東陽水庫壩型選擇初步探討

(四川沃土項目投資管理有限公司，成都，610096)

1 工程概況及基本資料

1.1 工程概況

東陽水庫壩址以上集水面積65.5km2，河道平均比降50.9‰，多年平均年來水量4090萬m3。工程開發任務是以農業灌溉、鄉村供水等綜合利用的小(1)型水利工程。水庫正常蓄水位932.00m，正常庫容532萬m3，總庫容717萬m3，死水位為911.00m，死庫容108萬m3，興利庫容424萬m3。大壩壩頂高程939.50m，壩頂寬6.00m，最大壩高66.5m，由于工程地處Ⅷ度地震區，大壩按3級建筑物設計，其它永久主要建筑物按4級設計，次要建筑物按5級設計。

1.2 基本資料

1.2.1 水文氣象基本資料

(1)水文基本資料

大壩設計洪水重現期為50年，相應洪峰流量564m3/s；校核洪水重現期為500年，相應洪峰流量910m3/s；消能防沖設計洪水標準為20年一遇，相應洪峰流量425m3/s。

(2)氣象資料

工程所在地多年平均氣溫13.7℃，歷年極端最高氣溫36.2℃，歷年極端最低氣溫為-9.2℃；多年平均相對濕度76%；多年平均年降水量993.2mm，多年平均年蒸發量1066.8mm；多年平均風速1.3m/s。

1.2.2 壩址區地質條件

壩區出露地層有：①崩坡積堆積層(Q4col+dl)，物質組成為孤塊碎石夾粉土，厚0～10m；②沖積堆積層(Q4al)，物質組成為漂卵礫石夾砂，厚9m～20m；③下古生界前泥盆系碧口群第四段(AnDbi4)石英片巖，深灰至灰綠色，薄層狀構造，局部為厚層狀，多含白色石英條帶和團塊。

經N120原位測試，河床部位上部0～4m為砂夾卵礫石，結構松散，N120平均擊數小于1擊/10cm；其下為漂卵礫石夾砂層，其中厚度0.8m～2.0m，平均擊數為5.5擊/10cm，為稍密層；下部N120平均擊數大于30擊，為中密至密實層。

對弱風化和新鮮片巖分別進行了垂直層面和平行層面兩種試驗，試驗成果表明壩區強風化、弱風化、新鮮片巖飽和抗壓強度平均值分別為7.5 MPa、13.2MPa、25.6MPa，風化巖體屬軟質巖，新鮮巖體屬較軟巖。

2 各階段壩型比選和推薦壩型的提出

2.1 可研階段壩型比較

由于受自然保護區核心區和水庫開發任務限制邊界條件影響，壩址壩線選擇空間不大。可研階段已基本選定的壩址不存在明顯制約建筑物布置的地質問題，同時擬定了以瀝青混凝土心墻石渣壩為代表的當地材料壩與以埋石混凝土重力壩和混凝土雙曲拱壩為代表的剛性壩進行比較，擇優選擇了埋石混凝土重力壩。

2.2 初步設計階段壩型比選

初步設計階段在可研階段基礎上，布置兩條壩線進行比較，上壩線主要研究瀝青混凝土心墻石渣壩和鋼筋混凝土面板壩，下壩線主要研究瀝青混凝土心墻石渣壩、鋼筋混凝土面板壩和碾壓混凝土雙曲拱壩。

由于可研階段和初步設計階段均很難比選出最優壩型，本文將可研階段的埋石混凝土重力壩，初設階段的瀝青混凝土心墻石渣壩、鋼筋混凝土面板壩和混凝土雙曲拱壩，以及增加粘土心墻壩一同進行優劣分析，確定最終選定壩型。

2.3 各壩型主要技術條件比較

2.3.1 地質條件

(1)地質構造條件

工程區位于青川斷裂北側4km，該斷裂于三鍋鄉穿過，推測具有晚更新世的活動性，全新世無明顯活動跡象，壩址區未來50年超越概率為10%地震動峰值加速度為192cm/s2，相應地震基本烈度為Ⅷ度。雖然斷裂帶距壩址較近，但對大壩的安全不構成大的影響。從抗震性能來講，該工程區適宜建柔性壩，不宜建剛性壩，即宜建土石壩，不宜建混凝土重力壩，因拱壩結構抗震性能近年來已得到認可，故拱壩在壩型選擇范圍內。

(2)地基條件

由于壩區巖體為薄層狀片巖，壩肩弱風化巖體平均飽和抗壓強度13.2MPa，壩基巖體質量為CⅤ類；微新巖體平均飽和抗壓強度25.5MPa，壩基巖體質量為CⅢ類。修建壩高大于50m的剛性壩適宜性較差。重力壩主要靠自身重量維持壩體穩定，重力壩地基巖石強度要求高，故在較軟巖基礎上筑壩較為不適宜。就拱壩而言，兩壩肩緩傾下游的貫通性結構面較為發育，左右岸均發現5條裂隙，加之拱壩拱座對壩肩巖體強度和完整性要求更高，對拱座極為不利，因此，若選擇拱壩，需對兩壩肩采取必要的加固處理措施，從而加大工程投資。而瀝青混凝土和土質心墻壩以及鋼筋混凝土面板壩主要是解決防滲體系基礎問題。在本工程中，心墻基座和趾板下部為砂卵石密實層，可作為土石壩基礎，并進行防滲處理以達到防滲設計要求。

