陳 璐

(甘肅省水利廳水利工程建設造價與規(guī)費管理中心，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

靜寧縣田堡供水點是引洮二期重要的受水區(qū)之一，也是水資源最為緊缺、現(xiàn)狀用水矛盾最突出、對引洮二期工程需求最迫切的區(qū)域[1]。田堡供水點從上川輸水渠樁號9+483.71處引水，沿譚家河右岸胡家山、張家山、李家山方向以4座無壓隧洞方式穿越山體，出隧洞后經重力流管道至水池西側，出水管布置于水池南側，出池后泵站加壓接田堡水廠，水廠布置在譚家河右岸二級階地上，后經2級泵站提水至新店北山高位水池，主要承擔靜寧縣威戎、雷大、余灣3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)全部及治平、新店、甘溝、四河、城川、李店、雙峴、仁大8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的部分城鎮(zhèn)人口、工業(yè)企業(yè)、農村人畜用水。規(guī)劃供水人口12.61萬人，其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口1.73萬人、農村人口10.88萬人，根據(jù)水資源供需結果及配置方案，受水區(qū)設計水平年2030年供水量277.51萬m3，其中9月停水檢修期內所需水量29.7萬m3。工程受水區(qū)水資源可利用量十分有限，當?shù)匾延姓{蓄工程調蓄能力有限，無法解決引洮工程停水檢修期用水問題，因此修建田堡調蓄水池承擔引洮工程停水檢修期間的受水區(qū)供水任務，形成無縫對接，實現(xiàn)本受水區(qū)全時段正常供水，使骨干工程效益完全發(fā)揮。

2 設計方案比選

2.1 工程地質概況

田堡調蓄水池位于田堡村上游約1 km處的席家河左岸河漫灘及Ⅰ、Ⅱ級階地上，該處席家河流向大致為自西向東，河谷呈“U”型，寬1.2 km～1.5 km，河谷兩岸主要發(fā)育Ⅰ、Ⅱ級階地，Ⅰ級階地呈橢圓狀或帶狀嵌于Ⅱ級階地與主河槽之間，Ⅱ級階地呈寬窄不一的條帶狀分布在兩岸山坡坡腳處，主河槽位于河谷中部偏右側，現(xiàn)代河床寬約35 m～40 m，高程在1844 m～1833 m之間，該蓄水池擬利用主河槽與左岸Ⅱ級階地之間所夾持的半橢圓狀Ⅰ級階地凹地建庫蓄水。根據(jù)現(xiàn)場勘察，該處主河槽與左岸Ⅱ級階地之間所夾持的半橢圓狀Ⅰ級階地凹地最寬處約120 m，最長處約550 m，階面較平坦，現(xiàn)為低臺階狀耕地和苗圃地，高出主河槽1.0 m～3.0 m，低于Ⅱ級階地前緣岸坎12 m～16 m，高程在1848 m～1835 m之間。此外，席家河在此段為季節(jié)性洪水溝道，枯水期河水斷流，河床裸露，暴雨及強降雨季節(jié)河道內有水流通過，且歷時短暫。調蓄水池場地位于現(xiàn)代河床、左岸Ⅰ級階地上及Ⅱ級階地前緣岸坎處，場地穩(wěn)定，適宜修建調蓄水池。

2.2 方案布置比選

2.2.1 調蓄水池選址比較

根據(jù)工程區(qū)地形地質條件，田堡調蓄水池初步選定在位于田堡村上游約1 km處的席家河左岸河漫灘及Ⅰ、Ⅱ級階地，水廠位于調蓄水池對面Ⅱ級階地，由于調蓄水池處壓力水頭不滿足水廠運行要求，在調蓄水池處設提水泵站一座。從工程經濟、運行管理及成本等方面考慮，在方案設計中進一步優(yōu)化調蓄水池、水廠選址方案，論證取消調蓄水池至水廠加壓泵站的可能性。

