左 坤

（鐵嶺市銀州區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 鐵嶺 112000）

1 概況

大南溝水庫位于遼寧桓仁縣大南溝村，總庫容2025萬m3。壩址處地質(zhì)構(gòu)造較好，壩基上部主要是第四系松散坡積物及沖洪積物、下部是巖性為中生代侏羅系嶺組火成巖系的花崗巖及侵入巖，地下水和地表水無腐蝕性。

2 壩軸線、壩型的選擇及工程總體布置

2.1 壩軸線選擇

通過查看1∶10000 地形圖及現(xiàn)場查勘，整個溝岔長700 m左右，適合壩軸線選址的位置長約100 m，且出口處僅有一處溝口較窄。綜合以上因素，選定此溝口較窄處作為壩軸線。壩軸線左岸A點座標(biāo)為X＝4578378.800，Y＝42463486.400；壩軸線右岸B點座標(biāo)為X＝4578092.400，Y＝42463579.700。

2.2 壩型選擇

根據(jù)料場調(diào)查結(jié)果可知，當(dāng)?shù)赜胸S富的含細(xì)粒土砂，運(yùn)距較近；壩址附近無可開采的石場，石料短缺，運(yùn)距較遠(yuǎn)，約24 km；當(dāng)?shù)仞ね吝\(yùn)距為5.0 km，儲藏在耕地下開挖后需復(fù)耕；壩址處左岸巖石覆蓋層約2～4 m，右岸巖石覆蓋層約14 m。根據(jù)壩軸線地形地質(zhì)條件，擬在工程量、投資上對碾壓式土工膜心墻土壩與碾壓式黏土心墻土壩2種壩型進(jìn)行比較。

（1）碾壓式土工膜心墻土壩。壩高383.80 m，壩寬4.9 m，壩長261.175 m，沿岸設(shè)開敞式溢洪道用于泄洪，泄槽長98.899 m，堰型為寬頂堰，后接鋼筋混凝土陡槽，采用挑流消能方式。輸水管軸線樁號為0+046.511，直徑為0.50 m。

（2）碾壓式黏土心墻土壩[1]。壩高383.80 m，壩寬4.9 m，壩長261.175 m，沿岸設(shè)開敞式溢洪道用于泄洪，土壩長度247.175 m，泄槽長98.899 m，堰型為寬頂堰，后接鋼筋混凝土陡槽，采用挑流消能方式。輸水管軸線樁號為0+046.511，直徑為0.50 m。

經(jīng)比較，碾壓式土工膜心墻土壩投資838 萬元，碾壓式黏土心墻土壩投資922 萬元，后者比前者投資多84 萬元。而且，由于黏土的黏粒含量約為45%，塑性指數(shù)最大為27，2 項指標(biāo)均較高，需經(jīng)摻砂處理后方可作為防滲體，黏土質(zhì)量不易保證、施工工期較長，工程發(fā)揮效益相對較晚，故選擇碾壓式土工膜心墻土壩方案較合適。

2.3 工程總體布置

大南溝水庫壩軸線左岸A 點座標(biāo)為X＝4578378.800，Y＝42463486.400；右岸B 點座標(biāo)為X＝4578092.400，Y＝42463579.700。樞紐由溢洪道、攔河壩、輸水管組成。右岸布置溢洪道，樁號0-000.000—0-014.000，為開放式溢洪道，凈寬12.0 m。攔河壩樁號0+000.000—0+207.672，采用碾壓式土工膜心墻土壩。輸水管布置在左岸，壩軸線樁號0+046.511，采用浮筒式進(jìn)水口，向北點子鄉(xiāng)河兩岸的2 個自然村供水，設(shè)置蝶閥。

3 擋水建筑物

3.1 基礎(chǔ)處理

壩基上部主要是第四系松散坡積物及沖洪積物[2]，主要由碎石土、碎石砂組成；下部巖性為中生代侏羅系嶺組火成巖系的花崗巖及侵入巖，主要由強(qiáng)風(fēng)化千枚巖及中風(fēng)化千枚巖組成?；A(chǔ)防滲采用2 種防滲形式，即覆蓋層部分開挖后采用土工膜防滲，巖石部分采用帷幕灌漿處理，相對不透水層的帷幕灌漿深度為4 m。

