曹繼彥

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

1 工程概況

平朔煤炭工業(yè)公司東露天礦位于寧武煤田北端。需水對象為東露天煤礦、東露天煤礦選煤廠，附屬用水單位的生產(chǎn)、生活及消防用水，神朔坑口電廠生產(chǎn)用水。

平朔煤炭工業(yè)公司東露天礦的供水水源有兩個：一是東石湖泵站引水工程的攔河取水樞紐，該樞紐主體為源子河上的11孔攔河閘和設(shè)于河道右岸的取水閘，設(shè)計(jì)引水流量0.1 m3/s；二是通過約26 km的輸水管線從山西北引黃工程的大梁調(diào)蓄庫引水，設(shè)計(jì)流量0.5 m3/s。兩工程聯(lián)合調(diào)度，優(yōu)先利用東石湖泵站引水，不足部分由引黃水補(bǔ)充。下文提到的調(diào)蓄水池即為兩水源的共用蓄水池。

調(diào)蓄水池設(shè)計(jì)總?cè)莘e32萬m3，建筑物等級4級，相應(yīng)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水設(shè)計(jì)，30年一遇洪水校核。東石湖泵站引水工程年供水量300萬m3，引黃供水工程年供水量1 000萬m3，兩工程年總供水量1 300萬m3，供水保證率95%以上。

2 需水現(xiàn)狀

2.1 工程用水需求

神朔坑口電廠位于東露礦工業(yè)廣場北部薛家港附近，建設(shè)規(guī)模6×600 MW，年需水量900萬m3。

2.2 水文地質(zhì)及可用水環(huán)境

東露天礦位于管涔山脈北段，水資源匱乏，當(dāng)?shù)厝罕婏嬘盟疄樯蠈訙?，由于井水位較深，四周村民多至喬兒界、薛家港一帶泉群分布處拉水作為生活用水；另一地下水為奧陶系巖層中的地下潛水，埋藏在谷底以下180 m左右，高程1 060～1 070 m，地下水源遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)用水需要。

3 調(diào)蓄水池設(shè)計(jì)方案研究

3.1 一池和多池方案

調(diào)蓄水池總蓄水量32萬m3，如只修建一個水池，其規(guī)模相當(dāng)于一個小（二）型水庫，管理模式和運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)都相應(yīng)提高，且增加了水池覆蓋難度。鑒于用水戶較分散，結(jié)合地形特點(diǎn)及建筑物分布，擬選擇5個水池對各用水戶供水方案進(jìn)行比選，由于用水戶引水峰值具有不確定性，各用水戶需從水池交叉引水，相應(yīng)帶來了引水系統(tǒng)交叉現(xiàn)象，由此增加了管理難度，不方便統(tǒng)一調(diào)度、集中管理；引水管線互相交叉且需避開輸煤等管道，相應(yīng)增加了工程投資。鑒于上述原因，調(diào)蓄水池設(shè)計(jì)最終選擇一池方案。

3.2 位置選擇

調(diào)蓄水池盡量靠近東露天礦工業(yè)廣場，方案一是將調(diào)蓄水池設(shè)于1 393 m和1 404 m兩山頭連接低洼處，池長沿山梁布置，長300 m、寬70 m，為半填半挖式結(jié)構(gòu)，池底高程1 370 m，設(shè)計(jì)水位1 386 m。方案二是將調(diào)蓄水池位置移至1 407 m高程山頭。該山頭地形高、面積大，蓄水池體型依地形調(diào)整為倒置圓臺形，池底半徑72 m，為半填半挖式結(jié)構(gòu)，池底高程1 390 m，設(shè)計(jì)水位1 405 m，較可研設(shè)計(jì)水位抬高19 m。

經(jīng)工程量計(jì)算，兩方案土石開挖等主體工程量基本平衡，但可研方案相對設(shè)計(jì)水位較低，不能滿足工業(yè)廣場自流供水要求。方案二可節(jié)省二次加壓投資，滿足工業(yè)廣場自流供水要求，節(jié)約水能19 m，縮短供水管線長約700 m，節(jié)省工程投資，因此將調(diào)蓄水池放至1 407 m高程山頭。

3.3 覆蓋條件

調(diào)蓄水池位于源子河右岸槍風(fēng)嶺村北一山包上，該處地表巖性為低液限粉土，由于朔州氣候干燥多風(fēng)，多具揚(yáng)沙天氣，對蓄水有一定污染；東露天礦為揭露地表覆蓋層后露天開采，為保證引用水質(zhì)，調(diào)蓄水池宜覆蓋。但調(diào)蓄水池為一直徑150～200 m的近似圓形結(jié)構(gòu)，水面面積約30 000 m2，只能采用造價(jià)昂貴的輕型結(jié)構(gòu)，僅此一項(xiàng)投資將近5 000萬元。經(jīng)分析，調(diào)蓄水池如果不覆蓋，其水質(zhì)能滿足用水戶生產(chǎn)用水需求，生活用水部分經(jīng)平朔煤炭工業(yè)公司進(jìn)行水處理后水質(zhì)可滿足要求，故調(diào)蓄水池選用不覆蓋方案。