沿席家河對可能的調蓄水池及水廠位置進行進一步現(xiàn)場踏勘和選址，踏勘后表明，現(xiàn)選定的水池、水廠場地以上席家河8 km河段河谷寬度不足100 m，河谷狹窄，兩岸山坡陡峻，無修建調蓄水池和水廠的地形條件，場地以下約7.5 km田河村的席家河河谷寬500 m～600 m，左岸一級階地寬約400 m，階地高程1758 m～1755 m左右，修建水廠及調蓄水池的地形、地質條件均較好，缺點就是場地占地范圍內多為果園，征地費用很高，計入征地費用后工程總投資高于初選場址，另外場地高程較低，較初選定場址低約90 m，造成水頭嚴重浪費，還有與人飲對接管網確定的控制水池新店北山高位水池位置偏離比較嚴重，清水提水泵站揚程約350 m(原揚程約245 m)增加太多，造成運行成本增加。

綜合考慮規(guī)劃成果、現(xiàn)狀飲水安全工程管網位置及高程、工程投資、施工交通條件、渣場位置、水池水廠占地、運行條件等綜合因素，必須從調蓄水池設提水泵站至水廠，加壓泵站難以取消。

2.2.2 調蓄水池選型比較

根據(jù)供水范圍及調蓄水池的選址位置，并結合工程區(qū)地形、地貌條件，可選擇布置調蓄水池的地形條件有兩種，一種是黃土低山丘陵梁峁區(qū)和河谷川臺地區(qū)，在梁峁區(qū)沖溝的溝腦部位修建擋水壩蓄水，其優(yōu)點是可根據(jù)所需庫容大小調整壩線位置，工程量較少投資較省，缺點是工程區(qū)地處黃土梁峁區(qū)植被較差，水土流失嚴重，對入庫泥沙淤積問題較難處理，同時受擋水壩位置、高程、地形、交通及施工條件限制，可供選擇的溝腦位置偏少；另一種是在河谷川臺地較平緩處半挖半填形成水池，其優(yōu)點是洪水影響小或者不受影響、無泥沙的影響，缺點是占地多、工程量大、工程投資較高。參考同類地區(qū)己建工程經驗，本工程調蓄水池選型為半填半挖的注入式水池型式，調蓄水池利用開挖料作為填筑段填筑料，在平面位置布置時充分利用現(xiàn)有凹型地形作為蓄水池容積的一部分，池深結合基礎地質條件設置，盡量根據(jù)挖填平衡原則設計，開挖料充分利用，減少棄料。

根據(jù)地形特點，調蓄水池前緣臨河一側為填方段，靠山一側為挖方段，本次設計對填方段的池堤提出“土石壩+重力壩方案”和“土石壩方案”兩個方案進行比較[2-3]。

方案一：“土石壩+重力壩”方案，布置如下：水池容積為34.8萬m3，利用河道左側河灘布置，庫內水深8.7 m，最大壩高11.8 m，為半填半挖水池，水池左側緊鄰河道，池體采用重力式砼擋土墻，擋土墻高11.8 m，頂寬1.0 m，迎水面鉛直，背水面邊坡為1∶0.6，墻后夯填壤土，頂面高程較擋土墻低3 m，其頂寬3.0 m，邊坡1∶1.5，臨河側修建防洪堤，堤基深入地下2.5 m；水池靠山一側開挖山坡，開挖邊坡系數(shù)采用1∶2.75，壩面設土工膜進行防滲，護坡自上而下依次鋪設8 cm厚C20砼預制板、厚3 cm聚苯乙烯保溫板、PE復合土工膜(250 g/0.5 mm/250 g)，厚50 cm 10%水泥土墊層、原土翻夯300 cm，池底全部采用土工膜進行防滲，庫底自上而下依次為厚80 cm壤土保護層，PE復合土工膜，厚30 cm 10%砂礫石墊層，池基清除腐殖土、壤土及松散的砂礫石層，用砂礫石夯填至設計高程(砂礫石墊層底面高程)，水池靠山一側有一小沖溝，采用地下箱涵導出洪水。

方案二：“土壩方案”，布置如下：與方案一中的水庫位置相同，平面布置與方案一基本一致，水池容積為34.8萬m3，庫內水深8.7 m，臨河池堤采用均質土壩，最大壩高14 m，頂寬5 m，迎水面邊坡系數(shù)采用1∶2.75，壩體背水面邊坡1∶1.75，迎水面護坡自上而下依次為8 cm厚C20砼預制板、厚3 cm聚苯乙烯保溫板、PE復合土工膜、厚50 cm 10%水泥土墊層，靠山一側池底布置、防滲同方案一，進出水建筑物、排洪建筑物與方案一基本相同。

