红岩河水库工程枢纽布置方案设计

红岩河水库工程枢纽布置方案设计

发表时间：2018-07-12T17:24:47.103Z 来源：《基层建设》2018年第13期作者：李龙

[导读] 摘要：红岩河水库位于红岩河干流上，根据工程任务和功能确定水库各建筑物及枢纽总体布置。

（陕西省水利电力勘测设计研究院西安 710001）

摘要：红岩河水库位于红岩河干流上，根据工程任务和功能确定水库各建筑物及枢纽总体布置。从地质条件、泄洪和投资等方面进行比选，最终确定枢纽布置方案。

关键词：工程；枢纽；设计

1.工程概况

红岩河水库位于泾河一级支流红岩河干流上，坝址位于陕西省彬县境内。工程建设开发的主要任务为城镇生活和工业供水，兼拦沙功能。

工程枢纽由大坝、导流泄洪洞、左岸泄洪洞和输水管路等组成，属综合利用的Ⅲ等中型水利工程。总库容8550万m3，水库建成后每年可向工业及城镇生活供水2127万m3，经济和社会效益显著。

2.水文

坝址位于红岩河入泾河河口，控制流域面积714km²，干流长77.7km，河道平均比降6.5‰。

3.工程地质

坝址区红岩河切割泾河四级阶地，河谷呈“U”型。坝址区河流平面呈“S”形发育。坝址区河谷两岸边坡高125～130m，有黄土、黄土状壤土和砂岩、砂岩夹泥岩组成。黄土边坡高85～95m，自然状态下基本稳定。坝址区右岸无大的冲沟，左岸上游约200m处有条深200m左右冲沟。

4.工程枢纽布置原则

枢纽布置因地制宜，采用合适的布置方案，达到工程安全、技术可行和经济合理，保证运行的可靠性、方便性和灵活性。

有利于延长水库的使用寿命，并确保水库在各种水、沙条件下能给用户保质保量的供水。

在一定条件下，可考虑临时建筑物和永久建筑物结合，兼顾施工导流，发挥综合效益，降低投资，加快施工进度。

5.坝型比选

根据坝址地质条件以及当地建筑材料的分布，按土坝和混凝土坝方案进行坝型比选。

5.1.方案一

坝型为均质土坝，设计坝顶高程908m，宽度10m，最大坝高69m，，坝顶总长384.83m。均质土坝分为挡水坝体、坝内褥垫式排水、坝后排水棱体和护坡等。坝体底部中间设置结合槽，结合槽中心设单排帷幕灌浆，并在其上、下游进行固结灌浆。根据勘察资料成果分析，两坝肩存在的主要问题是砂砾石层的绕坝渗漏。防渗处理有三种方案，第一种方案是在库区内对砂卵石层采用粘性土进行铺包；第二种方案是通过开挖平洞截断砂卵石层；第三种方案是对砂卵石层进行灌浆。其中铺包方案，因出露的砂卵石层在岸坡上，存在铺包以后，粘土层的稳定问题，一旦粘土层因稳定、渗透破坏等原因损坏，会对大坝带来不利影响，该方案不宜采用。故重点选取截渗洞和灌浆两种方案进行设计比较，以确定合理的处理方案。

（1）截渗洞方案：该方案是采取从坝肩出露的砂卵石层开始，沿砂卵石层向坝肩内部成洞，以此来截断砂卵石层，达到截渗的目的，同时兼做基础灌浆洞使用。因截渗洞兼做灌浆洞，断面尺寸由灌浆设备需要决定，并满足接触面的安全渗透比降。同时，施工期为了方便截渗洞开挖衬砌及坝基灌浆施工，以及工程运行期坝肩渗流观测交通需求，在截渗洞下游两坝肩各设置一条永久交通洞。该方案投资380万元。

