广西水利电力勘测设计研究院 广西南宁 530023
摘要：扶平水库工程是西南五省重点水源工程之一，工程任务以人饮供水、灌溉为主。根据扶平水库工程的地形地质条件，选择了符合工程实际的枢纽布置方案，并对主要建筑物型式进行了比选，从而在满足功能要求的条件下，达到合理控制工程投资的目的。
关键词：扶平水库；枢纽布置；建筑物型式；工程投资
1 工程概况
《西南五省（自治区、直辖市）重点水源工程近期建设规划报告（修订本）》提出扶平水库的任务是：为乡村供水、灌溉，规划为小型水库，2014年3月广西水利厅组织编制完成《广西抗旱规划实施方案（2014-2016）》，并上报水利部水规总院，经水利部审核后同意实施方案并按计划逐步下达建设资金，扶平水库已列入《广西抗旱规划实施方案（2014-2016）》建设内容。
扶平水库工程位于百色市德保县敬德镇扶平村扶平河上，在扶平村驻地上游6.3km处的扶平河上修建拦河坝，形成扶平水库，将扶平河水经水库调蓄后通过输水管道向扶平、驮良等村屯提供人饮及灌溉供水。水库正常蓄水位为925m，总库容140.1万m3，小（1）型水库。对村镇最大供水流量为0.012m3/s，日均供水量795m3/d；农田灌溉用水最大引水流量0.14m3/s；放入原河道的生态基流量0.066m3/s。
河谷两岸属中低山地貌，山体雄厚，植被茂盛。河谷呈“V”字型，两岸地形基本对称，河床底部高程约为888m，覆盖层为漂卵石层，层厚0~3m，局部基岩裸露，为三迭系中统百逢组第二段 (T2b2)的中厚层状泥质粉砂岩夹砂岩，岩体为弱风化，岩层倾向下游偏右岸，倾角一般为60～65°，无大的构造及断层经过；其弱风化下限埋深约为6m，岩体透水率一般<10Lu，属弱透水层。
2 枢纽布置研究
在可行性研究阶段，在扶平村驻地往上游至支流汇合口的扶平河上选择上、下两个坝址进行比选，两坝址间相距1.5km。通过对地形地质条件、库区淹没、供水工程效益、施工条件、投资等方面进行综合分析，上坝址较下坝址优，最后选定上坝址作为推荐坝址。
2.1 坝型比选
2.1.1 基本坝型选择
共选择了混凝土拱坝、土石坝、混凝土实体重力坝三种坝型进行比选。对于混凝土拱坝方案，坝址处河床左右岸不对称，坝轴线下游逐渐开阔，且整个坝基均为泥质粉砂岩夹砂岩无法形成有效拱座支撑，对拱坝坝肩不利。另外由于弧高比较大，拱的作用效果较弱，由悬臂梁分担的荷载较大，梁的作用成为主要的传力方式，此种情况下修建拱坝将带来诸多不利。
土石坝方案可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，能适应各种不同的地形、地质和气候条件。坝址附近土料储量不多，但石料丰富，具备修建混凝土面板堆石坝的条件。
混凝土实体重力坝结构简单、安全可靠、泄洪问题容易解决、便于施工导流、施工方便。本工程所处区域石料丰富，地形、地质条件也适宜修建混凝土重力坝。
混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝方案综合比较如下：
（1）在选定的坝址处比较混凝土重力坝和面板堆石坝两种坝型。从地形、地质条件看均能满足要求。
（2）从施工导流看，混凝土重力坝采用底孔导流，导流工程量不大；混凝土面板堆石坝采用隧洞导流，导流工程量较大，导流工程投资相比增加较多，且隧洞导流将增加导流工程工期。
（3）从建筑物布置看，混凝土重力坝方案通过溢流坝泄洪，将溢流坝布置在河床中部，溢流坝左、右两侧分别为左岸非溢流坝和右岸非溢流坝，取水口布置在左岸非溢流坝段内，整个枢纽布置紧凑。混凝土面板堆石坝通过溢洪道泄洪，可将溢洪道布置在左岸，但左、右岸无天然垭口，溢洪道的施工需劈山形成，不但开挖量大，还存在高边坡问题。坝址区主要为泥质粉砂岩，可作为堆石坝次堆区填筑料，但不宜作为主堆区填筑料，尚需另外寻找较好的石料。
综上所述，从地形地质条件、建筑材料施工导流、建筑物布置等方面看，混凝土重力坝方案优于混凝土面板堆石坝方案，最终选择混凝土重力坝方案。
2.1.2 常态混凝土重力坝与碾压混凝土重力坝比选
在混凝土重力坝方案选定的基础上，对常态混凝土和碾压混凝土两种筑坝材料进行比选。常态混凝土重力坝一般的特点是：结构简单、安全可靠、泄洪问题容易解决、便于施工导流、施工方便，但施工工期相对较长，温控措施相对复杂。碾压混凝土重力坝除了常态混凝土重力坝具有的一些优点外，还具备以下优势：施工工艺程序简单、可快速施工缩短工期，水泥用量少可降低坝体内部混凝土的水化热温升。为此选择该两种坝型进行比较。两方案主要工程量及投资对边见表1。
