軍屯水庫堆石砼重力壩在壩型比選中的優勢

【摘要】綜合考慮地形地質條件、建筑材料、工程布置、施工條件及布置等方面因素，對面板堆石壩、堆石混凝土重力壩和砌石重力壩三個壩型方案分析比選，推薦具有優勢的堆石混凝土重力壩作為樞紐設計方案。

【關鍵詞】軍屯水庫；堆石混凝土重力壩；砌石重力壩；面板堆石壩

1、工程概況

軍屯水庫位于江口縣怒溪鎮西南面的河口境內，屬于長江流域沅江水系。水庫區所在位置為凱里溝上游孟家屯村至石寶巖村、大坡龍村河段，壩址流域集水面積5.46km2。最大壩高36.2m， 總庫容150萬m3，工程等別為Ⅳ等，規模屬小（1）型。工程區基本烈度小于Ⅵ度，區域構造穩定性好。

2、壩址工程地質條件

水庫左岸分水嶺高程670～990m，一般坡度30～45°；右岸分水嶺高程680～830m，一般坡度35～45°；河床高程395.0～430.0m，河床寬窄差異變化，長年水面河床寬3～6m，兩岸高于河床1～2m臺地區稻田臺地區寬20～45m，局部河彎凸岸段寬大于60m，河床平均縱比降1～2.0%，河床比降較平緩。

壩址區右岸發育一較大的斷裂構造——逆斷層F1（怒溪逆斷層），向庫區右岸及下壩址左岸溝谷延伸。斷層產狀N16°～56°E/NW∠40°～84°，斷層面近地表表現為陡傾，向深部發育傾角逐漸變小，斷層破碎帶一般寬3～6m，主要為斷層泥。

工程區左岸及河床均為寒武系明心寺組（∈1m）、震旦系牛蹄塘組（Zan）相對隔水地層，不發育巖溶。碳酸鹽巖分布在庫區右岸600～650以上、孟家屯公路橋以下、及下壩址左岸405～410以上和右岸425m高程以上，主要巖性為寒武系清虛洞組（∈1q）白云質灰巖夾薄層灰巖。

3、壩型比選方案擬定

壩址處河谷左岸較平緩，地形坡度為10～25°；右岸較陡，地形坡度為20～40°呈寬緩不對稱\"U\"型，右壩肩有1條（F1）區域逆斷層通過，將右壩肩山體切割為一孤立體，右壩肩巖體穩定性差，不適合建拱壩；河谷寬闊，適宜修建重力壩、面板堆石壩。綜合考慮地形地質條件、建筑材料、工程布置、施工條件及布置等方面因素，結合建材條件及當地施工技術條件，對面板堆石壩、堆石混凝土重力壩和砌石重力壩三個壩型方案分析比選論證。

3.1 地形、地質條件

從地形上看，壩址河谷兩岸地形不對稱，河谷較寬，適宜修建重力壩和面板堆石壩，但考慮大壩兩岸較為陡峭，無天然埡口，不利于面板堆石壩方案泄洪建筑物布置，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優于面板堆石壩。

從地質上看，河床與岸坡覆蓋層較深，主要地層巖性為寒武系粉質粘土巖、含炭質頁巖，巖石強度低，為軟質巖，右岸有F1區域逆斷層通過，另發育少量剪裂隙，多呈閉合狀。巖石強度相對較低，抗變形能力較弱，壩址巖層為緩傾角巖層，對壩基抗滑穩定不利，修建重力壩存在一定的風險。面板堆石壩巖體承載力要求相對較低，壩基的適應性較強，修建面板堆石壩風險性相對于重力壩低，面板堆石壩優于堆石混凝土重力壩和砌石重力壩。

3.2 樞紐布置比較

3.2.1 樞紐總體布置

重力壩方案樞紐布置為重力壩+壩身表孔泄洪+壩身式取水口，集溢洪道、取水和放空于一身，工程布置簡單緊湊，不用另外開挖溢洪道和取水隧洞，開挖工程量相對面板壩樞紐方案較小，水流歸槽條件好。面板堆石壩方案樞紐布置為混凝土面板堆石壩+左岸溢洪道+右岸岸塔式取水口，面板堆石壩方案擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物分開布置，工程布置相對分散。就樞紐布置而言，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩較面板堆石壩優。

3.2.2 擋水建筑物布置

混凝土面板堆石壩方案大壩總高度較重力壩高，混凝土面板堆石壩上下游壩坡延伸范圍較大，重力壩兩壩肩開挖范圍較大，對基礎的要求較堆石壩高，基礎處理工作量稍大。就擋水建筑物布置而言面板堆石壩優。

3.2.3 泄洪消能建筑物布置

對于重力壩，采用壩身表孔泄洪，泄洪系統易于布置，面板壩的防洪標準比重力壩高，泄洪建筑物規模較大，泄洪存在工程開挖量大及高邊坡處理問題。就泄洪建筑物布置而言堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優。

3.2.4 取水建筑物布置

重力壩方案取水建筑物布置于大壩的左壩段，取水管采用壩身埋管式，取水管長29m。面板堆石壩方案的取水建筑物采用導流洞進行改建，布置于右岸，在洞內埋設取水管，管長218m。就取水建筑物布置而言堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優。

綜上所述，從樞紐布置上來說，混凝土面板堆石壩及土重力壩均可行，不存在較大的技術問題，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優于面板堆石壩。