（2）灌浆方案：本方案可结合坝基防渗处理，在左、右坝肩各增设一排灌浆孔，通过灌浆有效地隔断岩石上部砂卵石层，与主帷幕形成一道连续的防渗体。该方案投资160万元。

灌浆方案施工较简单，工程量小，投资占优，并且可与帷幕灌浆共同施工，有利于缩短工期，存在问题主要是砂砾石层组成不均一，结合类似工程施工情况，灌浆质量不易保证，防渗可靠性不高，后期处理困难。而对于截渗洞方案，针对性强，能有效的截断砂砾石层，截渗效果较可靠，截渗洞亦可作为灌浆洞使用，缺点是在下游坝肩需要布置左、右两条交通洞，投资较大，与大坝坝体施工有一定干扰。综合比较，截渗洞方案工程应用较多，工程处理措施彻底，隐患少，故采用截渗洞方案处理绕坝渗漏问题。

5.2.方案二

坝型为碾压混凝土重力坝，主要建筑物由砼坝体、坝身泄洪系统、输水建筑物等组成。坝顶高程906m，坝顶上游侧设防浪墙，坝顶宽度8m，坝基置于弱风化基岩中部，最大坝高85m，坝顶长度366m，设非泄洪坝、泄洪坝和输水坝段。大坝建基面河床坝段置于弱风化基岩中下部，岸坡坝段置于弱风化基岩中上部，以上部分予以清除，在基础设置固结灌浆、帷幕灌浆及坝基排水设施。泄洪建筑物为坝顶中部的开敞式溢流堰并设3孔开敞式泄洪闸和底部的2孔泄洪放空底孔。输水建筑物布置在靠近底孔的左侧坝段，由塔式进水口、压力钢管、减压调流阀室、下游输水明渠、汇流池和退水渠等组成。

两岸870m以上为土层，为保证重力坝与岸坡的衔接，在两岸坝头采用伸入式连接，即在混凝土坝坝头部分用混凝土刺墙伸入到岸坡中，刺墙与两岸衔接部分用黄土回填碾压密实，以起到延长渗径、增加坝体稳定性及减少渗漏量的作用。

5.3.布置方案分析

大坝左岸塬顶广泛分布黄土地层，储量可满足填筑均质土坝的要求。质量除天然含水率偏低外，其余指标均满足筑坝土料的质量要求。

砂卵石料和砼用粗骨料，可在距大坝下游的泾河及黑河两岸的高渠、乔家坡及安华三处泾河河滩可开采。当地无理想的砂料，初选距坝址约150km的咸阳渭河砂料场采购。

块石料从距坝址以东19km的彬县炭店乡半坡村百子沟石料场采购，岩性为三叠系厚层长石砂岩，储量丰富，开采运输方便。

均质土坝方案比碾压混凝土重力坝方案投资少3415万元，节省投资。另外，对于红岩河水库的库水含沙量较大，运行30年后如需加高坝体，进一步发挥水库效益，砼坝比土坝工程量、难度均更大。综合比较，选定均质土坝。

6.泄洪建筑物比选

对于泄洪建筑物布置方案，依据地质勘察成果，坝址处河谷为对称的“U”型，左岸边坡呈微“凹”型，上部地形破碎，下部完整，右岸基岩裸露，边坡笔直、平滑、完整。河谷最低高程840.0m，两岸塬面高程约970.0m，坡面基岩岩面顶高程在877m～880m，其上为深厚黄土、壤土层。因此，为避免进口放水塔基础坐落于软基上，泄洪洞宜布置成深式进水口，同时可满足枢纽施工期导流及水库放空需要。左岸结合坝肩大平台开挖，布置开敞式溢洪道。结合坝址处地形、地质条件，泄洪建筑物布置拟定了以下二种方案：

6.1.方案一：泄洪建筑物由两条泄洪洞组成，右岸布置无压泄洪洞（兼导流）、左岸布置有压泄洪洞，设计布置如下：（1）右岸泄洪洞

导流泄洪洞进口引渠段、放水塔、洞身段（城门洞型）、拱涵段、出口明槽段、挑流鼻坎和护坦海漫段等部分组成。（2）左岸泄洪洞

左岸泄洪洞由进口段、放水塔、洞身段、出口闸室和挑流消能等部分组成，结合地形条件，左岸泄洪洞轴线需布置转弯，适宜布置成压力洞形式。由于有压洞洞身容易出现泥沙淤堵，结合进口位置岩面高程，塔后接“龙抬头”形式洞身，可降低进口塔体高度，减少边坡开挖量。泄洪洞断面采用圆形，结构受力状态有利，为方便施工，开挖断面采用仿马蹄形。出口挑流消能，经济合理，不影响其他相邻建筑物安全。

