劍河縣打腦水庫壩型比選設(shè)計探討

裴師虎

（貴州海河建設(shè)工程有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 工程案例

打腦水庫混凝土重力壩最大壩高38m，總庫容112m3；面板堆石壩最大壩高35.0m，總庫容112萬m3；打腦水庫為劍河縣新城區(qū)居民生活供水量149.10萬m3/年，下放生態(tài)水26.90萬m3/年。

2 壩型比選

本工程筑壩材料均為購買，考慮采用養(yǎng)門砂石料場作為料場該料場，可采儲量為30.0萬m3，完全滿足本工程所需。從經(jīng)濟角度，C15混凝土重力壩投資為2063.76萬元，而C15埋石混凝土重力壩的投資為2045.70萬元，C15埋石混凝土重力壩比C15混凝土重力壩節(jié)省18.06萬元，但埋石混凝土重力壩，由于施工速度較慢，工期長，導(dǎo)致工程總工期增加，進(jìn)而影響施工期的成本，同時也增加了不可抗力或不利氣候條件對施工的影響，所以，本次考慮在下壩線修建C15混凝土重力壩，并與面板堆石壩做比選后確定最終壩型。

2.1 地形地質(zhì)條件比較

壩址處河谷斷面呈對稱的“V”型河谷，谷寬15m，河床高程510～514m，寬高比為1.7，正常蓄水位河寬73m。，兩岸坡頂高程在670~700m，山體寬厚，河床高程在510~514m，相對高差160～186m；兩岸沖溝發(fā)育，山體寬厚，總體較完整，山脊和寬谷大致呈北西向平行相間布列；兩岸自然坡度30°～55°，自然邊坡較穩(wěn)定，壩址所在河流直段長224m，該壩址可布置混凝土重力壩與面板壩。

從地形上看，壩址河谷兩岸較對稱，河谷較寬，適宜修建埋石重力壩和面板堆石壩，但考慮大壩兩岸較為陡峭，無天然埡口，不利面板堆石壩方案泄洪建筑物布置。

弱風(fēng)化中部基巖地基允許承載力1～1.5MPa，泊松比0.28，其強度相對較低，抗變形能力較弱，修建重力壩存在一定的風(fēng)險。面板堆石壩巖體承載力要求相對較低，壩基的適應(yīng)性較強，修建面板堆石壩風(fēng)險性相對于重力壩低。

由于本工程大壩下游已被回填，不利用布置泄洪建筑物，就布置而言，重力壩體型相對于面板壩較小，有利于結(jié)合施工布置，重力壩略優(yōu)一些。從地質(zhì)條件考慮，面板堆石壩對地基要求較低，而重力壩對地基要求較高，存在抗滑穩(wěn)定等較復(fù)雜的工程地質(zhì)問題，在地質(zhì)條件方面，混凝土面板堆石壩方案優(yōu)于重力壩方案。

2.2 樞紐布置比較

重力壩方案樞紐布置為C15混凝土重力壩+“龍?zhí)ь^”式明流無壓溢洪隧洞+壩后井筒式取水和放空；擋水建筑物為C15混凝土重力壩，壩頂全長85.75m，全由非溢流壩段組成，全長85.75m。壩頂高程為542.0m，河床段及岸壩段壩基置于弱風(fēng)化基巖中上部，建基面高程為504.00m，最大壩高38m，壩頂寬5m，壩底最大寬度31.8m，壩頂設(shè)置高1.2m防浪墻；溢流前緣凈寬12m，水平面為圓弧形狀，圓弧半徑35m，中心角19.644°，圓弧中心坐標(biāo)為X：2959586.2393，Y：545069.0674，堰面曲線由上游雙圓弧曲線和下游面WES曲線組成，曲線末端接壩面泄槽段，泄槽末端經(jīng)漸變后直接接入隧洞。上游堰頭曲線為用3:1斜坡+圓弧組成；下游面曲線方程為y=0.316x1.836；泄槽段平面長度30.76m，斜面長度33.411，底坡坡度i=0.5547，底板寬度由11m收縮至3.752m，后接漸變段，漸變段水平長度1.94m，斜面長度2.331m，底坡為0.5547，底板寬度右3.752m漸變至3.5m，漸變段側(cè)墻平面采用圓弧形收縮，圓弧半徑為15m，平面轉(zhuǎn)角位7.428°；漸變段后接斜面直線段和反弧段隧洞標(biāo)準(zhǔn)斷面，斜面直線段平面長度4.99m，斜面長度6m，反弧段反弧半徑15m，中心角31.245°，圓弧長8.18m，反弧段后接隧洞洞身，隧洞洞身長675.47m，底坡i=0.4266，采用圓拱直墻形斷面，斷面凈寬3.5m凈高4.6m，直墻段高3.8m，頂拱中心角98.269°，頂拱半徑2.314m，洞身末端為隧洞出口段，為2m長導(dǎo)向墻，再接17m箱涵穿過濱江公路，箱涵凈斷面5m×5m，箱涵末端接面流消能跌坎，跌坎長11m，寬5m，高7m，表孔溢流面、導(dǎo)墻、溢流頭均，隧洞洞身、出口箱涵及消能跌坎均采用C30鋼筋混凝土澆筑，臨時支護及邊坡支護采用掛網(wǎng)噴錨支護，重力壩樞紐建筑物樞紐布置參見圖1。

