刘 伟

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概况

拟建天星水库位于重庆市万盛经开区境内清溪河左岸支流大垭槽上，是一座以城市生活和工业供水为主的综合利用水利工程。总库容1118万m3，工程等别Ⅲ等、工程规模中型。正常蓄水位376.8 m，兴利库容962万m3，多年平均供水量为967万m3。

天星水库由枢纽工程和供水工程两部分组成。枢纽工程主要建筑物包括沥青混凝土心墙坝、右岸溢洪道、右岸取水系统。沥青混凝土心墙坝最大坝高55.0 m，坝顶宽度8.0 m，坝顶长224.50 m。溢洪道紧靠右坝肩布置。取水系统亦位于右岸，与导流洞结合，进口设分层取水塔，取水管道经导流洞敷设至大坝下游分水控制阀室。供水工程始于坝后，供水管道长1.6 km。

2 坝址区选择及坝址初选

2.1 坝址区选择

根据涉及天星水库的相关规划成果，以及天星水库前期设计成果，已确定天星水库建设地点为大垭槽河沟内。大垭槽河道全长约9.0 km，根据支流汇入及地形情况，可将大垭槽自上而下分为上游、中游、下游三段。其中，上游为罗家湾至铁炉沟段，河道长约4.5 km；中游为铁炉沟至响水洞段，河道长约2.8 km；下游为响水洞至入清溪河汇合口段，河道长约1.7 km。

根据本项目供需平衡分析，拟建天星水库需满足年供水900万m3以上，则天然径流来水量至少应在1200万m3以上。因此，可研设计阶段从河道径流量、地形地质条件等方面分别分析上、中、下游三段的筑坝成库条件，见图1、表1。

图1 大垭槽河段示意图

表1 大垭槽河段分析描述特性表

经综合分析，大垭槽河段适宜修建天星水库枢纽的坝址区为大垭槽下游响水洞至入清溪河汇合口长度约1.7 km河段。

2.2 坝址初选

经现场踏勘，在大垭槽河天星村后沟沟口至清溪河汇合口的1.7 km河段上进行坝址选择。综合考虑该河段地形地质条件，在此河段初选四处坝址，自上而下编号为第1#～4#坝址，相邻坝线间距约400 m。初选坝址位置示意见图2[1]。汇总初选四处坝址来水量、地质条件、库容条件、枢纽布置条件及征地移民特征见表2。

图2 天星水库坝址位置示意图

四处坝址来水量、征地移民差别较小，地质条件及枢纽布置条件为坝址选择的最主要因素。在选坝初期，四处坝址均布置钻孔，经初步地质勘察、方案布置后得出：虽然1#坝址左岸存在岩质滑坡体、3#坝址右岸强风化深度大，但从工程地质条件及工程布置等方面综合研判，仍是1#坝址和3#坝址相当较优，因此，确定响水洞、缘天岗处2处坝址作为可研阶段的比选坝址，命名为上坝址、下坝址，两坝址相距约0.9 km。

3 坝址比选

工程区土料匮乏，不适宜修建均质土坝；坝基页岩为较软岩，单轴饱和抗压强度较低，布置混凝土面板坝坝址区无可上坝堆石料源，堆石料需外运。因此，坝址区较适宜修建沥青心墙坝，结合坝址区页岩石渣料源丰富的特点，现阶段选取沥青混凝土心墙坝作为坝址比选的代表坝型。

3.1 上坝址条件及工程布置

(1)地形地质条件

大垭槽河道以NW350°向进入上坝址，河道基本顺直，谷底50 m～60 m，现代河床宽10 m～15 m，平水期水面宽度4 m～8 m，水深0.2 m～0.5 m。左岸坡整体为一处岩质滑坡，坡体植被茂密，局部发育小冲沟，自然边坡30°～55°，坡面下陡上缓，坡脚现为公路；河床为第四系全新统冲洪积砂卵J砾石，厚2 m～4 m，右侧为人工堆积台地，宽20 m～30 m；右岸天然边坡坡度25°～40°，多为残坡积物覆盖，层厚4 m～18 m不等，下为下统石牛栏组(S1s)灰黑色、灰绿色页岩夹泥质灰岩。坝址岩层走向与大垭槽河流向小角度相交，纵向谷。

坝址区基岩多为志留系下统石牛栏组(S1s)灰黑色页岩夹泥质灰岩、灰岩，大垭槽河床为半边山背斜核部，左岸岩层产状NE0～10°NW∠70°～80°，右岸岩层产状NE0～10°SE∠70°～85°；岩层走向与大垭槽河流向夹角10°～20°。页岩为较软岩，页理发育，极易风化，遇水易软化崩解，干湿效应明显，坝肩裸露页岩多发生倾倒变形[2]。

(2)枢纽工程布置

枢纽工程主要包括挡水大坝、溢洪道、取水系统等。挡水大坝采用碾压式沥青混凝土心墙坝。根据建筑物功能、地形地质条件、施工条件等，溢洪道布置于枢纽右岸，取水塔与导流洞结合布置于枢纽右岸。由于本工程开挖量大，而工程区以外弃渣场选择困难，土石坝方案考虑在坝体下游堆弃一部分弃渣。上坝址碾压式沥青心墙坝方案工程总平面布置见图3。