常态混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝方案综合比较如下：
（1）在选定的坝线处比较常态混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝两种坝型，从地形、地质条件看均能满足要求。
（2）从建筑物布置看，两种坝型的布置基本一致，规范要求常态混凝土重力坝坝顶宽度最小不能小于3m，根据交通要求本工程采用4.5m。而碾压混凝土重力坝坝顶宽不宜小于5m，本次设计采用最小宽度5m。
（3）从施工导流看，两种坝型均采用分期导流，导流方案基本相同。
（4）从施工进度看，常态混凝土重力坝施工工期比碾压混凝土重力坝方案长1个月。
（5）从两方案的建筑工程投资看，常态混凝土重力坝比碾压混凝土重力坝只多118.66万元，两方案相差不大。
综上所述，从地形地质条件、建筑物布置、主要工程量、施工导流、施工进度、工程投资等方面看，常态混凝土重力坝与碾压混凝土重力坝相当。考虑到坝体工程量不大，仓面较小，碾压混凝土重力坝快速施工的优势并不明显。此外，碾压混凝土施工过程中控制不好容易出现层间施工胶结面不好而使坝体漏水，经综合考虑后选定常态混凝土重力坝方案。
2.2 供水工程输水方式及主要输水建筑物型式
2.2.1 人饮供水
工程利用水库对下游班合、新村、那细、那弄、那莫及扶平等村屯村提供人饮、灌溉供水。扶平水库人饮供水最低水位为909.20m，最高水位为928.75m，各供水点供水高程分别为班合916m、新村845m、那细849m、那弄844m、那莫850m、扶平村饮水工程817m。扶平水库大坝下游为一狭长的河谷地带，水库与供水对象之间的地势从上游到下游呈由高到低之势，最大水头差达一百多米，具备全程重力式自流供水的条件。根据地形地质、交通条件及各供水点位置，本阶段拟采用小部分明管与大部分平地埋设输水管道相结合的重力式自流供水方式对上述供水对象提供人饮供水。
2.2.2 灌溉供水
工程对水库坝址下游至驮良之间河谷的农田进行灌溉，灌溉面积2600亩，灌溉供水范围地面高程为900m～760m，灌溉流量为0.14m3/s。灌溉供水范围沿扶平河两岸分布，地形较缓。灌溉供水范围内的水库下游河道现有驮完坝、那细坝、上平一坝、上平二坝四座壅水坝，其中驮完坝及上平一坝已较为破旧，将其修葺后再利用现有灌溉渠道，可使之形成自流灌溉系统。根据供水线路布置合理、经济的原则，本工程只需设一段压力管道，将灌溉及环境用水从上游水库引至大坝下游河道，同时改建灌溉供水范围内的河道两座壅水坝，即可满足供水要求，不再新建输水渠道。
2.3 枢纽总布置
本工程有供水、灌溉等要求，无航运过鱼等要求，结合施工导流及地形地质条件选定工程总布置如下：
扶平水库拦河坝位于百色市德保县敬德镇扶平村上游6.3km处，坝型为常态混凝土重力坝。拦河坝由左、右岸非溢流坝段、河床溢流坝段组成，溢流坝上设交通桥；坝顶宽4.5m，坝顶总长157m，坝顶高程930.5m，最大坝高46.5m，坝下游消能工采用底流消能，在溢流坝下游末端设置消力池，消力池底板高程为882.5m，池长53m，宽30m，池深5m（底板至尾坎顶）；消力池后设混凝土护坦，护坦底板高程为884.5m，长10m，宽30m；消力池底板与大坝溢流面间用半径为15m的圆弧段连接。左岸坝头设上坝公路与原有交通公路相接。水库管理房设在左岸下游距离坝线位置380m处的地形平缓地区，位于扶平～洞站村级公路旁。
放水系统采用坝式进水口，进水口布设在左岸非溢流坝段3#坝块内。放水系统拟在坝下游阀门室的输水压力钢管上设置阀门进行开闭和流量控制，因此取水口只在管口设简易拦污栅。取水口底高程906m，埋设两根直径为0.4m放水压力钢管，负责人饮、灌溉及环境基流取水。在大坝下游坝脚处设阀门操作房，操作房内设置人饮干管检修阀、控制阀，灌溉及环境基流管检修阀、控制阀。为提高供水保证率，在两根直径为0.4m的压力钢管间设连通管，连通管上设置检修阀。
施工导流采用分期导流方式，一期围右岸，利用左侧明渠导流，二期围左岸，利用底孔导流，导流底孔设在右岸非溢流坝段内，采用圆形断面，直径3m，上游进口设封堵闸门，导流任务完成后进行封堵。