3.4 池壁結(jié)構(gòu)

為節(jié)省工程投資，調(diào)蓄水池結(jié)構(gòu)最初設(shè)計(jì)為半填半挖式，下部開挖部分為0.2 m厚C20現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡，上部回填部分為均質(zhì)土壩，利用開挖土筑壩，壩頂寬 6.0 m，迎水面邊坡 1∶1.5，背水面邊坡 1∶2.5，迎水面表層設(shè)0.2 m厚C20現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡，墊層為厚0.3 m漿砌石，下設(shè)兩布一膜土工布防滲。池體結(jié)構(gòu)上部為利用開挖土回填筑路壩，鑒于調(diào)蓄水池工業(yè)供水的重要性，其結(jié)構(gòu)采用能充分利用場地開挖石料的當(dāng)?shù)夭牧蠅涡汀炷撩姘宥咽瘔魏弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)型調(diào)蓄水池進(jìn)行方案比選。

方案一：混凝土面板堆石壩體調(diào)蓄水池。調(diào)蓄水池水池設(shè)計(jì)為倒置圓臺式結(jié)構(gòu)，分上、下兩部分，下部為基巖開挖后襯護(hù)面板，上部為面板堆石壩。池底半徑72 m，隨著基巖面高程的加高，調(diào)蓄水池半徑不斷增大，池頂最大半徑達(dá)102.2 m，池底高程1 390.0 m，環(huán)向長（混凝土面板堆石壩壩頂）628.03 m，寬5.0 m，池頂高程1 407.0 m，設(shè)計(jì)水深15 m，容積32.0萬m3。

調(diào)蓄水池采用C25鋼筋混凝土面板防滲（內(nèi)摻防滲外加劑），面板厚0.4 m，下部基巖開挖部分邊坡1∶0.75，上部混凝土面板堆石壩體臨水側(cè)邊坡1∶1.5，地面以上背水邊坡1∶1.4，地面以下背水邊坡1∶1.2；池底采用C20鋼筋混凝土防滲（內(nèi)摻防滲外加劑），底板厚0.4 m。調(diào)蓄水池池頂設(shè)交通道路，路面寬5.0 m，臨水側(cè)設(shè)1.2 m高防浪墻。

混凝土防滲面板垂直縫、混凝土面板壩趾板垂直縫以及防浪墻和面板、面板和趾板之間分縫均設(shè)銅片止水，并在分縫表面設(shè)SR塑性填縫；底板每10 m設(shè)一分縫，縫內(nèi)設(shè)Ω銅片止水，瀝青浸漬木板填充。

方案二：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)調(diào)蓄水池。調(diào)蓄水池為圓形，半徑（內(nèi)徑）100 m，池底高程1 394.0 m，設(shè)計(jì)水深10 m，池高11 m，容積31.4萬m3。池身為分離式C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)摻防滲外加劑。池壁為箱涵式擋土墻結(jié)構(gòu)，箱涵頂寬6.0 m，墻高11.0 m，側(cè)壁厚0.5～0.8 m，面坡垂直，墻背略帶斜坡，箱涵內(nèi)回填土石。為滿足擋土墻抗傾和地基應(yīng)力要求，箱涵兩壁每2 m加一肋；墻踵懸挑長度1.0 m，墻趾懸挑長度2.0 m，底板座落于基巖上，厚0.4 m，寬8.0 m。為防止池身混凝土變形，池壁及池底每10 m左右設(shè)一變形縫，縫寬20 mm，縫內(nèi)設(shè)Ω銅片止水，底板和池壁錯縫布置。為安全起見，在池壁頂部設(shè)1.0 m高的鋼欄桿。

調(diào)蓄水池進(jìn)水管垂直正下方設(shè)消力池，調(diào)蓄水池右側(cè)沖溝方向設(shè)集水排沙坑，坑底設(shè)排沙管，底板向集水排沙坑方向設(shè)0.5%底坡集水排沙。

通過對兩方案工程量及工程投資比較，方案一利用開挖石料填筑壩體，可充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，?jié)省棄渣占地，混凝土面板堆石壩具有較強(qiáng)的適應(yīng)地基變形能力，且較方案二可節(jié)約投資438.2萬元，故本設(shè)計(jì)調(diào)蓄水池推薦方案一。

此外，鑒于工程的重要性，對池壁混凝土面、趾板防滲、抗裂等性能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，選用了KIM混凝土防水外加劑。

4 調(diào)蓄水池設(shè)計(jì)

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

調(diào)蓄水池為圓臺形，池底為圓形，半徑72 m，底高程1 390.0 m。具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見混凝土面板堆石壩體調(diào)蓄水池設(shè)計(jì)方案。為方便調(diào)蓄水池清淤、檢修，由中隔墻體分為兩部分，進(jìn)口管中心線高程1 394.5 m，采用跌水消能；兩側(cè)水池分別布置出水管，管徑0.8 m，管中心線高程1 391.0 m。

