天祝縣石門河調蓄水庫壩型方案比選

南 娟

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

天祝藏族自治縣地處甘肅省中部，武威市南部，祁連山東端，位于青藏、內蒙、黃土三大高原交匯處，是石羊河流域的源頭和黃河一級支流的發源區。石門河是莊浪河的一級支流，發源于甘肅省天祝縣與青海省門源縣交界的得泉山，石門河三岔以上分兩條主要支溝，一條為石門河，另一條為土城溝。為了落實國務院、甘肅省委、省政府支持藏區經濟社會發展的重要舉措，加快藏區經濟社會發展，促進天祝縣畜牧業發展，提高農牧民生活水平，實施天祝藏族自治縣石門河調蓄引水工程勢在必得，該工程由調蓄水庫、引水工程和牧草灌區三部分組成。擬在石門河出口修建調蓄水庫，水庫壩址以上集水面積124.8 km2，三岔至入河口河道長約17.7 km，入河口上游約2.7 km 設有石門河渠首，渠首以上流域面積310 km2。石門河調蓄引水工程的主要任務是解決設計水平年2030 年天祝縣寬溝工業園區、水泉—上灘工業園區及工業園區自備電廠用水，兼顧寬溝牧草灌溉及沿線農村人畜飲水。

石門河調蓄水庫位于金強河右岸支流石門河上，工程規模屬小（1）型，工程等別為Ⅳ等。大壩按30 年一遇洪水設計（洪峰流量為91.5 m3/s），200 年一遇洪水校核（洪峰流量為212 m3/s）。

2 壩址區工程地形地質條件

壩址處兩岸山體高大陡峻，相對高差較大，山體頂部基巖裸露，石門河為壩址區最低的侵蝕基準面，河谷寬約60 m，左岸地形為基巖陡坡，右岸地形為一馬鞍型的基巖陡崖。

壩址位于石門三岔溝口上游約0.3 km 的峽谷處，壩軸線與河谷近于垂直，河床縱坡約2.3%，其河床覆蓋層為沖洪積含漂石砂卵礫石層，無明顯的河床窄深河槽，砂卵礫石結構中密～密實，為良好的持力層。左岸基巖大面積出露，巖質岸坡自然坡度大于80°；右岸基巖呈鼻梁狀向河床凸出，自然坡度大于70°。

根據地形、地質、樞紐布置、施工、建材、經濟等條件，該工程區適宜修建的筑壩類型有當地材料壩混凝土面板堆石壩及堆石混凝土重力壩。

3 壩型擬定

3.1 混凝土面板堆石壩設計方案

鋼筋混凝土面板堆石壩最大壩高46.71 m，壩頂長度104.58 m，壩頂寬度9 m，壩底寬度150.46 m，頂高程2901.00 m，底高程2854.29 m，上游壩坡1∶1.3，下游壩坡1∶1.4，面板厚度從頂部0.4 m 向底部0.65 m 逐漸增加，采用C25 鋼筋混凝土結構，單層雙向配筋。壩頂上游側設置“L”型鋼筋混凝土防浪墻，墻高4.3 m；趾板采用平趾板，壩基及壩肩采用帷幕灌漿防滲處理[1]。

溢洪道堰面采用C20 鋼筋混凝土結構的駝峰堰型式，其后設C20 鋼筋混凝土漸變槽（縱坡為1/100），該槽后接C20 鋼筋混凝土分離式矩形陡槽（縱坡為1/2），陡槽后采用擴散式C40 鋼筋高強混凝土結構消力池將溢水泄入天然河道。

泄洪引水洞進口位于壩軸線上游約100 m 處，出口位于壩后石門河右岸。洞線呈SE95°直線布置，與壩軸線呈80°夾角，隧洞穿越右岸基巖山梁，地面最大高程2939.0 m。

3.2 堆石混凝土重力壩設計方案

堆石混凝土重力壩（正常蓄水位2896.90 m，設計洪水位2897.21 m，校核洪水位2898.97 m）壩頂高程2899.10 m，最大壩高48.55 m，壩頂長122.43 m。壩身左側壩段設一泄洪沖沙中孔，其上游設平板檢修閘門，出口設弧形工作閘門，孔口尺寸為2 m×2 m（寬×高），采用液壓啟閉機控制。正對主河床壩段設一泄洪表孔，無閘控制；大壩泄洪消能方式采用挑流消能[1]。