采用方案一時，水池盡可能利用河灘空地布置，挖填不平衡，砼用量較多，庫容利用河灘地較多，壩體占河灘地較少，重力式擋土墻投資較大，蓄水池工程投資4352.68萬元；采用方案二壩體設計施工要求簡單，開挖量大，庫容利用河灘地較少，占用土地面積大，挖填比較平衡，砼用量少，蓄水池工程投資2907.33萬元，占地投資較方案一多約100萬元，運行管理簡單方便，從投資角度比較，方案二比方案一節(jié)省投資1345.35萬元。經過綜合比較，從投資、工程安全性和施工難度綜合考慮，調蓄水池采用為“土壩方案”進行布置，調蓄水池平面布置見圖1。

圖1 田堡調蓄水池平面示意圖

3 結構設計

(1)池頂防護設計

池頂滿足專門交通要求，為方便工程運行管理，在池頂設5 m寬0.25 m厚現(xiàn)澆C20砼路面，在靠山一側，池頂路面設寬×高為0.3 m×0.3 m排水溝，排水溝左側布置改線永久道路，寬5.0 m，路面高程1854.0 m，池頂設高0.5 m現(xiàn)澆C20鋼筋砼L型防浪墻，墻頂高程1851.5 m，墻頂寬0.4 m，墻底寬1.0 m，墻厚0.4 m。

(2)靠山體一側壩坡設計

靠山體一側壩坡為由山體開挖形成，按設計坡比進行削坡后，將壩坡的濕陷性黃土進行原土翻夯3.0 m，為了防止壩體滲漏，壩面設土工膜進行防滲，自上而下依次鋪設厚8 cm C20砼預制板、厚3 cm聚苯乙烯保溫板、PE復合土工膜(FN2/1PE-16-500-0.5)以及厚50 cm 10%水泥土墊層。

(3)臨河側池堤設計

臨河側池堤設計為均質土壩，設計邊坡迎水面為1∶2.75，背水面邊坡1∶1.75，池頂寬度5 m。調蓄水池迎水面采用兩布一膜復合土工膜，自上而下依次為厚8 cm C20砼預制板、厚3 cm聚苯乙烯保溫板、PE復合土工膜、壤土夯填池體，背水面采用植草格護坡，壩腳設貼坡式排水，高度2.5 m～5.5 m，調蓄水池迎水面結構設計見圖2。

圖2 調蓄水池迎水面結構設計圖

(4)池底及壩基處理

池底地基處理：若池基為砂礫石，先清除表層腐殖土、全部壤土及松散的砂礫石層后采用振動碾表面壓實，池底清基后高程低于設計高程時，采用砂礫石夯填至設計高程，池底全部采用土工膜進行防滲，自上而下依次為厚80 cm壤土保護層，PE復合土工膜，厚50 cm 10%水泥土墊層；若池基為巖石，地基處理自上而下依次為自上而下依次為厚80 cm壤土保護層，PE復合土工膜，厚50 cm 10%水泥土墊層。

壩基地基處理：清除巖石以上全部的壤土及砂礫石層，壤土壩體直接置于巖石層上頂面。

池堤與坡腳交界處復合土工膜設小腳C20砼錨固墩，池頂防浪墻兼做復合土工膜錨固墩。

考慮調蓄水池大面積鋪設土工膜水氣頂托作用，在土工布下部縱橫向設置直徑90 mmPVC排水排氣花管，采用專用的PVC透水花管。排氣管數(shù)量以池底尺寸具體布置，縱橫向間距10 m。

4 結論及建議

工程受水區(qū)水資源可利用量十分有限，當?shù)匾延姓{蓄工程調蓄能力有限，無法解決引洮工程停水檢修期用水問題。本工程中調蓄水池承擔引洮工程停水檢修期間的受水區(qū)供水任務，形成無縫對接，實現(xiàn)本受水區(qū)全時段正常供水，使骨干工程效益完全發(fā)揮。因此，實施引洮供水二期配套靜寧縣城鄉(xiāng)供水田堡工程是十分必要和迫切的。本次調蓄水池工程設計對同類型工程設計、施工具有參考意義。