淺析昭蘇縣DHNH水庫壩型選擇

王 磊

（新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院,新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

DHNH水庫壩址位于T河出山口上游3.5 km處，在昭蘇縣昭蘇鎮內，距離昭蘇縣縣城約6.5 km。水庫的總庫容為908 萬m3，最大壩高55 m。根據《防洪標準》（GB 50201-94）及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000）的規定，確定DHNH水庫工程等別為Ⅳ等，工程規模為小（1）型水庫。洪水設計標準重現期為50 年一遇，校核洪水重現期為1000 年一遇。該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。DHNH水庫的工程任務主要是解決鄉鎮企業和人畜生活供水，灌溉流域內的耕地并兼顧防洪。

2 工程區地質條件

DHNH水庫壩址區河谷狹窄，河谷呈V型，河床寬7 m～15 m，河床覆蓋層厚8.2 m～13 m，兩岸出露花崗巖，基巖頂板高于正常高蓄水位，岸坡及壩肩巖體邊坡基本穩定。巖體強風化層厚5 m～8 m，弱風化層厚15 m～20 m；巖體以塊狀為主，左岸卸荷帶1 m～5 m，右岸2 m～3 m，q＜5Lu透水率線位于基巖面以下左岸42 m～50 m，右岸45 m～60 m，局部地段略深；河床部位q＜5Lu透水率線位于基巖面以下42 m～60 m，局部略深。左右壩肩基巖出露，基本無卸荷，岸坡穩定性較好。庫區范圍內被第四系堆積物大面積覆蓋，透水性強，下伏基巖為花崗巖、砂巖和礫巖，無深大斷裂展布，小斷層及長大裂隙發育稀疏，巖體較完整，透水性差。

工程區位于天山緯向構造體系伊犁地塊之昭蘇山間坳陷的北緣，南為昭蘇斷陷盆地，北為烏孫山斷褶隆起，區域地質構造復雜，主要構造線方向為東西向，近場區及臨近地區東西向活動性區域斷裂發育，新構造運動強烈，地震活動頻次、強度均較高，為歷史地震多發區。相應的地震基本烈度為Ⅷ度，工程區區域構造穩定性差。

3 壩型方案

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，且新疆地處邊遠地區經濟水平相對落后，因此，該壩址適宜修建當地材料壩。

新疆近年來水庫建設逐漸由平原轉為山區。十三五以來，土石壩由于其成本低且可充分利用當地材料，且能夠適應新疆特殊的環境，在新疆得到了較好的應用，但卻對筑壩技術提出更高的要求和挑戰[1]。本工程初步選擇瀝青混凝土心墻砂礫石壩、混凝土面板砂礫石壩進行壩型比較。

3.1 瀝青混凝土心墻砂礫石壩

根據壩址區的地形、地質條件，兩種壩型其樞紐建筑物布置格局大致相同，即輸水洞、導流兼放空洞布置于右岸，溢洪道布置在左岸。

大壩為瀝青混凝土心墻壩，最大壩高55.4 m，壩頂寬度為6 m，壩頂長度為151 m。壩體上游壩坡為1∶2.5，上游設0.25 m厚混凝土護坡，護坡底高程為2059.60 m，比死水位低2.0 m。下游坡設0.3 m厚的干砌石護坡，坡比為1∶2.0，并設“之”字形上壩公路。壩體填筑主要分為砂礫料區、過渡料區及瀝青混凝土區。上游圍堰與壩體相結合。

心墻采用瀝青砼心墻，墻體軸線偏向上游，距壩軸線1.0 m。心墻均等厚度0.5 m，在底部做放大腳與混凝土基座相連。在心墻底部澆筑2 m厚的混凝土基座，將混凝土基座基礎置于基巖層以下2 m，對混凝土基座進行2排固結灌漿，灌漿深度5 m，孔距為2 m。在混凝土基座頂部進行雙排帷幕灌漿，帷幕灌漿深度按進入基巖透水率q≤5 Lu作為控制標準，帷幕灌漿設雙排，孔距1.5 m，帷幕平均深度為40 m。