圖1 C15混凝土重力壩平面布置

面板堆石壩方案樞紐布置為混凝土面板堆石壩+“龍?zhí)ь^”式明流無壓溢洪隧洞+庫內(nèi)井筒式取水和放空；壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高35m，壩頂高程543.00m，壩頂寬度5m，壩頂長109.15m，河床壩段趾板建基面高程為508.00m。壩頂上游側(cè)設(shè)L型混凝土防浪墻，高度為3.4m；洪建筑物布置于庫區(qū)右岸，采用“龍?zhí)ь^”式泄洪方案，溢流前緣凈寬12m，水平面為圓弧形狀，圓弧半徑35m，中心角19.644°，圓弧中心坐標(biāo)為X：2959586.2393，Y：545069.0674，堰面曲線由上游雙圓弧曲線和下游面WES曲線組成，曲線末端接壩面泄槽段，泄槽末端經(jīng)漸變后直接接入隧洞。上游堰頭曲線為用3:1斜坡+圓弧組成；下游面曲線方程為y=0.316x1.836；泄槽段平面長度30.76m，斜面長度33.411，底坡坡度i=0.5547，底板寬度由11m收縮至3.752m，后接漸變段，漸變段水平長度1.94m，斜面長度2.331m，底坡為0.5547，底板寬度右3.752m漸變至3.5m，漸變段側(cè)墻平面采用圓弧形收縮，圓弧半徑為15m，平面轉(zhuǎn)角位7.428°；漸變段后接斜面直線段和反弧段隧洞標(biāo)準(zhǔn)斷面，斜面直線段平面長度4.99m，斜面長度6m，反弧段反弧半徑15m，中心角31.245°，圓弧長8.18m，反弧段后接隧洞洞身，隧洞洞身長675.47m，底坡i=0.4266，采用圓拱直墻形斷面，斷面凈寬3.5m凈高4.6m，直墻段高3.8m，頂拱中心角98.269°，頂拱半徑2.314m，洞身末端為隧洞出口段，為2m長導(dǎo)向墻，再接17m箱涵穿過濱江公路，箱涵凈斷面5m×5m，箱涵末端接面流消能跌坎，跌坎長11m，寬5m，高7m，表孔溢流面、導(dǎo)墻、溢流頭均，隧洞洞身、出口箱涵及消能跌坎均采用C30鋼筋混凝土澆筑，臨時支護及邊坡支護采用掛網(wǎng)噴錨支護，下壩線面板堆石壩平面布置圖參見圖2。

圖2 下壩線面板堆石壩平面布置圖（總庫容112萬m3）

就樞紐布置而言，重力壩方案較面板堆石壩方案優(yōu)。

綜上所述，從樞紐布置上來說，重力壩優(yōu)于面板堆石壩。

2.3 施工條件比較

重力壩壩體填筑量小，施工技術(shù)簡單，渡汛條件好，隧洞較短，對筑壩材料運輸強度要求低，施工較為方便，但開挖基礎(chǔ)深度大，壩基開挖量大，施工工期為20個月。

面板壩由于對建基面要求低，壩基開挖量少；但壩體填筑量大，施工技術(shù)要求較高，隧洞較長，渡汛條件相對較差，對筑壩材料運輸強度要求高，施工工期為23個月。

從施工條件來說，重力壩優(yōu)面板堆石壩。

2.4 運行管理比較

（1）重力壩及面板壩均采用庫內(nèi)泄洪的方式，泄洪方式相同，運行管理的工作相當(dāng)。但是當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)洪水時，重力壩能抵抗短期洪水翻壩；而面板壩將發(fā)生潰壩，這對下游江北新城區(qū)居民將產(chǎn)生重大影響。

（2）在后期的運行中，面板壩的上游面板易發(fā)生裂縫，從而增加水庫的后期運行管理費用。

從運行管理來說，重力壩優(yōu)于面板堆石壩。

2.5 工程量和投資比較

因兩壩型方案泄洪隧洞、放空布置一致，僅對大壩樞紐與取水建筑物進(jìn)行投資比較，兩壩型方案及取水方案直接投資比較見表1。

表1 兩壩型方案樞紐投資比較 單位：萬元

3 結(jié)語

綜上分析，兩種壩型各有優(yōu)劣，從地形條件來看，重力壩壩優(yōu)于面板堆石壩；從地質(zhì)條件來看，面板堆石壩優(yōu)于重力壩；從樞紐布置來看，重力壩壩優(yōu)于面板堆石壩；從施工條件來說，重力壩優(yōu)于面板堆石壩，特別是考慮到本工程面板堆石壩壩高較小，壩體填筑量太小，對合格的施工隊伍的吸引力較小，故不易找到合格的施工隊伍，重力壩施工條件簡單，施工工期短；從運行管理方面來說，重力壩優(yōu)于面板壩；從淹沒占地方面來說，重力壩占地面積遠(yuǎn)小于面板壩；從投資方面來說，兩個方案經(jīng)濟投資相當(dāng)。

綜合以上考慮，本階段選定重力壩作為選定壩型。