枢纽总布置见图1。
3枢纽建筑物设计
3.1 拦河坝
非溢流坝为常态混凝土重力坝，其中左岸非溢流坝段长60m，从左至右分别为1#、2#、3#共3个坝块；右岸非溢流坝段长57m，从左至右分别为6#、7#、8#共3个坝块。非溢流坝坝顶高程为930.5m，河床处最低建基面高程为878.5m（下游侧），最高建基面高程为929.5m，基础位于弱风化中部至强风化中部基岩之上。大坝最大坝高46.5m；大坝坝顶宽4.5m，上游坝面896m高程以上为铅直面，以下坝坡采用1:0.2；下游坝面在926m高程以上为垂直面，以下坝坡为1:0.75。
溢流坝段布置在坝的中段正对河床，上游侧与左、右岸挡水重力坝一致，896m高程以上为铅直面，以下坝坡采用1:0.2。采用无闸开敞式实用堰，溢流坝堰顶高程为925m，与正常水位一致，堰面曲线采用WES型实用堰 ，堰面曲线下游连接坡度为1:0.75的直线段，两侧设置厚1m的导墙。坝下游消能工采用底流消能。溢流坝上设交通桥，桥面高程、宽度与坝顶相同。
溢流坝段长40m，分两个坝块，布置3孔溢流孔，每孔净宽12m，桥中墩厚1m，边墩厚1m，溢流前缘总净宽36m。溢流坝建基面高程为884.0m，位于弱风化中部岩体上，最大坝高46.5m。
3.2 消能防冲建筑物
工程采用底流消能，消力池底板顶高程为882.5m，池长53m，宽30m，池深5m（底板至尾坝顶），坎高2.5m；消力池底板厚度1m～1.5m，底板下部设纵、横向排水盲沟，排水出口设在消力池边墙水跃收缩断面水面以下。
3.3 基础处理
3.3.1坝基固结灌浆
为了加强基岩的整体性，坝基均进行固结灌浆。坝基灌浆范围为整个坝基外轮廓线延伸3m所包括的范围，灌浆孔距及排距均为3m，帷幕灌浆上游侧范围固结灌浆孔深为8m，其余部分固结灌浆孔深为5m。
3.3.2坝基防渗和排水
根据地质勘探揭示，拟建拦河坝坝基全强风化岩体构造裂隙较发育，岩体以中等透水为主；弱微风化岩体完整性较好，岩体以弱透水为主，因此坝基需作帷幕灌浆。根据《混凝土重力坝设计规范》（SL 319-2005）的要求，防渗帷幕设一排，孔距2m。灌浆深度达到透水率为5Lu的相对隔水层以下5m。左、右两岸防渗帷幕从坝头往两岸的山体内延伸至相对隔水层处，与坝基的防渗帷幕形成一道封闭的防渗体系。左坝肩设一条灌浆平洞，长17m，城门洞形，断面尺寸为3×3.5m（宽×高）。为了便于坝基灌浆和排水，在混凝土坝内上游侧高出建基面以上3m～5m左右设3×3.5m城门洞形灌浆排水廊道。
为有效降低坝基扬压力，在上游灌浆排水廊道布置一排排水孔，排水孔深度为帷幕深的0.5倍。
3.4 输水工程
根据地形地质、交通条件及各供水点位置，采用小部分明管与大部分平地埋设输水管道相结合的重力式自流供水方式对供水对象提供人饮供水。各供水点引水流量及供水点水池水面高程见表2。
4 结语
（1）扶平水库拦河坝由左、右岸非溢流坝段、河床溢流坝段组成，坝顶宽4.5m，坝顶总长157m，最大坝高46.5m，坝下游消能工采用底流消能。放水系统采用坝式进水口，在大坝下游坝脚处设阀门操作房，操作房内设置检修阀、控制阀。坝基进行固结灌浆和帷幕灌浆，同时为有效降低坝基扬压力，在上游灌浆排水廊道布置一排排水孔。
（2）工程利用水库对下游班合、新村、那细、那弄、那莫及扶平等村屯村提供人饮、灌溉供水。各供水点具备重力式自流供水的条件，采用小部分明管与大部分平地埋设输水管道相结合的供水方式对上述供水对象提供人饮供水。灌溉供水范围沿扶平河两岸分布，灌溉面积2600亩。
参考文献：
[1]广西水利电力勘测设计研究院. 广西德保县扶平水库工程初步设计报告[R]. 南宁：广西水利电力勘测设计研究院，2015.
[2]SL319-2005，混凝土重力坝设计规范[S].
[3]SL 314-2004，碾压混凝土坝设计规范[S].
[4]SL 274-2001，碾压式土石坝设计规范[S].
[5]SL 687-2014，村镇供水工程设计规范[S].
作者简介：
容晓（1982-09-17），男，籍贯：广西桂林，学历：硕士，职称：工程师，工作单位：广西水利电力勘测设计研究院
论文作者:容晓
论文发表刊物:《防护工程》2017年第3期
论文发表时间:2017/6/28
标签：重力坝论文; 混凝土论文; 溢流坝论文; 高程论文; 水库论文; 坝基论文; 下游论文; 《防护工程》2017年第3期论文;