3.3 施工條件、施工技術、導流方式和工期比較

3.3.1 施工條件

施工總體布置相同，料場、渣場位置均相同。重力壩壩體填筑量小，度汛條件好，對筑壩材料運輸強度要求低，進場公路寬4.5m，施工較為方便，但開挖基礎深度大，壩基開挖量大；面板堆石壩對建基面要求低，壩基開挖量少，但溢洪道開挖量大，且壩體填筑量大，對筑壩材料運輸強度要求高，進場公路寬6m，但交通公路長度縮短了0.5km，料場、渣場及樞紐區永久征地比重力壩方案多30畝，導流隧洞長（長268m，城門洞型2m×3m），渡汛條件相對較差。

就施工條件而言，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優于面板堆石壩。

3.3.2 施工技術、導流方式和工期

堆石混凝土重力壩：本工程采用普通型堆石混凝土施工，即首先將一定粒徑的堆石直接入倉，形成有空隙的堆石體，然后從堆石體上部倒入自密實混凝土，利用自密實混凝土的高流動抗離析性能，使自密實混凝土依靠自重自動填充到堆石的空隙中。堆石混凝土大壩機械化程度高，質量易于控制，因塊石的大量使用和省略混凝土振搗施工時間，施工效率有較大提高，有效減少了工人的參與，施工質量易于控制，材料強度高，耐久性好。采用分期圍堰導流（一期圍左岸，利用原天然河道過流，進行左壩段施工；一期度汛采用一期大壩束窄河床過流。二期圍右岸，利用二期上游圍堰攔斷河床，左岸壩段內預留導流底孔過流）， 施工總工期為24個月。

砌石重力壩：水泥用量較少，但主要采用手工操作，施工技術對施工人員技術要求高，施工速度緩慢，混凝土強度較低，施工質量不易保證。采用分期圍堰導流（一期圍左岸，利用原天然河道過流，進行左壩段施工；一期度汛采用一期大壩束窄河床過流。二期圍右岸，利用二期上游圍堰攔斷河床，左岸壩段內預留導流底孔過流），施工總工期為26個月。

面板堆石壩：壩體工程量大，施工作業時各分區部位相互銜接、交叉頻繁，施工技術要求較高。采用上下游圍堰一次攔斷河床，右岸導流隧洞過流的導流方式，施工總工期為28個月。

從施工條件、施工技術、導流方式和工期方面綜合來說，堆石混凝土重力壩優于面板堆石壩和砌石重力壩。

3.4 運行管理

重力壩筑壩強度高，耐久性好，泄洪建筑物能結合大壩布置，不需另設岸邊溢洪道，運行管理方便；混凝土面板堆石壩運行過程中需對上、下游壩坡進行經常性維護。就運行管理而言，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優于面板堆石壩。

3.5 工程量及投資比較

隨著堆石混凝土外加劑價格的降低，砼砌毛石人工工資的上漲，堆石混凝土單價（包含專利費）比砼砌毛石低，同時堆石混凝土重力壩方案溢洪道及消力池長度較短，導流工程量低，最終堆石混凝土重力壩方案較砌石重力壩方案節約82萬元。雖然面板壩壩體投資較低，但泄洪、引水、導流工程投資較高，同時由于壩體填筑量大，棄渣量大，料場及渣場也較大，專項部分投資較高，最終堆石混凝土重力壩方案較面板堆石壩方案節約75萬元。就投資而言，堆石混凝土重力壩優于面板堆石壩和砌石重力壩。

4、壩型比選方案擬定

從地形條件來說，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優于面板堆石壩；從地質條件來說，面板堆石壩優于堆石混凝土重力壩和砌石重力壩；從樞紐布置來說，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優于面板堆石壩；從施工條件、施工技術、工期來說，堆石混凝土重力壩優于面板堆石壩和砌石重力壩；從運行管理來說，堆石混凝土重力壩和砌石重力壩優于面板堆石壩。從投資方面來說，堆石混凝土重力壩優于面板堆石壩和砌石重力壩。

綜合以上考慮，本階段推薦施工速度最快、工期最短、體積穩定性好、強度高、投資最低的堆石混凝土重力壩作為最終樞紐設計方案。

5、堆石混凝土技術優勢

作為新型大體積混凝土施工技術，堆石混凝土已在大體積混凝土工程、病險水庫加固、水下混凝土工程、工程循環經濟等各個領域得到有效利用，其優勢體現在（1） 溫控措施的簡化 ：使用堆石混凝土施工時甚至取消溫控措施。（2）機械化程度高，質量易于控制 ： 可通過大規模的機械化施工來完成， 有效減少了工人的參與（3）綜合性能提高：堆石混凝土結構體積穩定較好[1]。（4）固廢利用，低碳環保：堆石混凝土的廢棄混凝土填充率甚至可達到50%[2]，最大限度地降低了膠凝材料用量的同時還在骨料破碎、混凝土生產澆筑等施工環節上大大的節約了能源。

參考文獻：

[1]石建軍，張志恒，金峰，張楚漢.自密實堆石混凝土力學性能的試驗研究[J]. 巖石力學與工程學報，2007，S1：3231-3236.

[2]何世欽，朱忠鋒，李賀，周虎.建筑廢棄混凝土再生利用新技術的試驗研究[J]. 混凝土，2013，02：121-123.