3.2 混凝土面板砂礫石壩

攔河壩為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高57 m，壩頂寬度為6 m，壩長為158.9 m。壩體路面采用20cm厚的C20 現澆混凝土，坡度為2%，上游壩坡為1∶1.5，下游壩坡為1∶1.4，設置5 層寬6 m寬的“之”字形上壩道路，綜合坡比為1∶2.2。下游道路間壩坡設干砌石護坡厚度為30 cm。

大壩的基礎處理主要是對趾板的處理。趾板位于弱風化層巖石上，對其基礎進行固結灌漿，固結灌漿設2 排，孔距3 m，孔深5 m，在趾板中部布置雙排帷幕灌漿、孔距2 m，帷幕灌漿深度按照q≤5 Lu作為控制標準。上游圍堰與壩體不結合。

4 壩型比較分析

兩壩型方案中，壩的布置格局基本相同，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[2]。工程建設條件對兩種壩型均無限制因素，但兩種壩型各有優缺點，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、投資等方面進行綜合比較。

4.1 樞紐布置比較

兩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。不同的是瀝青混凝土心墻壩圍堰可以與壩體結合，從而節省投資，而面板壩需要修建臨時圍堰，工程完工后需拆除。

4.2 地形地質條件

從壩址地形地質條件看無深厚覆蓋層、結構較單一，且存在振動液化的可能性不大。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，對兩種碾壓土石壩在本工程區受到的影響和制約不大，但從防滲體基礎開挖考慮，面板壩趾板基礎開挖深度較深，開挖量較心墻壩較大[3]。

4.3 抗震條件

實踐證明，兩種壩型都具有良好的抗震性能，新疆部分水庫建在強震且地震多發區，但瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板壩都能夠經受住地震的考驗。

4.4 氣候對施工的影響

工程區為大陸性溫帶山區半濕潤氣候，其特點是無明顯的四季更替，冬季漫長且寒冷，春秋相連且多雨，夏季短暫。工程區多年平均氣溫5.9℃，極端最高氣溫為37.4℃，極端氣溫為-30.7℃，最大凍土深108 cm。壩址區全年當中5 個月的平均氣溫在-0.3℃以下。寒冷的氣候對施工有一定的影響。

瀝青心墻具有良好的抗凍耐久性，這也是瀝青心墻壩在新疆寒冷地區廣泛應用的原因之一。由于心墻可與壩殼填筑同時進行，且氣溫對心墻的填筑影響不大，結合國內外工程實例和疆內實例研究，外界施工溫度在-25℃以內時均可進行瀝青心墻的施工，瀝青心墻壩可以在冬季進行施工。

混凝土面板壩全年均可進行壩殼填筑，根據施工安排可將混凝土面板的施工期安排在適宜混凝土施工的時間段，不影響大壩的填筑施工。但混凝土面板壩防滲面板大部分暴露在外界，受氣候影響較大，面板的防裂問題要重視。面板壩的混凝土防滲面板在一定程度上存在抗凍耐久性問題[4]，且面板在冬季無法進行澆筑。

4.5 運行管理

無論是混凝土板面壩還是瀝青混凝土心墻壩都需設置監測設施，對大壩進行監測，便于維修和日常的監測。混凝土面板壩的面板需定期進行維護，但其防滲體都在外側易檢修；瀝青混凝土心墻位于壩體中間，受到破壞時維修較困難[5]。

4.6 綜合比較

兩種壩型綜合比較見表1。

表1 不同壩型綜合比較表

5 結論

綜合分析，選擇瀝青心墻壩作為推進壩型。新疆地區近年來新建成多座瀝青心墻高壩積累了豐富的施工經驗，具有技術可靠，施工簡單等優點；瀝青心墻壩重要的防滲原材料優質瀝青可采購于克拉瑪依油田。相比之下，混凝土面板砂礫石壩受天氣影響較大，且冬季無法進行施工，面板的止水處理工序繁瑣，在實際施工中，施工質量較難控制。因此本工程初擬瀝青混凝土心墻壩作為推薦壩型。