图3 上坝址沥青混凝土心墙坝平面布置图

上坝址挡水大坝为沥青混凝土心墙坝，正常蓄水位376.8 m，设计洪水位377.0 m，校核洪水位378.3 m，总库容1118万m3。沥青砼心墙坝坝顶高程378.5 m，坝顶上游侧设置防浪墙，防浪墙顶高程379.7 m。沥青砼心墙坝底部最低高程为323.5 m，最大坝高55.0 m，坝顶宽度8 m，坝顶长224.50 m。大坝上游坝坡坡比为1∶2.5，上游坝坡采用C20混凝土预制块护坡，护坡厚0.2 m，护坡下设0.5 m厚(两层)砂砾石垫层。上游坝坡在高程343.2 m处设置马道，马道以下为上游围堰，围堰作为上游坝坡一部分。大坝下游坝坡为1∶2，坝后堆渣，渣顶高程低于坝顶高程2.0 m，渣顶宽度40 m，渣体下游坡面采用0.5 m厚C25砼框格梁护坡，渣体马道内侧设置砼排水沟；下游坝坡高程335.0 m以下为灰岩块石排水棱体。

3.2 下坝址条件及工程布置

(1)地形地质条件

下坝址位于缘天岗附近。河谷两岸岸坡为斜坡～陡坡，左岸自然边坡坡度25°～40°，右岸自然边坡坡度30°～45°，呈不对称“V”型谷，左高右低，左坝肩坡顶高程550 m，右坝肩坡顶高程480 m。河谷相对开阔，河道基本顺直，平均纵坡约1.3%，谷底60 m～90 m，现代河床宽10 m～25 m，河床高程320 m左右，河流流向NW350°。坝址区河谷阶地不发育，河床两岸发育河漫滩，宽15 m～30 m。左岸冲沟发育，右岸冲沟不发育。

坝址区基岩多为志留系中统韩家店组(S2h)灰绿色页岩局部夹杂色泥质粉砂岩，左岸岩层产状NE0～10°NW∠75°～85°，右岸岩层产状NE5～10°SE∠75°～82°；岩层走向与大垭槽河流向夹角5°～10°。页岩为较软岩，页理发育，易风化，干湿效应明显，遇水易软化崩解，坝肩页岩裸露处多发生倾倒变形。其中，大垭槽河左岸山体页岩局部夹泥质粉砂岩，泥质粉砂岩杂色，呈条带状分布，出露于左坝肩山体坡脚附近，向两侧近南北向延伸[2]。

(2)枢纽工程布置

枢纽工程主要包括挡水大坝、溢洪道、导流输水洞等。挡水大坝采用碾压式沥青混凝土心墙坝。根据地形地质条件、建筑物功能、施工条件等，溢洪道布置于枢纽左岸，取水塔与导流洞结合布置于枢纽右岸。上坝址碾压式沥青心墙坝方案工程总平面布置见图4。

图4 下坝址沥青混凝土心墙坝平面布置图

下坝址沥青混凝土心墙坝轴线总长271.0 m，正常蓄水位为369.0 m，设计洪水位为369.4 m，校核洪水位为370.8 m，总库容1121.0万m3。计算确定沥青砼心墙坝坝顶高程371.0 m，坝顶上游测设置防浪墙，防浪墙顶高程372.2 m，坝顶下游侧设置有C25砼电缆沟。沥青砼心墙坝底部最低高程为311.5 m，最大坝高59.5 m，坝顶宽度8.0 m。大坝上游坝坡坡比1∶2.5，在高程328.0 m处设置6.0 m宽马道和C20砼镇脚，上游坝坡(328.0 m以上)依次铺设0.3 m厚的砂砾石垫层厚、0.2 m厚的C25预制砼块护坡，坝坡与两岸连接处设置C20砼基座。大坝下游坝坡为1∶2.0，323.0 m高程下部为砂岩块石排水棱体，排水体顶宽3.0 m，内坡坡比1∶1.5，外坡坡比1∶2。下游坝坡结合坝后上坝公路布置，采用Z字型布置。下游坝坡355.21 m高程以上、弃渣外侧边坡均采用C25砼框格植草护坡。

3.3 坝址比选

可研阶段从地形地质条件、工程布置及枢纽投资、施工条件、建筑材料、库岸边坡处理、弃渣处理、库区淹没及工程占地、供水工程、工程总投资方面对上、下坝址进行技术经济综合比选，主要结论见表3。

表3 上下坝址比较结论表

经综合比较，上坝址在彻底处理了左岸滑坡后，在满足工程布置的情况下，坝轴线比下坝址短，需处理的地质问题比下坝址少，投资比下坝址省。可研阶段推荐上坝址。

4 结语

天星水库可研报告于2020年5月通过重庆市水利局技术审查。本水库建设条件与陇东、河西地区有较大区别，工程区植被茂密、降雨量大、岩溶发育、库区移民多，部分设计习惯也有一定特点。结合本工程设计过程的经验与体会，本文认为有以下几点可供类似项目设计参考：

(1)项目设计时，需充分收集资料与调研，了解项目建设的基础条件，掌握项目审批的相关流程等，做到有的放矢地开展设计。

(2)水库工程坝址比选时，应收集整理已有规划成果，在符合流域、区域水利相关规划的同时，不能拘泥于项目前期设计成果。坝址选择宜从已确定的开发河流上，从适宜河段、坝址区再到坝址，由远及近的逐渐分析选择。

(3)目前，水库工程建设条件越来越差，本工程库区、坝址区存在滑坡，库区淹没移民多，面对不利筑坝条件时，应进行充分的地质勘察、工程布置、计算分析等，多维度比选，尽可能做到在相当条件中选出相对优的坝址。