太平水庫(kù)壩型方案比選

趙海軍

1 工程概況

太平水庫(kù)位于壽陽(yáng)縣太平河下游西豐頭村東約1km，控制流域面積60.7km2。水庫(kù)主要任務(wù)是攔蓄徑流，向壽陽(yáng)縣提供工業(yè)和城市生活用水并兼顧防洪。

水庫(kù)下壩址位于西豐頭村東1km的太平河河谷上。谷底高程987～988m，河谷底寬35m左右，設(shè)計(jì)正常蓄水位1022.00m，高程處河谷寬度160m。兩岸山頂高程1057m，相對(duì)高差70m，屬低中山區(qū)。

下壩址設(shè)計(jì)正常蓄水位高程處河谷寬約347m。谷底基巖裸露，壩基巖為第六巖組中粗粒長(zhǎng)石砂巖夾含礫砂巖及砂質(zhì)泥巖，厚度10.5～13.9m。

2 壩型分析

壩型比較是在壩址比較結(jié)論的基礎(chǔ)上，對(duì)推薦壩址的不同壩型進(jìn)行綜合比較和論證。

根據(jù)推薦壩址處的工程地質(zhì)條件、地形條件，壩址處兩岸發(fā)育有堆積階地，基巖裸露且河谷較寬，不具備建拱壩的條件，適宜建設(shè)當(dāng)?shù)夭牧蠅魏椭亓巍Ｓ捎诋?dāng)?shù)赜胸S富的土石料，但土料開(kāi)采的料場(chǎng)區(qū)部分為耕地，如果大面積開(kāi)采，存在征地問(wèn)題，故選擇適宜建設(shè)的當(dāng)?shù)夭牧蠅螢榛炷撩姘宥咽瘔巍＝ㄔO(shè)漿砌石重力壩除施工機(jī)械化程度低、工期較長(zhǎng)外，當(dāng)?shù)厥喜贿m宜做漿砌石筑壩材料，需外運(yùn)，筑壩材料運(yùn)距較遠(yuǎn)，使得成本增加。綜合以上分析，本次設(shè)計(jì)對(duì)推薦壩址擬定了目前國(guó)內(nèi)技術(shù)成熟且應(yīng)用較多的兩種壩型，即混凝土面板堆石壩和碾壓混凝土重力壩分別代表當(dāng)?shù)夭牧蠅魏椭亓芜M(jìn)行了比較。其中，兩種壩型方案的泄水設(shè)施、供水工程基本相同，主要是對(duì)擋水建筑物、泄洪建筑物的工程布置和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行方案比較。

3 各方案工程布置

3.1 混凝土面板堆石壩方案

3.1.1 工程布置

混凝土面板堆石壩方案在工程布置時(shí)，泄水建筑物根據(jù)地形曾考慮在大壩左岸同時(shí)布置導(dǎo)流洞和溢洪道，溢洪道堰頂高程經(jīng)洪水調(diào)節(jié)確定為1022m，但地形高程為1060m，開(kāi)挖深度最高達(dá)到40m，勢(shì)必增加工程投資，綜合考慮工程運(yùn)行和施工條件，確定混凝土面板堆石壩方案經(jīng)濟(jì)合理的樞紐布置方案為擋水大壩、導(dǎo)流泄洪洞。

大壩采用碾壓堆石壩體、混凝土面板防滲，壩頂高程為1024.50m，壩頂長(zhǎng)175.0m，最大壩高42.5m，最大壩底寬度150.0m，上游壩坡為1∶1.5，下游壩坡為1∶1.6，壩頂寬度為8.0m。下游壩坡在高程1005.00m處設(shè)一條馬道，馬道寬2.0m。

導(dǎo)流泄洪洞布置在大壩左岸岸邊上，洞徑6m，洞長(zhǎng)169.97m，隧洞進(jìn)口設(shè)平板檢修閘門(mén)，出口設(shè)弧形工作閘門(mén)，采用挑流消能。

3.1.2 大壩設(shè)計(jì)

大壩壩體分區(qū)主要由墊層、過(guò)渡層、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)組成。大壩壩頂高程1024.50m，主堆石區(qū)頂部高程1021.70m，壩頂設(shè)鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程1025.70m，墻底與主堆石區(qū)頂齊平。

混凝土防滲面板頂高程1022.20m，與壩頂防浪墻相接，頂部厚度0.4m，底部與趾板采用鉸接，厚度0.4m。為防止表面溫度應(yīng)力，在面板表面配有單層雙向分布筋。最大斜長(zhǎng)60.3m，設(shè)縱向縫及周邊縫，縱向縫又分為靠近岸邊的張拉縫和靠近主河床的擠壓縫，分縫均進(jìn)行止水處理。

1.2.2 覆膜對(duì)啤酒大麥生長(zhǎng)的影響測(cè)定 采用全膜覆蓋種植方式，于2017年3月27日種植。用0.006mm厚規(guī)格的超薄膜，穴播，每帶6行，行距15 cm，穴距8～10 cm，每穴7～8粒，播種量75 000穴/hm2，525萬(wàn)～600萬(wàn)粒/hm2，種植小區(qū)面積20 m2，設(shè)3個(gè)重復(fù)，以露地種植方式為對(duì)照（CK），7月上旬收獲。

