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空寨水库工程设计要点

 论文栏目:工程设计论文     更新时间:2019/1/2 11:55:45   

摘要:文章以台江县空寨水库项目为例,通过对其项目建设的必要性进行简要的分析,并对其坝址及坝体轴线、坝型、泵站、泄洪方案、发电站方案等主要工程设施的比选过程相应的阐述,最终介绍了台江县空寨水库的泄洪建筑与挡水建筑的工程设计情况,以期为同行提供借鉴和参考。

关键词:空寨水库;工程设计;必要性;方案比选

1项目建设的必要性

为配合凯里—麻江城市发展规划的实施,并为以后城市建设和社会可持续发展提供用水保障,受凯里市人民政府的委托,笔者在2011年5月参与编制完成了《凯里—麻江城市供水规划报告》,该规划报告指出,“规划城市现状供水能力不能满足其未来发展用水需要,为支撑规划城市发展,解决规划城市发展的用水问题,提出可修建鸡鸠水库、排苟水库、空寨水库等”。同时,该规划报告通过对几个水源分析比较,“空寨水库可供水量大,应作为凯里———麻江规划特大城市的主要水源”。经过对台江县的需水预测及供需平衡分析,不考虑新建水源工程时,凯里市城区及台江革一工业园区的年均供水增长量变化,台江县在2030年总供水量远不能满足市区的需水要求,缺水程度较大。在考虑污水处理及回用措施的情况下,同时考虑新建水源工程时,凯里市城区及台江革一工业园区2030年总供水量依然不能满足市区的需水要求,其中凯里市城区缺水量达1719万m3/a,而台江革一工业园区缺水量达2135万m3/a,至设计水平年2030年总缺水量达约0.39亿m3,缺水程度约为28.9%,因此,增加新建供水工程势在必行。新建台江空寨水库工程,年供水规模3854万m3,是解决凯里城区及台江县革一工业园区缺水问题的优先方案。通过与凯里市城区周边水源点的比较,空寨水库工程方案较其它水源点优越。空寨供水工程对缓解凯里市城区及革一工业园区缺水,促进地区经济的发展有着积极推进作用,因此,尽快兴建空寨水库工程是十分必要的。另外,鉴于凯里主城区和台江经济开发区附近的清水江河段全年期现状水质评价为地表水劣Ⅴ类水质,主要污染物为总磷和氟化物,附近的重安江河段全年期现状水质评价为地表水劣Ⅴ类水质,主要污染物为总磷和氟化物,而规划的空寨水库所在巴拉河全年期监测评价河段均评价为地表水Ⅱ类水质。因此,通过新建水库来达到吸纳和贮存优质水源,保证城区居民日常生活生产所需的水资源是十分必要的的[1]。

2工程设计方案比选

2.1工程概况

空寨水库工程主要由水源枢纽工程、供输水工程及发电工程组成。左岸坝后泵站取水口位于左坝肩,桩号坝0+114.00处,进口底板高程为639.60m,低于死水位高程644.50m。进口设置1.8m×1.8m拦污栅,其后接0.8m×0.8m事故检修闸门一扇,坝身埋设D=0.8m取水钢管,坝身钢管长17.616m,引水钢管出坝后采用小800mm明钢管,沿左岸从大坝坝身取水口引水至坝后泵站。发电取水口设于坝内,位于右坝段桩号坝0+033.50处,该取水口兼有放空底孔以及下放环境水的功能,进水口底板高程为635.25m,进口设置6m×6m拦污栅,其后接4.5m×4.5m事故检修闸门一扇,坝身埋设D=4.5m钢管,引水钢管出坝后采用小4500mm埋管,沿右岸从大坝坝身取水口引水至发电厂房;压力钢管出坝后在管0+26.668处分一条小1200mm支管作为放空及下放环境水管,出口用锥形阀控制,末端归入消力池。

2.2坝址及坝体轴线比选

空寨水库位于贵州省台江县台盘乡巴拉河上,巴拉河属沉江水系清水江流域,是清水江的一级支流。在可行性研究阶段,根据外业勘探结合对坝址段的地形、地质、对外交通、枢纽布置和施工条件以及淹没范围等的初步勘察情况,选择了上、下两个坝址进行比较,从兴利调节、工程地质条件、枢纽布置、建筑物综合投资、施工条件等综合技术经济比较,下坝址明显优于上坝址,因此可研阶段设计采用推荐的下坝址。随着勘测设计工作的深入,对坝址选择作了进一步的复核后认为,选择下坝址作为本工程的选定坝址是科学合理的。本项目在初步设计阶段选定坝址河段基础上进行了坝线选择,经过外业地质勘探、水文地质测绘、相关专业综合调查,及内业反复论证评审后认为,本工程坝线位置相对单一,可选择坝线位置较少。

