某工程樞紐水庫壩型比選

程彥文

(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

甘肅迭部縣某工程是以城鄉生活供水、工業供水及生態環境用水為主，兼有發電、防洪等綜合功能的大型跨流域調水工程。工程樞紐大壩位于甘肅省迭部縣，B江干流與其支流L溝交匯處下游，此處21世紀初已建成1座小型水庫大壩，仍在正常運行，工程樞紐大壩若開工實施，需對原有水庫大壩進行拆除。

水庫為水源水庫，總庫容為5.20億m3，年供水量9.60億m3，工程規模屬于大(2)型。其中混凝土面板堆石壩按500年一遇洪水設計，5 000年一遇洪水校核，相應的設計洪水洪峰流量為2 028 m3/s，校核洪水洪峰流量為2 819 m3/s；混凝土重力壩與混凝土拱壩按500年一遇洪水設計，2000年一遇洪水校核，相應的設計洪水洪峰流量為2 028 m3/s，校核洪水洪峰流量為2 501 m3/s。

2 壩址地形地質條件

B江與其支流L溝一起在壩址區附近形成“Y”字型地貌形態，壩址段河谷狹窄，河水位高程1 665 m，水面寬約20 m，水深2～4 m。峽谷兩岸山體雄厚，海拔高程3 000 m以上，相對高差>1 000 m，左岸基巖裸露，1 780 m高程以下自然岸坡坡度60°，以上36°左右；右岸1 726 m高程以下表層為厚3～8 m的坡積塊石碎石土覆蓋，自然岸坡角22°，1 726 m高程以上基巖裸露，坡度42°左右。水邊基巖裸露，河床覆蓋層厚3～5 m。壩址區出露華力西期細粒似斑狀黑云母花崗閃長巖(γδ4)和志留系中上統卓烏闊組板巖(Szw)。壩址區范圍內沒有規模較大斷層通過，僅發育一些小斷層。壩址區左右岸巖體風化程度有一定差異，左岸強風化僅在緩坡表層出露，厚度2～3 m，弱風化水平厚度5～8 m，右岸強風化帶局部出露，因構造影響弱風化的厚度20～30 m，河床無強風化帶，弱風化厚度<10 m。

壩址區地下水類型主要為基巖裂隙性潛水，又可細分為風化裂隙水和構造裂隙水2種。風化裂隙水貯存于花崗閃長巖的風化殼裂隙中，以孔隙裂隙潛水為主，局部可能有微承壓性，主要含水層為強、弱風化帶，富水性較差。構造裂隙水貯存于花崗閃長巖的斷裂和節理裂隙中，其富水性遠較風化裂隙水好，不具統一的地下水位，局部可能有承壓性。地下水受大氣降水補給，其儲存與排泄主要受構造的控制，在以構造裂隙水為主時，地下水的不均一性十分顯著，無統一的潛水面。壩址兩岸的巖體因構造發育程度不同，地下水的分布明顯不同，左岸節理較少，巖體完整，地下水位較高，水力坡降大，右岸山體受構造帶影響，巖體透水性好，地下水位接近于河水位。弱風化巖體以中等～弱透水為主，微風化～新鮮巖體以弱～微透水為主，壩址區相對隔水層的頂界線(<5 Lu)低于弱風化巖體底界線。

3 壩型比選分析

根據樞紐壩址區的地形、地質條件，在壩址上下300 m左右的峽谷范圍內，巖體風化程度、構造發育程度無明顯差別，壩基開挖選擇在弱風化巖體上，大部分屬于II1～III類巖體，其承載力可滿足修建各類壩型的要求。

壩址區附近堆石料儲量豐富，主要分布在壩址主河道和支溝交匯處，砂礫石料缺乏。擬建壩體高度約160 m，初步選用當地材料壩與混凝土壩進行比較，當地塊石料儲量多，可就近開采，但土料分布較少，因此當地材料壩擬采用混凝土面板堆石壩；根據壩址處的地形地質條件，河道為比較狹窄的U形河谷，兩岸基巖裸露，河床覆蓋層也較淺，適合建碾壓高混凝土壩與混凝土拱壩，根據壩址區河谷寬高比，擬定混凝土壩采用碾壓混凝土重力壩與混凝土拱壩進行方案比選，2種壩型技術發展成熟，施工工藝簡單。

3.1 碾壓混凝土重力壩方案

壩軸線位于壩址區順直河段，距上游B江與L溝交匯處約300 m。碾壓混凝土重力壩最大壩高165 m，壩頂高程1 820.00 m，壩頂寬度10 m，壩頂長度373 m，共分13個壩段。壩體基本斷面為三角形斷面，壩體上游面在1 715.00 m高程以上垂直，以下設坡度1∶0.20，下游面在1 802.00 m高程以上垂直，以下設坡度1∶0.75。大壩典型橫斷面見圖1。

圖1 碾壓混凝土重力壩典型橫斷面圖

溢洪道位于河床壩段，設3孔弧形工作門，單孔尺寸8 m×13 m(寬×高)，最大泄洪流量1 737 m3/s。溢流面采用WES曲線，堰頂高程1 807.00 m，下接直線段，縱坡1∶0.75，后接反弧段，反弧半徑16 m，挑角30°，挑流鼻坎高程1 679.43 m。

溢洪道右側設一道泄洪沖沙中孔，底板高程1 740.00 m，進口設平板檢修門，孔口尺寸4 m×6 m(寬×高)，后接平直段和壓坡段，后設弧形工作門，閘孔尺寸4 m×5 m(寬×高)，末端接反弧段，反弧半徑25 m，挑角15°，挑流鼻坎高程為1 740.30 m，最大泄洪流量655 m3/s。

