度9~30 m,斜坡10°~50°,邊坡穩(wěn)定。下部洪積堆積的壤土層在右壩肩最大厚度為22.5 m,壓縮系數(shù)a1-2=0.32 MPa-1,屬中等壓縮性,濕陷系數(shù)小于0.015,不具濕陷性,干密度ρd=1.62 g/cm3。下部為三疊系T2砂巖,強風化帶垂直厚度2~10 m,強弱風化帶厚9~20 m,透水率q>5 Lu。
筑壩土料可采用壩址左岸上游600 m處的1#土料場和壩址下游400 m處的2#土料場,土料的物理力學指標除天然含水率略低于最優(yōu)含水率,其余指標均符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》(SL251-2015)對均質(zhì)土壩土料質(zhì)量的技術(shù)要求。儲量可以滿足設計要求,便于機械化施工。兩處土料場沿左岸施工道路均可直達壩址交通條件便利。
結(jié)合放水、泄洪等主要建筑物設計,同時考慮施工等因素計算該方案總體填筑土方110萬 m3,樞紐工程永久占地276.7畝,臨時占地385.7畝。
工程區(qū)內(nèi)基巖為砂巖、泥巖互層,壩基巖體強風化帶垂直厚度1~15 m,弱風化基巖垂直厚度在14.0~46.0 m,巖石飽和抗壓強度R6=46.6~172.0 MPa,建議承載力特征值fak=550 KPa,左岸壩基上部黃土承載力特征值fak=150 KPa,經(jīng)基礎處理后可作為建基面,基本具備建砼重力壩的基礎條件。
工程區(qū)內(nèi)砂巖夾泥巖,層狀分布,其中泥巖易風化破碎、失水干裂、遇水崩解,強度低,石料開采條件差,分揀難度大,不具備大量開采條件,石料需外運。本次選擇并推薦砼骨料為韓城市以東的象山人工碎石料場的砂礫料,料場距離工程區(qū)20 km,巖性為三疊系青灰色厚層長石砂巖。該石料場弱風化砂砂礫料質(zhì)量滿足要求。
通過不同堰寬和壩高的方案比較,并結(jié)合主河床寬度確定泄流槽寬度,選用壩頂高程563.10 m、溢流段堰寬21 m的砼重力壩方案進行工程布置。
壩體采用C20砼澆筑,外包C30砼,壩上游面設C30·W8·F150鋼筋混凝土防滲面層,頂厚1.0 m,底厚2.0 m。溢流壩段的堰面為C30·W8·F150鋼筋混凝土面層,厚度0.5 m。
灌漿和排水廊道采用城門洞型斷面,寬2.0 m,高3.0 m,最低高程為515 m,在517 m高程設檢查廊道,廊道斷面亦采用城門洞型斷面,寬2.0 m,高3.0 m。
壩基采用單排帷幕灌漿。帷幕灌漿深度以q<5 Lu控制,帷幕灌漿深度15~42 m;灌漿孔距2 m,孔徑φ60 mm,共布設225孔;灌漿漿液的材料選用水泥漿。帷幕灌漿總進尺4 246 m。
壩體右壩肩為黃土地層,地基承載力不足,采用現(xiàn)澆C25砼灌注樁進行地基加固,樁徑60 cm,樁距1.5 m,梅花形布置,樁總長度8 694 m。
樞紐工程總體石方13萬 m3,砼30萬 m3,壩體占地217畝。
2.3.1 建壩條件及筑壩材料
壩址處地質(zhì)、地形條件均滿足均質(zhì)土壩、砼重力壩的建壩條件。均質(zhì)土壩筑壩土料運距短,交通條件好,指標符合設計質(zhì)量要求,但含水量偏低,需進行人工配水。區(qū)內(nèi)巖石為砂巖夾泥巖,強度低,不具備建砼重力壩的材料條件,滿足質(zhì)量要求的外運砼骨料運距遠。
2.3.2 壩體工程量及施工條件
均質(zhì)土壩方案土方量較大,但土料場緊鄰大壩兩岸,運輸距離短。壩體填筑材料單一,易于機械化施工,工期時間短,質(zhì)量易于控制。施工導流需考慮壩體度汛方案,導流費用高。
砼重力壩可在汛期直接溢流,導流方便且導流費用低。主體筑壩材料量小,但筑壩材料需要外購,運距較遠。施工中砼澆筑時需控制溫度應力,技術(shù)要求高。
2.3.3 工程投資
經(jīng)投資估算,砼重力壩方案總投資為1.85億元,均質(zhì)土壩方案總投資為1.21億元,兩者相差0.64億元,均質(zhì)土壩的工程投資較省。
推薦壩型方案
從上述比較可以看出,均質(zhì)土壩施工簡便,質(zhì)量容易控制,工期短,投資省,是該區(qū)比較適合的壩型方案,因此,推薦采用均質(zhì)土壩方案。兩壩型方案比較見表1。
表1 兩壩型方案比較
大壩壩型選擇是水庫樞紐工程設計的重要環(huán)節(jié),本文通過對侯家峪水庫大壩壩型選擇,并分別從建壩條件及筑壩材料、壩體工程量及施工條件、工程投資等方面分析比較,推薦采用均質(zhì)土壩為適宜壩型。