遮馬峪水庫(kù)壩型方案選擇

張 莉

（臨汾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 山西 臨汾 041000）

1 工程概況

遮馬峪是黃河的一級(jí)支流，發(fā)源于臨汾市鄉(xiāng)寧縣面坪村，自東北向西南流經(jīng)西交口鄉(xiāng)、西坡鎮(zhèn)，在上馬臺(tái)流入河津市境內(nèi)后，于河津市龍門村向西南直入黃河。遮馬峪水庫(kù)壩址位于河津市樊村鎮(zhèn)上寨村西北側(cè)，壩址以上流域面積110 km2，壩址上游河長(zhǎng)25.5km，坡降23.8‰。水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容108.56萬(wàn)m3，是一座以工業(yè)供水及灌溉為主、兼顧防洪的?。?）型水庫(kù)。

樞紐工程主要由大壩、溢洪道、泄洪沖砂洞組成。大壩為碾壓式瀝青砼心墻堆石壩，壩頂高程546.0m,壩頂長(zhǎng)124m，壩頂寬6m，最大壩高49.5m，上、下游壩坡分別采用1∶2.25和1∶2。壩體自上游向下游分為上游保護(hù)層、上游堆石體、上游心墻過(guò)渡層、碾壓式瀝青砼心墻、下游心墻過(guò)渡層、下游堆石體、下游保護(hù)層及壩腳堆石。泄洪建筑物由右岸溢洪道和泄洪沖砂洞組成，聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用，宣泄洪水。溢洪道采用開敞式布置，堰頂高程為540.0m，堰寬25m，全長(zhǎng)467.2m。泄洪沖砂洞進(jìn)口距壩軸線130m，進(jìn)口設(shè)閘門控制，出口位于大壩下游，全長(zhǎng)200.0m。隧洞采用有壓形式，斷面為圓形，洞徑6.5m。輸水管布置于沖砂洞左側(cè)底部，為φ500mm鋼管，進(jìn)口設(shè)閘門控制。

2 工程地質(zhì)

壩址地貌屬呂梁山系構(gòu)造剝蝕低中山桌狀山階梯狀地形。河流呈“S”形，河谷呈“U”形，地面高程在502.0m～548.0m，相對(duì)高差46.0m，左岸高程520.0m以下為基巖岸坡，岸坡較陡，坡角60°～65°，高程520.0m以上為土質(zhì)岸坡，岸坡較緩，坡角40°～45°。右岸高程540.0m以下為基巖岸坡，岸坡較陡，坡角55°～60°，高程540.0m以上為土質(zhì)岸坡，岸坡較緩，坡角45°～50°。壩軸線處現(xiàn)河床寬約26.5m。

壩址區(qū)河床覆蓋層厚12.5m的第四系全新統(tǒng)卵石混合土；左、右壩肩上部為卵石混合土，下部為混合巖化花崗片麻巖；壩基為太古界涑水群混合巖化花崗片麻巖；壩基及左、右壩肩存在滲漏問(wèn)題，壩基穩(wěn)定性較差。

水庫(kù)上游河道底部的沖洪積堆積物及庫(kù)區(qū)兩岸山梁上的坡積層，結(jié)構(gòu)松散，在暴雨及洪水沖刷下，流向庫(kù)區(qū)會(huì)產(chǎn)生大量淤積，水庫(kù)淤積問(wèn)題很嚴(yán)重。

3 壩型選擇

3.1 壩型方案

從地形地質(zhì)條件看，壩址處左右岸不對(duì)稱，左岸覆蓋層最大厚度為25m，河槽巖石為強(qiáng)風(fēng)化巖，不宜修建拱壩、重力壩，可修建堆石壩、土壩等柔性壩型。從建筑材料來(lái)源來(lái)看，庫(kù)區(qū)石料豐富，同時(shí)隧洞、溢洪道開挖料也可作為堆石壩填筑料，故適宜建堆石壩。本工程主要對(duì)鋼筋砼面板堆石壩和瀝青砼心墻堆石壩方案進(jìn)行比較。

