淺析某水庫大壩壩型選擇

戴登奎

【摘要】某水庫大壩選型擬定了三種壩型，分別從地形地質條件、樞紐建筑物布置條件、抗震安全性、對當地氣候的適應能力、施工條件及工程投資等方面進行比較，選擇了瀝青混凝土心墻砂礫石壩作為推薦壩型。

【關鍵詞】瀝青混凝土心墻砂礫石壩；混凝土面板砂礫石壩；粘土心墻砂礫石壩

1、工程概況

擬建的某水庫壩址位于四川省內，該水庫工程主要由攔河大壩、開敞式溢洪道、輸水洞、導流兼放空洞組成，屬Ⅳ等小（1）型工程。工程建設任務是以人畜生活及鄉鎮企業供水、灌溉為主，兼顧防洪。

2、壩體設計

2.1壩型擬定

壩軸線位于河流出山口上游，河谷狹窄，呈“V”型，谷底寬一般為65～85m，河床覆蓋層厚度9.3～13m。兩岸壩肩及壩基基巖為砂巖，巖塊致密堅硬，兩岸巖體中小斷層發育稀疏，裂隙較為發育，規模一般不大，邊坡整體穩定。右岸壩肩2100m高程以上岸坡陡峻，基本無強風化，弱風化厚度15～20m；強卸荷巖體較少，水平深度2～4m。左岸壩肩基本無強卸荷巖體，弱卸荷水平深度為1～3m。

根據地勘建議，因壩址區花崗巖包含蜂窩狀捕擄體，物理力學性質差異較大，局部存在地質缺陷，在該壩址區不建議修建混凝土重力壩。而距壩軸線上游山前丘陵區上，有適宜筑壩的砂石料和心墻土料，儲量豐富，場區平坦寬闊，開采無地下水干擾，運輸較為方便。因此，該壩址適宜修建當地材料壩，本階段選擇瀝青混凝土心墻砂礫石壩、混凝土面板砂礫石壩、粘土心墻砂礫石壩進行壩型比較。

2.2壩型比選

三種壩型方案中，壩的布置格局完全相同，即輸水洞、導流兼放空洞布置于右岸，溢洪道布置在左岸。工程區天然建筑材料儲量豐富，開采運輸方便，壩址區地形、地質條件相對較好。工程建設條件對三種壩型均無限制因素，但三種壩型各有優缺點，現從地形地質條件、樞紐建筑物布置條件、抗震安全性、對當地氣候的適應能力、施工條件及工程投資等方面進行綜合比較。

2.2.1地形地質條件

根據地質測繪，河漫灘表層為砂壤土，含草根，結構疏松，層厚0.2～0.3m，不宜作為壩基礎，需全部清除。河床含漂石砂卵礫石厚度8.0～13.0m，地層連續、結構單一，無成層的砂層分布，局部夾雞窩狀砂層透鏡體，存在砂土振動液化的可能性不大。下伏基巖為凝灰質砂巖，表部強風化厚度3～5m，弱風化厚度10～15m，根據壓水試驗中等～強風化層為中等透水層，透水率14.3～48.26Lu，微風化～新鮮巖石為弱透水，透水率2.7～6.91Lu，巖體中無規模較大的控制性軟弱結構面分布，小斷層及長大裂隙發育稀疏，其余裂隙規模較小，多短小、閉合，連通性差。含漂石砂卵礫石層承載力較高（0.4～0.45MPa），抗變形能力較強（35～45MPa），透水性強，挖除表部松散層后，下部密實層可作為土石壩壩基持力層，但存在滲漏和滲透破壞問題。建議挖除河床覆蓋層及巖體表部強風化層，將基礎置于弱風化巖體之上，或設防滲墻，墻體入弱風化巖體1.0m為宜。并采取必要的補強加固處理。上述條件對當地材料壩的結構和布置影響程度相當。兩岸及河床心墻或趾板均建在強風化下限或弱風化基巖上，并設帷幕灌漿防滲。