溢流道及泄洪沖沙中孔均采用挑流消能，消能區范圍內河道順直，地質條件良好，沖坑最深處位于河道中部，沖刷對左岸基本沒有影響，對右岸下游階地部分產生沖刷，不會引起大的山體滑塌等問題，故此工程消能區防護主要是對壩趾下游河道兩岸校核洪水位以下巖體局部破碎的地方進行錨桿掛網噴護處理。

壩基面以上設2 m厚C20常態混凝土墊層，大壩上游面設4～10 m厚碾壓混凝土防滲層，下游面校核洪水位以下設3.50 m碾壓混凝土防滲層，壩頂設1.00 m厚C20常態混凝土，壩體內部采用三級配碾壓混凝土，大壩泄洪建筑物過流表面設C40抗沖耐磨混凝土。

大壩壩基采用固結灌漿加固處理，灌漿孔間排距2 m，孔深8 m。靠近大壩上游側設主副2道防滲帷幕，帷幕下游沿水流方向共設置4道排水孔。

大壩施工利用現狀原有大壩作為上游圍堰，下游圍堰采用土石圍堰，導流洞設于大壩左岸，采用一次斷流、全年施工的導流方式，施工總工期78個月。

3.2 混凝土拱壩方案

拱壩位于壩址區河道轉彎段，壩軸線距上游B江與L溝交匯處約70 m。大壩采用C25常態混凝土，最大壩高165 m，壩頂高程1 820.00 m，壩頂寬度10 m，壩頂弧長325.90 m，共分16個壩段。壩體采用雙曲拱壩，厚高比0.26，最大中心角85°，最大厚度43 m。大壩典型橫斷面見圖2。

圖2 混凝土拱壩典型橫斷面圖

溢洪道位于河床壩段，開孔數和孔口尺寸與重力壩方案相同，溢流面采用WES曲線，堰頂高程1 807.00 m，堰面曲線后接半徑15 m，夾角45°圓弧段，射流鼻坎高程1 794.39 m。與重力壩類似，在溢洪道右側設置一道泄洪沖沙中孔，具體參數與重力壩基本相同，大壩泄洪建筑物過流表面設C40抗沖耐磨混凝土。

大壩采用跌流消能，壩趾下游設水墊塘，復式梯形斷面，底板頂高程1 654 m，底寬32 m，底板厚3 m，水墊塘末端設二道壩，最大壩高20 m，壩頂高程1 681 m，二道壩下游設20 m長混凝土護坦。

大壩壩基采用固結灌漿加固處理，灌漿孔間排距2 m，孔深8 m。靠近大壩上游側設主副兩道防滲帷幕，帷幕下游設排水孔。

拱壩施工需拆除現狀原有大壩，在大壩上游主河道和L溝分別設置上游圍堰，下游只需1道圍堰，均為土石圍堰，主河道導流洞設于大壩右岸，L溝導流洞設于大壩左岸，采用1次斷流、全年施工的導流方式，施工總工期79個月。

3.3 混凝土面板堆石壩方案

該方案壩軸線位于碾壓混凝土重力壩壩軸線下游約100 m，混凝土面板堆石壩最大壩高1 56.50 m，壩頂高程1 820.00 m，壩頂寬度12 m，壩頂長度408 m，上游壩坡1∶1.45，下游壩坡上部為1∶1.50，下部為1∶1.40。大壩上游面設置C30混凝土面板，面板上游側下部設碎石土蓋重和粉細砂鋪蓋，面板后設水平寬度分別為4.00 m和6.00 m的墊層料和過渡料，其后為主堆石區，后壩坡采用干砌塊石護坡，壩體底部順水流方向總長度為454.57 m。大壩典型橫斷面見圖3。

圖3 混凝土面板堆石壩典型橫斷面圖

溢洪道位于左岸山坡，沿地形開挖而成，上游設置了229.71 m長的引水渠，渠底高程為1 803.30 m，設3孔弧形閘門，孔口尺寸為8×14.20 m，溢流堰頂高程1 805.80 m，泄槽段水平長214.20 m，縱坡為54.89%和43.49%，出口采用挑流消能，鼻坎高程1 694.28 m，最大泄洪流量2 044 m3/s。

泄洪沖沙洞布置在左岸山體中，部分利用施工導流洞，進口高程1 740.00 m，閘室為豎井結構，設置檢修平板門和弧形工作門；閘后無壓洞長682.90 m，出口消能采用挑流消能，最大泄洪流量655 m3/s。

在混凝土面板與壩基巖體接觸位置設混凝土趾板，對趾板下基巖進行固結灌漿，并沿趾板布置防滲帷幕。

大壩施工利用現狀原有大壩作為上游圍堰，下游圍堰采用土石圍堰，導流洞設于大壩左岸，采用一次斷流、全年施工的導流方式，施工總工期60個月。

3.4 比選結果

3種壩型方案的大壩樞紐布置都是可行的，各有特點，沒有技術上的制約因素。各方案具體的優缺點比較見表1。

表1 各方案樞紐布置優缺點比較表

4 結語

通過對該工程碾壓混凝土重力壩、拱壩和面板堆石壩3種壩型方案的地形地質條件、工程布置、工程量、施工條件和工程投資等方面綜合比較可知，面板堆石壩方案要優于重力壩和拱壩方案，故設計初選混凝土面板堆石壩為推薦壩型。