鋼筋砼面板堆石壩：鋼筋砼面板堆石壩自上游向下游分為鋼筋砼面板、墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、特殊墊層區(qū)、上游堆石區(qū)、下游堆石區(qū)、排水區(qū)和下游護(hù)坡，見圖1。

瀝青砼心墻堆石壩:瀝青砼心墻堆石壩自上游向下游分為上游干砌石護(hù)坡、砂礫石墊層、上游堆石體、上游心墻過(guò)渡層、碾壓式瀝青砼心墻、下游心墻過(guò)渡層、下游堆石體和下游干砌石護(hù)坡，見圖2。

圖1 鋼筋砼面板堆石壩

圖2 瀝青砼心墻堆石壩

3.2 壩型比較

對(duì)鋼筋砼面板堆石壩和瀝青砼心墻堆石壩從地形地質(zhì)條件、對(duì)筑壩材料的要求、壩體滲透穩(wěn)定性及施工工藝四個(gè)方面進(jìn)行比較。

①地形地質(zhì)條件

壩址地貌屬呂梁山系構(gòu)造剝蝕低中山桌狀山階梯狀地形。河流呈“S”形，河谷呈“U”形。瀝青砼心墻堆石壩防滲措施沿軸線布置，鋼筋砼面板堆石壩防滲措施沿壩腳線布置。防滲線較長(zhǎng)，防滲工程量較大，從此角度考慮瀝青砼心墻堆石壩優(yōu)于鋼筋砼面板堆石壩。

②筑壩材料

鋼筋砼面板堆石壩主要靠上游砼面板、趾板和基礎(chǔ)防滲設(shè)施（防滲墻、防滲帷幕）防滲，因砼面板為剛性結(jié)構(gòu)，容易開裂，對(duì)墊層料、上游堆石區(qū)要求高。墊層料應(yīng)具有良好的級(jí)配、內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定或自反濾穩(wěn)定要求，壓實(shí)后具有低壓縮性、高抗剪強(qiáng)度，滲透系數(shù)宜為1×10-4cm/s～10-3cm/s。上游堆石區(qū)要求采用硬質(zhì)巖，且要有良好的級(jí)配，并具有低壓縮性、高抗剪強(qiáng)度和自由排水性能。

瀝青砼心墻堆石壩主要靠心墻及基礎(chǔ)防滲設(shè)施（防滲墻、防滲帷幕）防滲，對(duì)堆石料要求不是很高，僅對(duì)心墻兩側(cè)與壩殼之間的過(guò)渡層材料要求嚴(yán)格，過(guò)渡材料宜采用碎石或砂礫石，要求質(zhì)密、堅(jiān)硬、抗風(fēng)化、耐侵蝕、顆粒級(jí)配宜連續(xù)、最大粒徑不宜超過(guò)80mm。

工程區(qū)覆蓋層及溢洪道開挖料均為卵石混合土，不適宜做面板堆石壩筑壩材料，但經(jīng)篩分后可以作為瀝青砼心墻壩的筑壩材料，溢洪道及泄洪洞的開挖料基本可以滿足大壩填筑需求，故從筑壩材料方面考慮，瀝青砼心墻堆石壩優(yōu)于鋼筋砼面板堆石壩。

③壩體滲透穩(wěn)定性

鋼筋砼面板堆石壩：由砼面板和趾板承擔(dān)防滲任務(wù)，在防滲體系正常運(yùn)行的情況下，防滲性能良好，但砼面板對(duì)氣溫和濕度等變化較大的區(qū)域較為敏感，在施工期、運(yùn)行期或地震時(shí)，易產(chǎn)生裂縫。因此，面板下需設(shè)墊層料作為第二道防滲線，墊層料需既具有半透水性，又具有反濾性，來(lái)增強(qiáng)其限漏能力，墊層料的級(jí)配和施工顯得尤為重要。

