下安水庫大壩設(shè)計方案比選

王玉杰

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

下安水庫大壩設(shè)計方案比選

王玉杰

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

介紹了下安水庫工程概況，分析了下安水庫所在區(qū)域的庫區(qū)滲漏、庫區(qū)岸坡穩(wěn)定以及壩址附近地基巖性等地形地貌及工程地質(zhì)情況，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ滩牧锨闆r選擇了適合在太谷縣津水河上修建下安水庫的壩址和壩型。該水庫壩型設(shè)計過程可為其他小型水庫工程建設(shè)提供參考。

下安水庫；壩址；壩型；碾壓均質(zhì)土壩

1 工程概況

下安水庫位于太谷縣范村鎮(zhèn)下安村，控制流域面積72.5km2，流域內(nèi)主河道長21.3km，河道縱坡21.6‰。工程所在津水河上建有石畝水庫，經(jīng)過多年淤積，水庫到汛限水位無法充分發(fā)揮供水任務(wù)。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會的發(fā)展，水庫附近的范村鎮(zhèn)逐漸呈現(xiàn)缺水勢頭，需新建水源工程來充分利用流域水量。因此，新建下安水庫十分必要。下安水庫建成后可向下游范村鎮(zhèn)、任村鄉(xiāng)兩鄉(xiāng)鎮(zhèn)提供部分工業(yè)、生活、灌溉用水，可緩解區(qū)域水資源不足難題，對保證區(qū)域人口引水安全起到積極作用。

2 壩址選擇

水庫壩址位于太谷縣境內(nèi)津水河上，設(shè)計人員對可能具備建壩條件的河段——石畝水庫至太長高速段，長約7.5km的河段進行了詳細的勘察分析。石畝水庫下游3.0km范圍內(nèi)河谷狹窄，庫容有限；河道下游有太焦鐵路線和太長高速，壩址只能在石畝水庫和鐵路之間選取。壩址選取的原則為保證供水需求的庫容，同時減少庫區(qū)范圍內(nèi)移民占地等投資。壩址的選擇要考慮庫區(qū)滲漏、庫岸穩(wěn)定及繞壩滲漏、壩基工程地質(zhì)以及工程布置等問題。

2.1 庫區(qū)滲漏

當(dāng)庫水位達到正常蓄水位870.4m時，水庫回水長度約3.1km。庫區(qū)津水河兩岸山體較為雄厚，出露巖性多為第四系下更新統(tǒng)泥河灣組低液限黏（粉）土，結(jié)構(gòu)密實，具弱滲透性，為相對隔水層。庫區(qū)左岸5.5km發(fā)育鄰谷圪塔河，河谷底高程950～971m，與津水河河谷近于平行，但圪塔河河谷高于下安水庫正常蓄水位。庫區(qū)右岸2.5km發(fā)育鄰谷象峪河，河谷底高程850～870m，象峪河河谷較下安水庫正常蓄水位低，但兩河谷間地塊巖性主要為第四系下更新統(tǒng)泥河灣組低液限黏（粉）土，為相對隔水層，故水庫蓄水后不存在永久滲漏問題，其蓄水條件較好。

2.2 左右壩肩繞壩滲漏及岸坡穩(wěn)定

2.2.1 左壩肩岸坡穩(wěn)定及繞壩滲漏

壩址區(qū)左壩肩為土質(zhì)岸坡，岸坡坡度一般為40°～60°，局部較陡。坡頂?shù)匦屋^為平緩，地面高程895m以上，與谷底高差約40m。巖性主要有第四系中更新統(tǒng)洪積低液限黏（粉）土、第四系下更新統(tǒng)泥河灣組低液限黏（粉）土、含細粒土砂層，局部夾卵石混合土透鏡體、第四系崩積灰黃、棕黃色低液限粉土、含細粒土砂層。第四系中更新統(tǒng)洪積、第四系下更新統(tǒng)泥河灣組低液限黏（粉）土結(jié)構(gòu)較為密實，多呈硬塑狀，多具中等壓縮性和弱滲透性。而第四系崩積灰黃、棕黃色低液限粉土、含細粒土砂層結(jié)構(gòu)松散且均為中等滲透性，但該層厚1～20m，寬10m左右，范圍不大。

根據(jù)上述分析，左壩肩岸坡土體整體穩(wěn)定性較好。為了保證蓄水后岸坡的穩(wěn)定，建議對其進行削坡處理，同時將左壩頭嵌入左岸低液限黏土中。由于左壩肩中第四系崩積灰黃、棕黃色低液限粉土、含細粒土砂層具中等滲透性，但范圍不算太大，所以建議清除第四系崩積灰黃、棕黃色低液限粉土、含細粒土砂層。

2.2.2 右壩肩岸坡穩(wěn)定及繞壩滲漏

壩址區(qū)右壩肩為土質(zhì)岸坡，岸坡坡度一般為45°～65°，局部較陡。坡頂?shù)匦屋^為平緩，地面高程876m以上，與谷底高差約21m。主要由第四系下更新統(tǒng)泥河灣組低液限黏（粉）土、含細粒土砂組成，局部夾級配不良礫透鏡體。低液限黏（粉）土結(jié)構(gòu)較為密實，多呈硬塑狀，具中等壓縮性和弱滲透性。

根據(jù)上述分析，右壩肩岸坡土體穩(wěn)定性總體較好。修建水庫后應(yīng)對右壩肩土體進行削坡處理，以確保右壩肩岸坡穩(wěn)定。同時應(yīng)將右壩頭嵌入右岸低液限黏土中。右壩肩主要由低液限黏（粉）土組成，且多具弱滲透性，但在正常蓄水位以下存在卵石混合土、含細粒土砂夾層，具中等—強透水性，且在壩址上下游具連續(xù)性，水庫蓄水后構(gòu)成滲漏通道，存在繞壩滲漏問題，采取防滲措施后，不會影響水庫的蓄水安全和庫岸穩(wěn)定。