3.1.3 壩基處理

混凝土面板堆石壩的基礎(chǔ)座落在河床強(qiáng)風(fēng)化基巖的下限，需將河床表層1～2m厚的厚強(qiáng)風(fēng)化層清除，再筑壩。趾板置于弱風(fēng)化層上限，即全部挖除上層局部松散砂卵石土層和3～5m厚強(qiáng)風(fēng)化層，采用伸入強(qiáng)風(fēng)化基巖的混凝土趾板，以保證壩坡上游混凝土面板的穩(wěn)定，趾板寬8.0m，厚1.0m，沿壩趾線(xiàn)布置，全長(zhǎng)220m。趾板下設(shè)錨桿與基巖連接，錨桿為直徑25mm的螺紋鋼，長(zhǎng)5m，間距、排距各1.5m。壩基防滲處理采用帷幕灌漿，深度為基巖內(nèi)50m，采用單排孔，孔距2.0m。帷幕灌漿軸線(xiàn)位于混凝土趾板下。

3.2 碾壓混凝土重力壩方案

3.2.1 工程布置及大壩設(shè)計(jì)

碾壓混凝土重力壩由擋水壩段和底孔壩段組成，此外還有壩身排水管、壩下埋管段等設(shè)施。大壩擋水壩段采用碾壓混凝土重力式斷面，壩頂高程1025.00m，壩頂寬 10.0m，大壩上游邊坡 1∶0.2，下游邊坡 1∶0.9；底孔壩段中部長(zhǎng)15m，左側(cè)擋水壩段90m，右側(cè)擋水壩段70m，總壩長(zhǎng)175m。大壩最大壩高47.5m，最大壩底寬度49.88m。

3.2.2 壩基處理

碾壓混凝土重力壩的基礎(chǔ)座落在河床弱風(fēng)化基巖的中部，需將河床表層1～10m厚的松散砂卵石土層及強(qiáng)風(fēng)化基巖清除，對(duì)壩基建基面進(jìn)行固結(jié)灌漿，壩基防滲方式采用上游帷幕灌漿，灌漿軸線(xiàn)距壩軸線(xiàn)4.5m，灌漿孔底高程954.50m。

4 主要工程量及技術(shù)指標(biāo)

為使工程方案更加合理，對(duì)下壩址不同壩型方案的主要工程量及投資進(jìn)行了比較。其主要工程量、技術(shù)指標(biāo)及投資對(duì)比見(jiàn)表1、表2。

表1 壩型主要工程量比較表

表2 壩型技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

由表1和表2可知，面板堆石壩方案的土石方工程量遠(yuǎn)大于混凝土重力壩方案，但混凝土及鋼筋混凝土量又小于混凝土重力壩方案。兩方案庫(kù)容條件和供水量基本相同，投資相差較大，且面板堆石壩可充分利用當(dāng)?shù)夭牧希雺夯炷林亓斡捎诋?dāng)?shù)厝狈炷链旨?xì)骨料，需外購(gòu)，增加了投資。因此在相同庫(kù)容條件及相同供水量情況下，本著技術(shù)經(jīng)濟(jì)的原則，面板堆石壩方案具有一定的優(yōu)越性。

5 壩型選擇

上述兩種壩型，面板壩建在強(qiáng)風(fēng)化基巖上，壩軸線(xiàn)長(zhǎng)度為175.0m；碾壓混凝土重力壩建在弱風(fēng)化基巖上部，壩軸線(xiàn)長(zhǎng)度175.0m。

5.1 混凝土面板堆石壩

混凝土面板要求趾板有較高的穩(wěn)定性，所以對(duì)壩基的要求很高，趾板基礎(chǔ)必須建在較好的基巖上；當(dāng)壩址附近有較豐富的石料和混凝土骨料，應(yīng)首先考慮建這種壩型，為減少壩體沉降，壩體填筑密實(shí)度要求高，筑壩堆石料要求強(qiáng)度高、級(jí)配好，以減小壩體斷面、提高穩(wěn)定性；該壩型在水庫(kù)水壓力作用下有很高的抵抗力，壩體填筑時(shí)可同時(shí)進(jìn)行趾板及防滲帷幕施工；由于大壩主體是堆石料，可在冬季、雨季施工；面板施工技術(shù)要求高，堆石填筑必須采用振動(dòng)碾碾壓，以達(dá)到較高的密實(shí)度；在水庫(kù)水位迅速降落和變化幅度較大時(shí)，不會(huì)降低壩坡的穩(wěn)定性；由于大壩主體為松散材料，不利于與泄水建筑物連接，需另外設(shè)置岸邊溢洪道和泄洪洞。

5.2 碾壓混凝土重力壩

碾壓混凝土重力壩建在基巖上，壩體全部為混凝土，其強(qiáng)度高，耐久性好，因而大壩抵抗水的滲漏、抗御超標(biāo)準(zhǔn)洪水及抗震能力都較強(qiáng)，是一種安全度較高的壩型。

碾壓混凝土重力壩可以將泄洪、沖沙建筑物與大壩相結(jié)合來(lái)進(jìn)行布置；水庫(kù)建成后，其壩體維護(hù)、維修工作量小；碾壓混凝土重力壩由于摻入粉煤灰并采用碾壓式筑壩的方法，因而具有施工速度快、水泥用量少、水泥水化熱低等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是在冬季或雨季會(huì)對(duì)大壩產(chǎn)生一定的影響。本工程壩址附近由于缺少混凝土粗細(xì)骨料，所以這種壩型對(duì)本工程而言，不具有優(yōu)越性。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，兩種壩型各有優(yōu)勢(shì)，技術(shù)上都比較成熟，但面板堆石壩在投資和利用當(dāng)?shù)夭牧戏矫婢哂幸欢▋?yōu)勢(shì)，因此本次設(shè)計(jì)推薦壩型采用面板堆石壩方案。