因而從地質條件看，對三種碾壓土石壩在本工程區受到的影響和制約不大。

2.2.2樞紐布置比較

三種壩型為同一壩軸線，樞紐建筑物布置格局完全相同，位置、尺寸、規模完全相同。即左岸布置溢洪道，右岸布置輸水洞、導流兼放空洞。瀝青心墻壩和粘土心墻壩方案上游圍堰可與壩體結合布置，節省投資，而混凝土面板壩需要在壩體上游填筑臨時圍堰。從樞紐布置上來看，各方案基本一致。

2.2.3天然建筑材料

壩址區有豐富砂礫料，質量和儲量滿足壩體填筑料和混凝土骨料的設計要求，均有C1砂礫料場提供，平均運距6.0km。

從天然建筑材料條件上，三種方案基本相同。

2.2.4抗震安全性

瀝青混凝土是一種粘彈性材料，工程實踐和試驗表明，其抗滲性和抗沖蝕性能遠高于粘土。瀝青混凝土的變形模量和動剪切模量大，抗疲勞性能強，強震不易產生破壞，上下游有過渡料保護，抗震安全性較好。

混凝土面板壩方案具有良好的抗震安全性能，主堆石體在混凝土防滲面板的保護下處于干燥狀態，能抵抗強震而產生小的變形，壩體穩定性好。

粘土心墻壩防滲土料采用T1料場土料，粘粒含量平均為11.5%，在反濾保護下即使出現裂縫也容易自愈。粘土心墻體積較大，具有較強的抗震能力，在高震區修建的大壩多采用粘土心墻壩壩型，該壩型經歷了地震的考驗，運行良好。

因此，三種壩型均有較好的抗震安全性。

2.2.5設計與施工技術和經驗

土力學理論的發展，放寬了土石壩對建筑材料的限制，增大了利用當地材料筑壩的可能性；大型土石方機械的使用，加快了土石壩的施工速度，使得土石壩的造價降低，在經濟上占了優勢，從而使土石壩獲得了蓬勃的發展，并因此而積累了大量設計與施工的經驗。

因而三種壩型在設計與施工的技術和經驗方面均不存在制約瓶頸。

2.2.6基礎條件

土石壩壩方案兩岸及河床壩坡的心墻、趾板基礎均置于開挖至強風化下部弱風化上部，心墻及趾板底部進行固結灌漿，帷幕灌漿深度按q≤5Lu作為控制標準，雙排設置。

因此，對于上述三種壩型而言，壩基處理均不存在制約條件。

2.2.7工程施工

對混凝土面板砂礫石壩、瀝青混凝土心墻砂礫石壩及粘土心墻砂礫石壩三種壩型，從施工道路布置、壩料運輸、施工度汛、工程投資等方面進行對比分析，選出施工條件較好的壩型。

（1）施工道路布置

三種壩型的施工交通布置方式基本相同，面板壩方案趾防滲體的施工（包括壩基灌漿）對施工交通帶來一定的干擾，心墻壩方案的施工過程不會對施工交通帶來干擾。

（2）壩料運輸條件

壩殼料和土料均位于壩址上游，心墻壩心墻上游壩料需跨越心墻；混凝土面板砂礫石壩，趾板位于壩殼上游，壩料從上游運輸，需要跨越趾板，運輸環節應與混凝土澆筑差峰，運輸強度及運輸量相對較低。

從壩料運輸條件看，混凝土面板砂礫石壩優于心墻砂礫石壩方案。

（3）工程投資

瀝青混凝土心墻壩方案直接費為3865.08萬元，混凝土面板壩體直接費為3817.98萬元，粘土心墻壩直接費為3834.77萬元。

3、結論

綜合以上分析，從技術經濟綜合比較結果看，瀝青心墻壩投資相對較高。

相比之下，混凝土面板砂礫石壩投資較低，但對施工交通帶來一定的干擾；粘土心墻壩雖然投資不高，但粘土料的制備施工質量較難控制，且項目區夏季雨水較多，對粘土心墻填筑影響較大，且粘土心墻與基礎防滲墻的連接可靠性較差。因此，本階段初擬瀝青心墻壩作為推薦壩型。

參考文獻：

[1].李向榮、陳燕華.賓川縣芹菜塘水庫大壩選址選型方案.云南水力發電. 2012.28 （5） ：34-36

[2]. 秦學兵.瀝青混凝土心墻壩在阿勒泰地區的應用.陜西水利. 2015 （F06） ：7-8