2.3 上下壩址比較

設(shè)計選擇兩個壩址進行比選，上壩址位于上安村西0.1km處，下壩址位于下安村西0.5km處，兩壩址相距約1.3km。

2.3.1 上壩址

上壩址位于太谷縣范村鎮(zhèn)上安村西0.1km津水河上。該處河谷呈“S”形，河流方向由N76°W經(jīng)過壩軸線后，轉(zhuǎn)為S72°W。谷底寬約90m，河床地形較為平緩，地面高程870～875m。主河槽位于津水河左側(cè)，右側(cè)為河漫灘，左右兩岸均為土質(zhì)岸坡，左側(cè)岸坡坡度一般為50°～60°，右側(cè)岸坡坡度一般為60°～75°，局部較陡，河谷斷面呈“U”型。壩基河床巖性為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、低液限黏土。兩岸為第四系下更新統(tǒng)泥河灣組棕黃色低液限黏（粉）土、含細粒土砂層，局部夾卵石混合土透鏡體，第四系崩積灰黃、棕黃色低液限粉土、含細粒土砂層。庫區(qū)存在坍岸、浸沒、淹沒鄉(xiāng)村公路等問題。左、右壩肩均為土質(zhì)岸坡，岸坡穩(wěn)定性較好，存在繞壩滲漏問題，但滲漏量不大。由于地下水埋深淺，基坑開挖施存在涌水問題。

2.3.2 下壩址

下壩址位于下安村西側(cè)約0.5km的津水河上。該處河谷呈“S”形，總體流向為N53°W，谷底寬約230m，壩頂高程處寬約250m。河床地形較為平緩，地面高程855～863m。主河槽位于津水河左側(cè)，右側(cè)為河漫灘。左右兩岸均為土質(zhì)岸坡。左側(cè)岸坡坡度一般為40°～60°。右側(cè)岸坡坡度一般為45°～65°，局部較陡，河谷斷面呈“U”型。壩基和左右兩岸的工程地質(zhì)特性、壩基滲漏及滲透穩(wěn)定等問題與上壩址基本一致。

綜上所述，上壩址河谷寬約90m，下壩址河谷寬約230m，上、下壩址兩岸均為土質(zhì)岸坡，河谷斷面呈“U”型。兩壩址河床及河漫灘均堆積有第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土等，兩壩址處同一地貌單元，其巖土體工程地質(zhì)特性基本一致。主要存在壩基滲漏及滲透穩(wěn)定，基坑涌水等問題。左、右壩肩均為土質(zhì)岸坡，岸坡穩(wěn)定性較好，存在繞壩滲漏問題，滲漏量不大。但上壩址河谷較窄，庫區(qū)回水較長，且兩岸岸坡較陡，泄洪建筑物布置條件較差；而下壩址庫區(qū)右岸布置泄洪建筑物條件較好。根據(jù)上下壩址區(qū)建壩情況的分析比較，選擇下壩址。

3 壩型選擇

下安水庫工程選定的壩址位于太谷縣下安村西側(cè)約0.5km的津水河上，設(shè)計最大壩高20.9m。該處地形較為平緩，河谷呈“U”型，主河槽位于津水河左側(cè)，右側(cè)為河漫灘。

從地形、地質(zhì)條件看，河谷呈“U”型，河谷開闊，谷底平坦，谷底無基巖出露；左右兩岸均為土質(zhì)岸坡，土層較厚，岸坡較陡，無濕陷性，受岸坡卸荷及雨水沖刷淘蝕影響，地表溝壑縱橫，壩址左岸有小范圍的崩塌堆積物，右岸882m高程有一平臺，便于布置泄洪設(shè)施。壩址區(qū)發(fā)育地層巖性主要為新生界第四系松散堆積物、崩塌堆積物及人工堆積物，覆蓋層較深；若在此處修建重力壩，除了在基礎(chǔ)處理方面花費較大的費用外，還會帶來較多的防滲、消能防沖以及地基變形穩(wěn)定等技術(shù)問題。因此不適合修建重力壩。另外，壩址范圍內(nèi)覆蓋層較厚，沒有出露基巖；而面板堆石壩的趾板一般要修建在巖石地基上，并要求巖石具有堅硬、非沖蝕性和可灌性的特點。因此也不建議修建面板堆石壩。

就工程材料方面，壩址位于黃土區(qū)，修建混凝土壩所需的砂石料匱乏，而壩址附近土料貯量相當(dāng)豐富，儲量能滿足筑壩要求，通過對土料場的土料取樣試驗，其各項指標均滿足均質(zhì)土壩的筑壩要求。因此，考慮修建均質(zhì)土壩。

通過比較分析不同壩型對壩基基礎(chǔ)、壩肩地形地質(zhì)條件、工程材料、施工條件以及工程布置等情況的要求，設(shè)計推薦壩型為碾壓均質(zhì)土壩。

4 結(jié)語

下安水庫是山西省目前進行的更新建設(shè)百座小水庫工程之一。通過對下安水庫工程所在區(qū)域的壩址和壩型的選擇問題進行分析，最終選定了津水河上適合修建大壩的壩址和適合當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)的碾壓均質(zhì)土壩。該工程大壩壩址和壩型選擇過程可為山西省其他小型水庫工程的建設(shè)提供參考。

TV62+1

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1004-7042（2016）05-0043-02

王玉杰（1981-），男，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，工程師。

2016-03-06；

2016-04-19