辛安泉供水改擴建工程王莊調(diào)蓄池設(shè)計綜述

王新鮮

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

辛安泉供水改擴建工程作為山西大水網(wǎng)第五橫，以辛安泉水為水源，為長治市所轄8縣（區(qū)）提供城鄉(xiāng)生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉用水。此次設(shè)計的王莊調(diào)蓄池，為平順縣工業(yè)、城鄉(xiāng)生活用水的活貯水池，可顯著提高當?shù)毓┧ＷC率，有效解決平順縣的生活及工農(nóng)業(yè)用水。

為實現(xiàn)順利供水，早日發(fā)揮工程效益，綜合考慮征地和經(jīng)濟費用，采取永久和臨時結(jié)合的形式，充分利用平順支線隧洞出口附近的已征場地，王莊調(diào)蓄池選址于平順隧洞出口處的河道灘地內(nèi)。

2 調(diào)蓄池壩型比選

2.1 工程等級及設(shè)計標準

王莊調(diào)蓄池為山西省辛安泉供水改擴建工程的主要建筑物，工程等別為Ⅲ等，級別為3級；設(shè)計洪水按30年一遇，校核洪水按100年一遇。王莊調(diào)蓄池所在區(qū)域地震基本烈度為Ⅶ度，地震設(shè)防烈度按7度考慮。

2.2 調(diào)蓄池壩型選擇

2.2.1 壩型材料選擇

王莊調(diào)蓄池布置在平順支線末端的隧洞出口處，庫容要求在3萬m3以上。調(diào)蓄池布置受到征地范圍的限制，如采用半挖半填碾壓式土石壩，不考慮挖填平衡，按最大庫容設(shè)計，內(nèi)壩坡1∶2.5，外壩坡1∶2，壩頂高程1118.25m，池底高程1116.00m，壩頂寬度3m，調(diào)蓄池庫容6400m3，隧洞內(nèi)蓄水5300m3，總蓄水量僅1.1萬m3，遠遠不能滿足業(yè)主要求。由于土壩占地面積較大，該地區(qū)現(xiàn)有征地范圍狹小，不適合采用碾壓式土石壩。

混凝土擋墻占地面積較小，可以最大限度地利用已征場地，增大容積，因此考慮采用混凝土擋墻的形式作為壩體的調(diào)蓄池形式。

2.2.2 擋墻型式選擇

根據(jù)地質(zhì)條件，王莊調(diào)蓄池分布地層巖性為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）低液限粉（粘）土、卵石混合土。卵石混合土承載力為200～220kPa，由于隧洞出口水位的限制和業(yè)主對于庫容的要求，初步擬定擋墻高度在7～8m之間。因此根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件和壩高限制，本工程可選擇的擋墻型式主要有：重力式、懸臂式、扶壁式。

在本工程中池基持力層主要為（Q4pal）卵石混合土，承載力為200～220kPa，滿足要求，擋墻的一側(cè)為河道、一側(cè)為調(diào)蓄池水，需要兩側(cè)擋水，因此選用混凝土整體澆筑，在混凝土表面布鋼筋。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010），采用理正巖土工程計算分析軟件，在正常運行期、完建期、完建期+洪水、正常運行期+洪水、正常運行期+地震五種工況下，通過對重力式、懸臂式、扶壁式擋墻進行抗滑、抗傾和承載力分析，表明三種擋墻結(jié)構(gòu)均滿足設(shè)計要求。

重力式擋墻鋼筋量小，施工方便，但是占地大、整體工程量大，投資較大；懸臂式擋墻，混凝土用量較重力式擋墻小，但鋼筋用量加大，施工復(fù)雜，投資最大；扶壁式擋墻鋼筋量較大，施工復(fù)雜，混凝土方量最少，鋼筋用量比懸臂式少，總投資最少（見表1）?？紤]到整體方案總體投資比原半挖半填方案已有增加，本著節(jié)省投資的原則，最終選用投資最少的扶壁式擋墻方案。

表1 方案對比結(jié)果表

3 調(diào)蓄池設(shè)計

3.1 調(diào)蓄池地基處理

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，調(diào)蓄池基礎(chǔ)地層巖性為（Q4pal）卵石混合土夾低液限粘土，地基存在不均勻變形問題，且卵石混合土地基結(jié)構(gòu)松散，為強透水層，采用夯實碾壓法進行處理，要求夯實碾壓后相對密度不小于0.75。局部區(qū)域的低液限粘土，采用換填消除濕陷性，換填深度2m，換填材料采用池區(qū)內(nèi)開挖的卵石混合土，換填后地基承載力不小于180kPa，相對密度不小于0.75。

3.2 防滲處理

經(jīng)分析王莊調(diào)蓄池選用鋼筋混凝土扶壁式擋墻，需要對水池基礎(chǔ)和池底進行全面防滲處理。因混凝土和漿砌石等剛性材料防滲的造價太大，且需要大量黏土，當?shù)仞ね敛牧先狈Γ灰踪徺I。