4 壩型比選

該工程初步擬定混凝土面板堆石壩和堆石混凝土重力壩兩種壩型進行比較，壩型最終通過綜合比較的結果確定。

4.1 工程地質條件

根據壩址區地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質條件、天然建筑材料等等綜合條件比較（表1），堆石混凝土重力壩較混凝土面板堆石壩更為合適[2]。

4.2 工程布置比較

混凝土面板堆石壩由大壩、泄洪引水洞、溢洪道和輸水管線等建筑物組成，泄洪建筑物布設于大壩右岸，建筑物較多，工程總體布置相對分散；混凝土重力壩的泄洪、輸水均布置于壩體上，結構布置緊湊，對自然環境影響較小。兩種壩型的壩頂長度基本相同，最大壩高相差1.54 m，壩底寬度堆石混凝土重力壩較混凝土面板堆石壩窄113 m，堆石混凝土重力壩工程占地少。

4.3 筑壩材料比較

混凝土面板堆石壩堆石料用量約23 萬m3，根據初設階段地質勘探工作表明，選定的料場儲量完全滿足設計要求；堆石混凝土重力壩堆石料用量約4.2 萬m3，料場位于下壩址左岸上游300 m～800 m 基巖山梁，易于開采、運輸，距壩址的最大運距5.5 km，儲量完全滿足設計要求。兩種壩型的筑壩材料均能滿足工程要求，混凝土面板堆石壩堆石料用量遠大于堆石混凝土重力壩。

4.4 施工條件比較

4.4.1 混凝土面板堆石壩

混凝土面板堆石壩施工期受雨季的影響小，可在任何季節進行施工，大壩與輸水及泄洪建筑物分開施工，施工工期較短，并且壩體填筑料可以充分利用壩肩削坡開挖石料和泄洪引水洞、溢洪道的開挖石渣，減少開挖石渣處理工程量，對環境保護、水土保持有利，但是其具有體型較大，工程量較大、且施工工序復雜等缺點[3]。

4.4.2 堆石混凝土重力壩

堆石混凝土技術通過大量塊石的使用，堆石含量可達到55%以上，水泥用量少，形成的大體積混凝土結構收縮小，具有較強的抗裂能力，工程實測的大體積混凝土實際水化熱溫升僅為常態混凝土的10%左右，在施工過程中可以簡化或不采取溫控措施。堆石混凝土重力壩施工工藝簡單，機械設備均為常規設備，節省了混凝土的生產和澆筑量，免除了振搗工序，簡化了層面處理措施，從而顯著提高工效，大幅度降低工程造價，實際工程應用表面，堆石混凝土技術可以采用機械化施工，最大限度的降低了人工技術水平和質量管理水平對工程質量的影響，但是由于重力壩的泄輸水建筑物布置在壩體內，大壩與附屬建筑物施工時二者相互干擾，較面板壩延長施工工期。由此分析，堆石混凝土重力壩優于混凝土面板堆石壩[4]。

4.5 投資比較

通過混凝土面板堆石壩和堆石混凝土重力壩主體工程投資比較，混凝土面板堆石壩主體工程投資5182.07 萬元，堆石混凝土重力壩主體工程投資5002.77 萬元，兩種壩型主體工程投資相差179.30 萬元，就投資方面來說，堆石混凝土重力壩較混凝土面板堆石壩更具有優勢。

4.6 運行管理比較

堆石混凝土重力壩筑壩材料強度較高，耐久性好，泄洪及輸水建筑物結合與壩體形成一整體，無需另設溢洪道，沖沙效果相對較好，運行管理較為方便；混凝土面板堆石壩在運行過程中需經常對上下游邊坡進行維修，泄洪沖沙效果差，故在運行管理方面，堆石混凝土重力壩優于混凝土面板堆石壩。

5 結語

通過對兩種壩型各方面的綜合比較分析，混凝土面板堆石壩需要布置岸邊式溢洪道，布置較為分散，且開挖存在高邊坡問題，施工組織條件混凝土壩體結構大，施工工序復雜，工程造價高，在后期運行中需對上下游邊坡進行維修，管理工作較為復雜；混凝土重力壩結構布置緊湊，施工工藝簡單，從而顯著提高工效，大幅度降低工程造價，在后期運行中具有安全可靠，耐久性好及運行管理較為方便等優勢，再加堆石混凝土重力壩布置在U 型河谷內，兩岸壩肩基巖出露較好，壩體混凝土工程量小，從地形、地質方面比較適合修建重力壩，在其他方面亦具較大優勢，故推薦堆石混凝土重力壩壩型。