調(diào)蓄水池清淤時運(yùn)用泄水放空管放空池內(nèi)蓄水，泄水放空管中心線高程1 390.0 m，管徑1.2 m，調(diào)蓄水池混凝土面板堆石壩壩趾及底板下設(shè)排水系統(tǒng)排除滲水。調(diào)蓄水池底部及趾板基礎(chǔ)均對地基巖石進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，累計(jì)灌漿長度10 005 m。

4.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

參照國內(nèi)外混凝土面板堆石壩筑壩經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本調(diào)蓄水池實(shí)際情況，其設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：

一是安全性。混凝土面板堆石壩壩體堆石內(nèi)摩擦角一般大于45°，且堆石為自由排水材料，在堆石體內(nèi)不可能形成浸潤線和孔隙水壓力；壩體堆石為非沖蝕性材料，在有滲流水流通過時，不會因細(xì)顆粒被帶走而發(fā)生類似土體的管涌等滲透破壞問題，壩體不存在滲透穩(wěn)定問題；面板碾壓堆石達(dá)密實(shí)狀態(tài)，具有良好的抗震性能，在施工期可完成絕大部分沉降變形，對安全運(yùn)行十分有利。

二是就地取材。從筑壩材料上講，調(diào)蓄水池池壁上部結(jié)構(gòu)為混凝土面板堆石壩，其充分利用了東石湖泵站引水工程攔河樞紐和調(diào)蓄水池處的開挖石料，合理利用了有效材料，減少了棄渣，節(jié)約了成本。

三是高標(biāo)準(zhǔn)防滲系統(tǒng)。調(diào)蓄水池位于源子河右岸槍風(fēng)嶺村北山包的南側(cè)山坡上，北高南低，下伏基巖為砂巖、砂質(zhì)泥巖，具中等—強(qiáng)透水性，局部為弱透水性，地下水位埋深較大，蓄水池滲漏較嚴(yán)重，而東露天礦主要是缺水，因而要求水池有較好的防滲系統(tǒng)。調(diào)蓄水池底板、上及下部池壁面板采用防滲混凝土，即在普通混凝土中加入KIM混凝土防水外加劑對基巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理可大大減少地基滲透。

四是嚴(yán)密的分縫、止排水系統(tǒng)。調(diào)蓄水池底板、面板及趾板伸縮縫內(nèi)均設(shè)兩道止水，混凝土面板堆石壩體為透水壩體，壩腳處設(shè)環(huán)向排水溝將泄水匯至地形最低處，并將棄水引入調(diào)蓄水池東側(cè)沖溝。調(diào)蓄水池底板縱、橫縫下設(shè)0.4 m×0.3 m（寬×深）排水溝，匯水匯至上述匯集排水溝。

五是合理的進(jìn)出水系統(tǒng)。供水管線在調(diào)蓄水池前分成兩道，分別對蓄水池兩側(cè)進(jìn)行充水，以便于調(diào)蓄水池在一側(cè)檢修、清淤時不間斷供水。但此時水池的另一側(cè)需低水位運(yùn)行，調(diào)蓄水池兩側(cè)分別設(shè)出水管，方便調(diào)蓄水池低水位運(yùn)行時單側(cè)供水。

六是配套的泄水放空設(shè)施及棄水回收設(shè)計(jì)。在兩側(cè)水池底部南側(cè)均設(shè)置泄水放空管，兩管線在池外匯合為一條泄水放空管后將棄水引入東側(cè)沖溝，并接入棄水回收池進(jìn)行重復(fù)利用，緩解了用水緊張狀況。

七是安全的水位、滲流、變形監(jiān)測設(shè)施。沿調(diào)蓄水池池壁面板設(shè)3個水位監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測安全可靠，滿足水位自動化要求。調(diào)蓄水池東側(cè)集水溝內(nèi)布設(shè)量水堰，對堆石壩體滲漏量進(jìn)行監(jiān)測，并在堆石壩體上布設(shè)位移監(jiān)測斷面，對壩體變形進(jìn)行監(jiān)測。

八是人性化管理系統(tǒng)?；炷撩姘宥咽瘔螇雾斣O(shè)5.0 m寬路面，滿足人行、車巡要求，方便管理人員隨時巡檢。調(diào)蓄水池北側(cè)設(shè)上壩公路連接壩頂交通和電站進(jìn)站公路，保證了調(diào)蓄水池的對外交通。

5 結(jié)語

東石湖泵站引水工程建成后，可解決平朔煤炭工業(yè)公司東露天礦用水緊缺甚至無水問題，調(diào)蓄水池為東露天礦的煤炭開采和生活用水提供了可靠的儲水和調(diào)蓄設(shè)施，并為水工面板堆石壩在工業(yè)蓄水設(shè)施的應(yīng)用提供了先例。