2.3坝型比选

结合建材条件以及业主对缩短建设工期的需要,考虑到坝址处河谷宽阔,碾压混凝土重力坝能大量采用机械化施工,施工速度快,工期较短,与常规混凝土相比,无论在材料消耗、施工效率,还是其本身性能等方面都有明显的优越性。因此本阶段推荐坝址采用碾压混凝土重力坝方案与钢筋混凝土面板堆石坝方案两种坝型进行比较。面板堆石坝方案考虑溢洪道在左岸布置或溢洪道在右岸布置,与碾压混凝土重力坝方案进行同精度技术经济比选。

2.4泵站比选

空寨水库工程是给凯里市开怀片区及革一工业园区供水,考虑到凯里城区水厂厂址位于空寨坝址的西南面,革一工业园区水厂厂址位于空寨坝址北面,两条输水管线只能分别走线,当凯里提水泵站布置于库内时,革一工业园区提水泵站设置于坝后,两泵站相距约3km,运行管理相互独立,为方案一;当凯里泵站布置于坝后时,为了节省土建投资,将凯里泵站与革一工业园区坝后泵站合并考虑,合并后的泵站设置于坝后左岸约60m处的缓坡地段,为方案二。经过对两种方案的投资和功能的综合比较,凯里提水泵站布置于库内方案一与凯里、革一布置于坝后二合一泵站方案二综合投资相差较大,由于凯里泵站站址设置于库内距坝址约3km处,缩短了到凯里城区的输水管线,节省了管线投资,方案一比方案二总投资省了549.90万元,通过综合比较,方案一较优,故本阶段推荐凯里泵站站址位置选择在库内距坝址3km处,革一工业园区泵站站址选择在坝后,两泵站运行管理相互独立,互不干扰。

2.5泄洪方案比选

根据上述坝型比选,确定推荐坝线碾压混凝土重力坝为推荐方案。结合枢纽布置,大坝溢流坝段采用WES实用堰,坝身可过水,考虑洪水全部通过坝顶表孔下泄,由于坝址处洪水流量较大,为避免溢洪道过宽泄洪时会给两岸坡带来较大的冲刷即增加岸坡的支护工程量,本阶段溢洪道采用3孔12m×13.5m(宽×高)的闸门控制,溢流净宽为36m,堰顶高程降至死水位644.5m。经泄流能力计算,溢流坝各工况下的实际下泄流量均大于所需下泄流量,溢洪道闸孔的布置满足泄洪要求。同时由于各工况下坝址尾水水位较高,而且河床较宽,故溢洪道下游采用底流消能[2]。

2.6发电站方案比选

空寨水库工程电站主要利用汛期多余水量和水库弃水发电,其装机容量为10000kW,年利用小时数2531h,年发电量2531万kW•h,发电引用流量为43.9m3/s。关于发电厂房厂址选择,可行性研究阶段的审批意见为“基本同意经初步比选,发电厂址选择在坝下游右岸缓坡梯田上,距坝址280m、距河床约20m、地面高程630.0-645.0m”。鉴于可研阶段发电厂址己获得技术审查的通过,初设阶段的重点是对发电厂址位置进行阶段性复核。考虑到电站厂址不同,在地形地质条件、下游河道水流条件、施工导流条件、发电引水系统布置条件及运行管理要求等各方面是有差异的,因此初设阶段拟定了3个站址对发电厂址进行比选,分别为:站址方案一,右岸岸坡引水式发电厂房,距坝址280m(与可研厂址一致);站址方案二,右岸坝后发电厂房;站址方案三,左岸坝后发电厂房。为避免与左岸地面泵站的干扰,电站厂房优先布置在右岸,所以站址一和站址二较站址三略胜一筹;另外考虑到厂房挤占河道抬高下游水位后,将影响大坝和电站的安全运营,带来日后管理运行的诸多不便,加上施工条件和施工难度的差异,因此站址一又较站址二偏优[3]。另外经过综合比较,站址一工程投资虽略大,但有利于大坝运行安全,发电厂房也不受泄洪雾化影响,且发电尾水水流条件及厂区布置和施工组织条件均较优,因此推荐站址一右岸岸边引水式厂房方案为本阶段最终选定的厂房站址。