3.2 壩頂高程計算

根據(jù)洪水標(biāo)準(zhǔn)，計算壩頂高程。壩頂高程H取H1與H2中的大值，其中H1為正常運(yùn)行情況下設(shè)計洪水位與壩頂超高之和[3]、H2為非常運(yùn)用情況下校核洪水位與壩頂超高之和[4]。

H1、H2計算公式為：

式中：H設(shè)計為設(shè)計洪水位（m）；H超高為壩頂超高（m）；H校核為校核洪水位（m）。

壩頂高程計算成果，詳見表1。

表1 壩頂高程計算成果m

由于壩頂交通橋梁底應(yīng)高于計算水面0.5 m，所以壩頂高程取383.80 m。

3.3 滲流穩(wěn)定計算

水庫設(shè)計洪水位382.10 m，校核洪水位382.59 m，正常高水位380.93 m。大壩抗震設(shè)計烈度為6 度，不進(jìn)行抗震計算。水庫大壩土料指標(biāo)，詳見表2。

表2 土料指標(biāo)

根據(jù)大壩現(xiàn)狀的實際運(yùn)行條件和水位參數(shù)以及《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）的相關(guān)規(guī)定，計算工況如下。

（1）正常運(yùn)用條件。①正常高水位穩(wěn)定滲流期上、下游坡的穩(wěn)定計算；②設(shè)計洪水位穩(wěn)定滲流期上、下游坡的穩(wěn)定計算。

（2）非常運(yùn)用條件Ⅰ。③校核洪水位穩(wěn)定滲流期上、下游坡的穩(wěn)定計算；④校核洪水位驟降至正常高水位情況上游坡的穩(wěn)定計算。

（3）非常運(yùn)用條件Ⅱ。⑤正常高水位+地震上、下游坡的穩(wěn)定計算；⑥設(shè)計洪水位＋地震上、下游坡的穩(wěn)定計算。

采用瑞典圓弧法對大壩上、下游坡進(jìn)行穩(wěn)定分析，壩坡穩(wěn)定計算采用理正軟件設(shè)計研究院有限公司的“理正邊坡穩(wěn)定分析軟件”，大壩穩(wěn)定計算成果詳見表3。

表3 大壩穩(wěn)定計算成果

由表3可知，大壩滿足穩(wěn)定性要求。

4 泄水建筑物

4.1 方案比較

壩址區(qū)兩岸山坡較緩，沒有天然埡口，溢洪道位置只能在壩體上、兩岸或另開泄洪洞。因河道偏向左側(cè)，溢洪道布置在左側(cè)泄槽長度比布置在右側(cè)短近40 m。從地質(zhì)剖面圖上看，左岸巖石覆蓋層較薄，故將溢洪道布置在左岸。針對上述情況，對3種泄水建筑物的布置方案進(jìn)行比較。

（1）方案1。在主河床處設(shè)置混凝土溢流壩，從堰頂溢流。本方案的優(yōu)點是下泄水流直接入主河槽，下游水流銜接較平順。其缺點是整個壩軸線長度僅261.175 m，而溢流壩段長度達(dá)14 m，大壩高度較高，兩邊都與大壩相連，施工干擾較大，同時處理2個銜接部分的難度較大。

（2）方案2。采用泄洪洞泄洪，其優(yōu)點是泄水建筑物不在壩體上[5]，無施工干擾及銜接問題，可大大提高施工速度，壩體防滲性能較好。其缺點是投資較高，單打洞一項即需300萬元左右，而且還要興建至泄洪洞啟閉機(jī)室的公路，相應(yīng)電氣投資也要增大，同時增加管理投資。

（3）方案3。在左岸布置岸邊式溢洪道。從地形圖上看，左岸地勢較緩，如布置溢洪道，開挖量不大，而且左岸的覆蓋層開挖后可以直接筑壩。大壩僅在一側(cè)與溢洪道相接，施工干擾小，施工速度較快，總投資133萬元，相對較少。

