新疆北部KST 水庫壩型方案比選分析

王 飛

（淮安市水利勘測設計研究院有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 前言

新疆地域遼闊，戈壁廣袤，筑壩材料較為豐富，當地材料壩具有安全、經濟等優勢，在新疆壩工建設中是應用最為廣泛和發展最快的一種壩型。以KST 水庫為例，就壩址處的地形、地質條件及筑壩材料等方面考慮，對碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩和混凝土面板砂礫石壩進行壩型比選分析，為干旱寒冷區筑壩提供理論和實踐經驗。

2 工程概況

KLS 水庫位于北疆西部山區，屬中溫帶大陸性半干旱，半荒漠草原氣候，降雨較多，蒸發量較小，日照充足。水庫總庫容為843.16 萬m3，下游控制灌溉面積4.8 萬畝，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》［1]（SL 252-2017），確定本工程等別為Ⅳ等?。?）型工程，永久性主要建筑物大壩、溢洪道、導流兼放水洞4 級建筑物，兩壩肩邊坡處理工程為5 級建筑物，臨時建筑物為5 級。庫岸道路1.6 km, 采用公路Ⅳ建設標準。據1/400 萬《中國地震動參數區劃圖》［2]（GB 18306-2015），本區50 a 超越概率為10%時地震動峰值加速度為0.2 g，相應地震基本烈度Ⅷ度，屬區域構造穩定性差地段。

3 壩型比選

（1）混凝土面板砂礫石壩

砼面板堆石壩壩頂高程1214 m，壩高為68 m，壩頂長度448 m，壩頂寬度為8 m。壩頂設“L”形鋼筋砼防浪墻，墻高3.0 m，墻頂高程1215 m。壩體上、下游壩坡根據筑壩材料性質和國內外已建工程經驗擬定，上游壩坡為1∶1.6，下游壩坡為1∶1.6，設置1 層寬6 m 的馬道，綜合坡比為1∶1.76。壩體分區自上游至下游分別為上游鋪蓋保護區、鋼筋砼面板、墊層區、壩體堆砂礫石填筑區以及下游壩坡預制砼板護坡。面板厚度0.4 m。河床部位趾板置于覆蓋層上，通過連接板與上游混凝土防滲墻連接。兩岸趾板置于基礎泥巖強分化層下部。河床平趾板寬度6 m，厚0.6 m。兩岸趾板寬度分為6 m，趾板厚度為0.6 m。趾板總長470 m。

（2）瀝青混凝土心墻壩

壩頂高程為1214 m，壩頂寬度為8 m，瀝青砼心墻壩最大壩高68 m，上游坡比為1∶2，下游坡比為1∶1.8，設置1 級馬道，綜合坡比為1∶1.95。壩頂上游側設置“L”型鋼筋混凝土防浪墻，心墻厚度0.6 m，底部與砼基座接觸處厚度由0.6 m 漸變為1.8 m；心墻基座采用鋼筋砼結構，寬度為4 m 連同兩側鋪蓋基礎總寬度為12 m?；穸葹?.3 m，砼強度等級為C25，抗滲等級為W8，抗凍等級為F250。瀝青砼骨料采用大東溝石灰石料場開采加工制備料，運距60 km 以內。瀝青砼中瀝青采用克拉瑪依水工瀝青。

（3）粘土心墻壩堆石壩

初步擬定壩頂寬度為8 m，壩頂高程為1214 m。壩頂上游側設置“L”型鋼筋混凝土防浪墻，既起擋土作用，又起擋水作用，同時可以節省壩體填筑工程量。墻底高程1212 m，高出正常蓄水位1.22 m，墻頂高程1215 m，墻高3.0 m，壩頂以上墻高1.0 m。上、下游主壩體采用砂礫石料填筑，確定上游坡比為1∶2，下游坡比為1∶1.8，設置1 級馬道，綜合坡比為1∶1.95。壩體填筑分區從上游至下游分為：A1 上游堆砂礫石料區、B1 上游過渡料區、C 粘土心墻、B2 下游過渡料區、A2 下游堆砂礫石料區。由于該工程位于強震區，粘土心墻防滲體采用正心墻，心墻防滲體軸線位于壩軸線上游1.2 m，頂高程1213.000 m，頂寬4 m，粘土心墻防滲體兩側邊坡為1∶0.25，河床建基面高程1146 m，粘土心墻最大底寬25 m。心墻防滲體坐在河床砂礫石層上，在建基面上澆筑0.5 m 厚的C20 混凝土蓋板，將防滲體與河床砂礫石層分隔開來，以防止接觸沖刷，心墻頂部與壩頂防浪墻緊密結合。

現從三種壩型的地形地質條件、樞紐布置條件、壩基處理、對當地氣候適應能力、施工條件、防滲防凍處理、穩定性分析、工程投資等方面進行比較，見表1。

表1 壩型比選表

（4）比選分析

1）地形地質條件

根據壩址區地形、地質條件，參與壩型比較的瀝青砼心墻堆砂礫石壩、粘土心墻堆砂礫石壩和砼面板堆砂礫石壩三種壩型均較為適宜，無明顯優缺點。壩基河床覆蓋層沖洪積壤土層和砂卵礫石層厚15 m～28 m，下部砂礫石層厚4 m～21 m，含有較多的漂石，基本無成層的砂土分布，存在砂土震動液化的可能性不大。砂卵礫石層承載力較高，抗變形能力較強，透水性強，挖除表部松散層后，下部密實層可作為壩基持力層。三種壩型均為當地材料壩，其基礎防滲處理方式及壩基、壩肩的清基和削坡處理方案基本相同。

2）樞紐布置比較

三種壩型樞紐建筑物的布置格局基本相同。三種壩型壩基及壩肩的防滲及開挖工程量基本相當。

3）施工條件比較

三種壩型施工導流方式相同，即均采用河床一次斷流、圍堰擋水，導流洞導流的方案，上下圍堰及導流洞布置格局基本相同。三種壩型均為碾壓式土石壩，施工方法也基本相當。

砼面板堆砂礫石壩壩體填筑施工工序和施工工藝相對較為簡單，施工干擾較小，受當地氣候條件影響因素較少。

瀝青砼心墻壩較砼面板壩其鋼筋、砼等外運材料用量少，壩體上、下游護坡施工受壩體填筑影響較小。瀝青砼心墻和壩體堆石料施工基本不受氣候條件影響，在-25℃低溫條件下可正常施工，可大大縮短施工工期，施工進度最快。

粘土心墻壩較砼面板壩其鋼筋、砼等外運材料用量少。心墻土料施工受氣候條件影響較大，本地土料粘粒含量偏低，需要爆破開采和機械破碎泥巖，心墻土料制備費用高，對大壩投資影響較大。

4）主要工程量及投資比較

三種壩型瀝青砼心墻砂礫石壩總投資12162.47 萬元，粘土心墻砂礫石壩總投資12309.83 萬元，砼面板壩總投資12275.54 萬元。工程投資方面比較分析，采用瀝青砼心墻相對砼面板壩和粘土心墻砂礫石壩，壩體投資相對低。

4 結論

通過從地形地質條件、樞紐建筑物布置、施工條件及工程投資等方面綜合比較分析，瀝青砼心墻堆石壩具有技術可靠，抗震性能好，基礎地質條件適應性強，施工簡單，工期短等優點，本次壩型選擇初擬瀝青砼心墻壩作為推薦壩型。