3工程设计要点

3.1泄洪建筑物设计

溢洪道布置在坝身河床段,为有闸控制的开敞式溢洪道,堰顶高程644.5m,溢流净宽为36m,设置一扇平面检修闸门及三扇弧形工作闸门,检修叠梁门的孔口12.0m×14.4m(宽×高),工作闸门采用3孔12m×14m(宽×高)的闸门控制。闸门启闭设备选用规格型号为为QHLY-2×2200-7.5(kN•m)液压启闭机。控制闸门的液压启闭机采用三孔闸门共用一套液压泵站布置于启闭机室内,坝顶闸门下游侧闸墩上设宽6m的C25钢筋混凝土人行交通桥,与左右岸交通连接。溢流堰采用WES幂曲线,曲线方程为y=0.055×1.85,堰面曲线后与半径R=15m的反弧相连。溢流面采用厚2000mm的C35钢筋混凝土,出口采用宽尾墩与底流消力池联合消能。闸墩中墩、边墩厚度为3m,闸墩在坝横0+014.69m两侧开始加宽,到坝横0+025.69m闸墩两侧各加宽3.5m,宽尾墩长11m。底流消力池长度为55m,消力池底板高程621.38m,消力池底板水平,消力池底板厚度为2m,为C30钢筋混凝土浇筑,尾部设坎,坎顶高程626.38m,坎高为5m。消力池出口用钢筋石笼网海漫保护河岸。

3.2挡水建筑物设计

大坝坝顶高程661.50m,大坝建基面高程614.8m,最大坝高46.70m,坝顶总长169.03m,坝顶宽度6m。非溢流坝段在溢流坝两侧及两岸,上游坝坡1:0.2,折坡点高程634.50m,下游坝坡1∶0.7。坝体内部用C15三级配碾压混凝土,迎水面依次为C20二级配混凝土护面厚500mm,C20二级配碾压混凝土防渗层厚度1.5-3m,下游面采用C20三级配混凝土浇筑,坝体河床段建基面设C20硷垫层厚1.0m。坝内622.30m高程设有灌浆兼排水廊道,两岸通过斜廊道升至645.00m高程,与坝后交通连接。坝顶设有栏杆,坝后坡高程645.00m至坝顶设有人行踏步。溢洪道布置在坝身河床段,为有闸控制的开敞式溢洪道,堰顶高程644.5m,溢流净宽为36m,设置一扇平面检修闸门及三扇弧形工作闸门。溢流堰采用WES幂曲线,出口采用宽尾墩与底流消力池联合消能。溢流堰顶下游侧闸墩上设宽6m的C25钢筋混凝土人行交通桥,与左右岸交通连接。坝顶设有栏杆,坝后坡高程645.00m至坝顶设有人行踏步。坝址基岩为浅变质岩,地下水主要为基岩裂隙水,两岸地下水沿裂隙面向河谷排泄。需进行防渗帷幕灌浆处理。防渗帷幕线布置型式为直线式,接头型式为全接式,两岸防渗端点接水库正常蓄水位与地下水位交点,岸坡防渗帷幕下限为地下水位与正常蓄水位交点以下5m及连续三段Lu≦3控制,河床段深度以不低于0.5倍坝高控制。左岸防渗帷幕向山内延伸长约65m,河床段帷幕长约143m,右岸防渗帷幕向山内延伸长约60m,防渗帷幕线总长267.825m,单排孔布置,孔距3m,防渗帷幕孔在F3断层段加密布置,孔距1.5m,总进尺为5941m,有效进尺为3861m。

4结语

台江县空寨水库作为应对台江县社会经济发展过程中所面临的水资源紧张问题,同时还为提高区域防洪能力和改善水环境能力上做出了应有的贡献。

参考文献:

[1]李萍.古县麦沟河水库工程设计要点[J].山西水土保持科技,2015(04):47-48.

[2]冶成祥.水库工程设计中的若干要点研究--以重庆市巫山县中硐桥水库工程为例[J].建材与装饰,2016(29):126-127.

[3]吴文峰,黄荣卫.老虎潭水库工程设计新技术及应用[J].浙江水利科技,014(06):43-45.

作者:苟水泉 单位:贵州省水利水电勘测设计研究院

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