根據(jù)以上對比情況，選擇方案3泄洪。

4.2 工程布置

溢洪道布置在大壩左岸，與大壩相接[6]，凈寬12.0 m，單孔，兩側(cè)設(shè)置1.0 m 厚的邊墻，整個溢洪道寬14.0 m。溢流堰采用寬頂堰，堰頂長8.0 m，壩頂設(shè)置交通橋，橋面總寬4.8 m，采用翼緣式矩形板結(jié)構(gòu)。

（1）堰體。堰體坐落在強(qiáng)風(fēng)化巖上，底高程374.7 m，底部采用C15 素混凝土回填至389.73 m 高程，凈寬12 m。

（2）進(jìn)水渠。進(jìn)水渠底高程380.43 m，兩側(cè)與岸坡及溢洪道連接處做重力式混凝土導(dǎo)水墻，墻基礎(chǔ)置于砂礫石土上[7，8]。進(jìn)水渠渠底及左岸380.53 m高程以下采用30 cm干砌石防護(hù)。

（3）泄槽。泄槽進(jìn)口處采用漸變斷面形式，槽寬由12.0 m 漸變?yōu)?.5 m，漸變段長度為10 m，緊接漸變段后布置10 m 長的直段，直段后布置半徑為48 m的彎道。泄槽底坡0.18∶1，總長98.899 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)坐落在強(qiáng)風(fēng)化巖層上。泄槽整體為“U”形結(jié)構(gòu)，底板厚0.6 m，兩側(cè)設(shè)鋼筋混凝土邊墻，順壩軸線方向每隔一定距離設(shè)置1 道收縮縫，縫間設(shè)置橡膠止水帶。

5 輸水建筑物

為滿足灌溉要求需設(shè)置取水建筑物，取水規(guī)模為0.16 m3/s。

5.1 方案比較

因為本水庫的主要功能為灌溉，所以需設(shè)置引水建筑物。根據(jù)樞紐建筑物布置的需要，將引水建筑物布置在左岸。根據(jù)地形及地質(zhì)情況，選擇了壩內(nèi)埋管與隧洞2種方案進(jìn)行比較。

壩內(nèi)埋管方案的主要優(yōu)點在于比較經(jīng)濟(jì)，施工簡單，可提高施工速度。因本工程引用流量較小，所需管徑不足1.0 m，如要采用在山體中打輸水洞方案，施工條件要求洞徑至少在1.8 m，造價偏高，而且施工難度大，施工速度慢，因此選擇了壩內(nèi)埋管方案。

選定的壩下埋管方案的輸水建筑物位于大壩左岸的山坡上，由進(jìn)水口、壩下輸水管及出口閥室組成。

5.2 工程布置

（1）進(jìn)水口。在大壩上游左岸的岸坡上設(shè)置進(jìn)水池，基礎(chǔ)坐落在強(qiáng)風(fēng)化巖上，進(jìn)水池尺寸為2.5 m×2.5 m，一端連接取水裝置，另一端連接輸水管。為滿足表層取水需要，取水裝置采用浮筒式取水結(jié)構(gòu)。

（2）輸水管。輸水管采用直徑為0.5 m 的鋼管，壁厚8 mm，管長129.512 m，管體坐落在基巖內(nèi)，即在基巖內(nèi)挖槽，將鋼管完全埋入槽內(nèi)，然后在槽內(nèi)回填C10混凝土，既可穩(wěn)固鋼管，又可保證壩體在埋管處不會產(chǎn)生過大的沉降變形。

（3）出口閥室。在大壩下游左岸設(shè)置1 個24 m2閥室，為磚混結(jié)構(gòu)。閥室一端連接輸水管，為檢修方便輸水管接入閥室后設(shè)置1 臺總閥，輸水管經(jīng)過總閥之后分為2根岔管，在2根岔管上分別設(shè)置1臺控制閥，岔管通過控制閥后接出閥室。

6 結(jié)語

對于大南溝水庫而言，選擇合理的壩型及壩軸線不僅可以使該水庫發(fā)揮其高效性能，而且可以保證其經(jīng)濟(jì)合理性。根據(jù)實際情況，初選出碾壓式土工膜心墻土壩和碾壓式黏土心墻土壩2 種壩型，通過壩軸線、工程地形地質(zhì)條件、天然建材等方面深入對比分析，最終采用碾壓式土工膜心墻土壩，可為相關(guān)工程設(shè)計提供參考。