瀝青砼心墻堆石壩：瀝青砼是一種粘彈塑性材料，當(dāng)瀝青含量在6%以上，瀝青砼很容易壓實(shí)到孔隙率3%以下，這樣的孔隙率使得瀝青砼心墻即使在很高的水頭下滲透系數(shù)也可到達(dá)10-8cm/s以下。瀝青砼既有一定的強(qiáng)度同時(shí)又有一定的粘性，即使砼心墻產(chǎn)生裂縫，裂縫自身也會(huì)愈合堵塞滲水通道，不會(huì)產(chǎn)生沖蝕破壞，壩體的滲透穩(wěn)定性較高。另外，瀝青砼心墻防滲設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，心墻上、下游設(shè)置過(guò)渡層即可滿足心墻與壩殼料的層間關(guān)系。

通過(guò)比較可看出，兩種壩型在防滲能力上各有特點(diǎn)，但瀝青砼心墻堆石壩更能適應(yīng)工程區(qū)復(fù)雜的地形地質(zhì)條件。

④施工方面

氣候條件對(duì)施工的影響：工程區(qū)冬季較寒冷，鋼筋砼面板壩的面板施工需避開冬季，瀝青砼心墻施工不受冬季溫度影響，兩壩型壩體填筑部分均可全年進(jìn)行。

施工工藝：鋼筋砼面板堆石壩靠上游砼面板進(jìn)行防滲，要求面板、止水、面板接縫和周邊趾板接縫等具有較高的施工質(zhì)量。為保證面板即使出現(xiàn)裂縫也不至于發(fā)生滲漏破壞，對(duì)面板下的填料有嚴(yán)格的要求；瀝青砼心墻壩壩體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但由于瀝青砼心墻及過(guò)渡料的施工工藝與堆石體不同，工序存在一定的干擾。

瀝青砼心墻與鋼筋砼面板相比，可適應(yīng)不同氣候，壩體可全年施工，施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。

3.3 比較結(jié)論

通過(guò)以上幾點(diǎn)綜合比較，瀝青砼心墻堆石壩在地形地質(zhì)條件、筑壩材料、滲透穩(wěn)定及施工等方面優(yōu)于鋼筋砼面板堆石壩，因此本階段選定瀝青砼心墻堆石壩作為大壩壩型推薦方案。

4 防滲處理方案

河床部分覆蓋層厚度約為12.5m，為第四系全新統(tǒng)卵石混合土。本次設(shè)計(jì)將大壩基礎(chǔ)開挖至高程496.5m，大壩堆石體座落在卵石層上。大壩心墻基礎(chǔ)覆蓋層全部清除，使心墻基座坐落于基巖上。

修建在覆蓋層上的大壩，為減少滲漏量，控制地基滲透變形等目的，一般采用上游水平防滲、垂直防滲和下游排水減壓設(shè)施等。下游減壓設(shè)施，可減小滲流逸出點(diǎn)的滲透壓力，防止?jié)B透變形并保護(hù)壩基土，但不能起到防滲的目的，垂直防滲與水平防滲相比，能夠可靠、有效地截?cái)酀B流，因此本次采用垂直防滲方案，即砼防滲墻+帷幕灌漿對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理。防滲墻自心墻底深入基巖2m，墻厚0.6m，在防滲墻內(nèi)預(yù)埋φ100mm鋼管作為帷幕灌漿孔，壩基帷幕灌漿與砼防滲墻同軸，孔距2m，深入至弱風(fēng)化層，透水率按小于5Lu控制。防滲軸線為心墻軸線，位于壩軸線上游2.0m，防滲墻左端延伸至左側(cè)壩肩50m，右側(cè)延伸至溢洪道左側(cè)，中部與心墻相接。帷幕灌漿為全斷面灌漿。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了遮馬峪水庫(kù)壩型選擇過(guò)程中考慮的一些因素，從各方面詳細(xì)進(jìn)行了比選，最后確定了采用碾壓式瀝青砼心墻堆石壩及防滲墻與帷幕灌漿聯(lián)合防滲措施，為同類工程提供一定的參考意見。陜西水利