6.2.方案二：泄洪建筑物由右岸泄洪洞、溢洪道组成，溢洪道布置于左岸，进口设置闸门控制，设计布置如下：

（1）右岸泄洪洞（同方案一）

（2）溢洪道

溢洪道布置在左岸坝头，结合地形条件，选用正槽式进水型式。左岸岸坡在坝顶高程以上为黄土质高边坡，结合枢纽建筑物布置及溢洪道建筑物进、出口条件，为避免弯道水流对建筑物运行及结构产生的不利影响，将溢洪道轴线布置成直线。溢洪道宽度选择根据单宽流量规模，并参照类似工程经验确定。

溢洪道由引水渠、控制段、泄槽段、挑流段和护坦等部分组成。根据地质勘探，闸基段上部覆盖有15～26m厚的Q2eol黄土状壤土，土质均匀且硬塑，无湿陷性，溢洪道基础大部分置于土基上。

6.3.布置方案分析：方案一中两个泄洪建筑物运用灵活，单个泄洪洞均能满足设计洪水泄洪要求。隧洞断面尺寸适中，岩石埋深满足要求，建筑物结构安全性较高。枢纽总体布置较协调，建筑物相互关系紧凑、干扰小。左岸有压泄洪洞需布置弯道，水力流态稍差。两条泄洪洞均为深孔进口，为防止多泥沙水库出现进口、洞身淤堵，需定期泄洪拉沙。综合投资相对较高。

方案二中两个泄洪建筑物运用灵活，常遇洪水主要通过右岸泄洪洞泄洪，非常洪水两者联合泄洪，且泄洪建筑物超泄量较大。综合投资相对节省。溢洪道泄洪流量较大，大部分基础处于土基上，建筑物结构安全性较差，威胁水库运行。枢纽对外交通在下游出口位置布置较为困难。

两种方案均可行，各有优缺点，但对于溢洪道建筑物，由于地质条件限制，大部分地基处于土基上，且泄洪规模、流速大，参考类似工程情况，实际运行中易发生建筑物结构安全性问题，比较严重的主要有排水失效后的底板稳定、接缝止水隐患等，威胁水库安全运行。大坝下游距彬县县城约7km，安全性至关重要。因此，考虑这一主要因素，选定两条泄洪洞方案。

7.输水建筑物比选

输水建筑物由进口放水塔和输水管道两部分组成。红岩河水库在运行期坝前泥沙淤积逐年抬高，供水要求引取水库表层的清水，故进口设置分层取水塔。经设计分析，输水布置采用右岸和左岸输水两种方案进行比较。

7.1.方案一：考虑输水与右岸泄洪洞结合，分层取水口布置在右岸泄洪洞放水塔左侧塔壁，为表层取水方式。输水管道悬挂于泄洪洞洞顶，在大坝下游出泄洪洞后采用管桥横跨过下游河床至左岸汇流池。

7.2.方案二：输水布置在左岸，结合地形、地质，采用坝下埋涵形式。进口分层取水塔位于左岸泄洪洞右侧，后接输水涵管。

7.3.布置方案分析：左岸输水涵管位于大坝下部，与大坝施工干扰大，且检修较困难。右岸输水方案避免了与大坝施工的相互干扰，检修方便，工程投资较左岸输水方案减少222.09万元，优势明显，故选定右岸输水方案布置形式。

8.结语

经过各个建筑物系列的比选，最终确定枢纽布置。采用均质土坝、右岸导流泄洪洞、左岸泄洪洞和右岸输水管道等组成。作者简介

李龙（1988-），男，陕西西安人，助理工程师，主要从事水利水电勘设计。