防滲土工膜防滲效果較好，造價相對低廉；對全庫盆大面積防滲，防滲土工膜施工所需的設(shè)備簡單，施工質(zhì)量較易控制，綜合考慮，王莊調(diào)蓄池池底防滲，采用防滲土工膜方案。

池底復(fù)合土工膜防滲層由上到下分別是上設(shè)300mm厚砂礫石，200mm厚砂墊層；砂墊層下為防滲復(fù)合土工膜，復(fù)合土工膜為二布一膜，膜料采用0.5mm厚高密度PE土工膜，單位面積質(zhì)量900g/m2；土工膜下再鋪設(shè)200mm厚砂墊層。

3.3 調(diào)蓄池斷面設(shè)計

3.3.1 調(diào)蓄池布置

王莊調(diào)蓄池平面呈東西向的啞鈴形狀，長約150m，寬約15～50m，總占地面積1.11hm2。調(diào)蓄池擋墻環(huán)型布置，軸線總長420.5m，調(diào)蓄池最高蓄水位1117.00m，底板厚為1.0m，池底高程1112.00m，擋墻頂高程1118.25m，頂寬0.6m，擋墻高度7.25m，墻后填土2.0～5.5m。

調(diào)蓄水池池壁為C25鋼筋混凝土扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)，全長420.5m，頂寬0.6m，墻高7.25m，扶肋間距5m，扶肋厚0.4m，在擋墻頂布置1.0m高欄桿。

為滿足擋墻抗滑、抗傾和地基應(yīng)力的要求，在臨河側(cè)擋墻，墻趾懸挑長1.0m，墻踵懸挑長4.0m；底板總寬為5.6m，厚為1.0m，底板下加設(shè)防滑凸榫，防滑凸榫寬為1m，深度為0.6m。

在非臨河側(cè)，墻趾懸挑長1.0m，墻踵懸挑長4.5m，底板總寬為6.1m，厚為1.0m；在底板下做300mm厚C15素混凝土墊層。為防止地基不均勻沉陷影響調(diào)蓄水池的穩(wěn)定；池壁澆筑時每10m設(shè)一條沉降縫，縫內(nèi)設(shè)651止水帶和閉孔泡沫板。

圖1 扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)圖

3.3.2 調(diào)蓄池進出水口布置設(shè)計

（1）調(diào)蓄池進水設(shè)計

調(diào)蓄池進水口布置在軸線樁號0+000處，庫區(qū)西北側(cè)，與平順隧洞出口相連。入池設(shè)計流量0.20m3/s，建筑物主要由進水渠、箱涵、跌水、消力水池組成。

隧洞出口接進水渠，進水渠長11m，寬從3m漸變至2m，高1.5m，側(cè)墻及底板厚350mm，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下鋪設(shè)100mm厚C15素混凝土墊層。

考慮到交通要求，在進水渠后布置4.1m長的有蓋箱涵，尺寸為2m×1.2m，側(cè)墻及底板厚350mm，蓋板厚300mm，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下鋪設(shè)100mm厚C15素混凝土墊層。

箱涵進入擋墻后設(shè)置跌水，在擋墻內(nèi)側(cè)設(shè)置1∶0.25陡坡，寬2m，側(cè)墻高300mm，厚350mm，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

水流入池后接矩形消力水池。水池為現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為2.5m×2m×0.5m，池壁厚350mm，池底厚400mm，池底高程1112.00m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層下鋪設(shè)C15素混凝土墊層，厚100mm。

（2）調(diào)蓄池出水設(shè)計

調(diào)蓄池出水口布置在池區(qū)東南側(cè)、地形較低的位置，位于軸線樁號0+222處。出庫設(shè)計流量0.20m3/s。建筑物主要由出水池、出水管線、出水（泄水）閥井、消力池組成。

為了滿足出水管道的淹沒條件，在庫區(qū)出水口的入水口前設(shè)一出水池，水池為現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為5m×5m×2.15m；出水池后接出水管，采用DN400鋼管，長31m，埋設(shè)于擋墻底板下部；出水管線末端設(shè)置出水（泄水）閥井，尺寸為3.8m×3.8m，C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，未設(shè)上部結(jié)構(gòu)，閥井內(nèi)設(shè)置三通，對應(yīng)安裝出、泄水控制閥；出水閥和后續(xù)工程銜接，泄水管匯入排水溝最終進入矩形消力池，水池尺寸為10m×3m×2.7m，現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

王莊調(diào)蓄池建成后，可有效解決平順縣的生活及工農(nóng)業(yè)用水安全，為平順縣實現(xiàn)轉(zhuǎn)型跨越提供強有力的水源支撐。