同時，壩址區覆蓋層為漂卵石層，埋深9.25m～20.4m，松散及稍密層深度5m～6m，覆蓋層下部強風化帶巖體中裂隙發育，巖體完整性差，巖體質量差，巖體質量屬CⅤ類，不宜作地基持力層。土石壩的心墻、混凝土趾板地基可清除上部5m～6m松散及稍密層，對下部覆蓋層采用混凝土防滲墻處理并進行帷幕灌漿處理。重力壩和拱壩在此條件下筑壩，應全部清除覆蓋層，開挖工程量大，且基坑排水工程量大，不利于投資控制和施工。

從地基條件而言，心墻壩和面板壩條件較為優越，重力壩和拱壩地基條件較差，需進行大規模開挖，仍需進行基礎處理，同時對壩體填筑期間的施工排水較為不利。

2.3.2 工程布置條件

根據壩址區地形、地質條件，由于河谷呈較為狹窄的“V”形谷，適宜布置拱壩。兩岸岸坡地形坡度為60°～70°，大多呈陡崖狀，不利于心墻壩混凝土基座和面板壩趾板的布置。

本工程若選用土石壩，其溢洪道均需對左岸或右岸山體進行大規模開挖，但開挖料可作為土石壩的石渣料利用，面板壩堆石區石料不能利用該開挖料，故心墻石渣壩優于面板壩；本工程若選用重力壩或拱壩，泄洪方式均可采用壩身泄流形式，可有效解決因水文條件需要的大規模開挖問題，施工導流可采用岸邊導流洞方式進行導流，其兩岸開挖料僅能作為棄料，不能利用，但工程布置較土石壩簡單方便，較土石壩優。從工程布置條件看，重力壩和拱壩優于土石壩。

2.3.3 建材條件

工程區內天然砂礫石零星分布，儲量較少，不能滿足重力壩或拱壩的用量要求；根據壩址區巖石力學試驗成果，巖石屬較軟巖，其抗壓強度不能滿足重力壩和拱壩要求；由于重力壩和拱壩用量較土石壩用量相差較大，采用購買或者外地開采，不經濟。面板堆石壩所需的堆石料，需從38km外的料場開采灰巖料，運距較遠，費用高；心墻石渣壩方案所需石渣料可就近開采，料源豐富，運距近，開采條件較好。作為瀝青混凝土骨料，由于其用量較小，可在外地利用灰巖進行人工骨料加工得以滿足；粘土心墻壩相對于瀝青心墻壩施工難度較小，對外部環境要求不高，所以粘土心墻壩優于瀝青心墻壩。故從建材條件來說，土石壩可利用當地建材優勢，節約投資，較為經濟，優于重力壩和拱壩；土石壩中，心墻壩較為經濟，優于面板壩。

2.3.4 施工條件

心墻石渣壩與面板壩只需要將防滲體開挖至基巖或弱風化巖體，而拱壩需將整個壩基開挖至弱風化巖體，由于壩基覆蓋層厚度較大(最大深度20.4m)，重力壩和拱壩的開挖量均大于心墻壩及面板壩。

各種壩型對外交通條件和場地條件類似，施工生產生活設施布置相當。瀝青混凝土心墻石渣壩和鋼筋混凝土面板堆石壩施工技術簡單，易于機械化施工，施工工藝和技術較成熟。混凝土雙曲拱壩和拱壩幾何形狀復雜，施工難度大，技術要求高，且溫度控制要求較嚴格，需對壩體進行通水冷卻，臨建工程投資大。

瀝青混凝土心墻石渣壩填筑可利用開挖料，棄渣量相對較小，混凝土面板壩及拱壩樞紐建筑物開挖料無法利用，渣場規模相對較大。

瀝青混凝土心墻石渣壩和鋼筋面板堆石壩采用枯期圍堰擋水，總工期分別為32個月和30個月；混凝土雙曲拱壩采用枯期圍堰擋水，汛期壩體缺口導流，總工期為30個月；三種壩型施工工期條件基本相當。

3 結論

就地質條件、布置條件、建材條件和施工條件而言，本工程修建心墻石渣壩較優，可建面板堆石壩，不宜建重力壩和拱壩。根據目前基礎處理技術條件，完全能滿足本工程基礎處理技術要求，且采用心墻壩既可減少壩基深覆蓋層開挖工程量，又可充分利用當地材料和開挖料進行筑壩，既解決了抗震安全性問題，又解決了剛性壩深覆蓋層開挖和壩基巖石為軟弱巖石的問題，同時還解決了外購堆石料的問題。

在設計階段的壩型選擇中，應充分考慮壩型對地形、地質條件的適應性，充分考慮工程安全性，充分利用當地材料選擇合適的壩型，后期對壩型選擇研究中，亦可考慮適用于本工程的新型材料壩型。本文通過對各種壩型技術經濟的初步比較，積累了壩型選擇經驗，為今后的設計工作起到了良好的指導作用。