清沙河水庫的壩型比較與選擇

陸宇

（貴州拓土資源開發有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

清沙河水庫工程位于我國貴州省息烽縣永靖鎮新蘿村境內，通往水庫區域的交通相對比較便利，水庫工程所處的河流屬于長江流域烏江水系息烽河支流，該流域內部多年平均降雨量保持在1100mm，同時水庫大壩壩址以上的集雨面積大小為16.5km2。本次清沙河水庫工程建設施工工程等級設計為IV等，水庫工程大壩為重力壩結構壩頂部高層1235.5m，最大壩體高度為38.5m，水庫大壩軸線長度為215m，大壩頂部寬度為5.0m，大壩底部寬度為31.50m，水庫工程的總庫容量達到361萬m3，水庫工程的正常蓄水量為290.5萬m3，水庫死庫容量為32.6萬m3。水庫工程為500畝周圍的農田區域提供出必要的灌溉用水，并且清沙河水庫工程受到淹沒水位等方面條件的限制和影響，在本階段的設計工作過程中保證率大小為95%的條件下，可供水量可以達到405.5萬m3，無法有效保證縣城內部人們的日常用水需求。

1 水庫大壩壩型對比和選擇

1.1 水庫大壩壩型適宜性分析

水庫大壩的壩線位置位于新蘿火車站月臺上游區域，365m位置，橫向河谷結構整個河谷的走向為西北方向，河床地勢條件相對比較平坦不存在陡坡和跌水情況。河床高度在1207m條件下，河床寬度為3m，河床寬度和高度比例為6.0，左岸區域為斜向坡同時在1360m以下的地形坡角為35°～45°之間，右岸為斜向坡堤型坡角在35°～40°之間，兩岸區域的坡地構成比較完整不存在軟弱夾層結構，自然邊坡結構穩定性相對較高，具備當地材料壩和剛性壩的施工條件。

1.2 當地材料壩的選擇

通過工程從現場的實際勘查和調查工作之后發現，水庫工程上游區域的蘆稿坪附近距離壩址位置大約2.0km，而蘆稿坪有便道直接通往大壩工程，整體的交通通行比較便利，料場的地形條件整體由北向東方向延伸，坡度角大約為40°上下。

1.3 剛性壩選擇

正常的蓄水位高度達到1230.5m時，谷底部寬度為143m，寬高比例為6.0，并且根據實際的鉆探工作結果進行分析，壩體區域的巖體分化程度各不相同，同時強風化垂直厚度在左右岸區域均保持在6～9m之間，河床因為受到河水長期沖刷因素的干擾，河床的強風化深度范圍大約在6～9m之間。根據壩址的地質地形條件不宜建設拱壩，根據壩址軸線的地形地貌以及地質條件等相關情況，可以修建堆石混凝土重力壩或者混凝土面板堆石壩。因此，在本次實施工程建設項目當中，重點針對堆石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩方案進行合理對比與分析。

2 C9015堆石混凝土重力壩方案

C9015堆石混凝土重力壩方案樞紐布置為：C9015堆石混凝土重力壩（攔河大壩）+無閘控制開敞式溢流表孔+放空、取水管+壩前取水口閘室等。

2.1 C9015堆石混凝土重力壩

大壩為4級建筑物，洪水標準按30年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核。根據調洪成果，大壩設計洪水位（P=3.33%）1231.98m，最大下泄流量66.9m3/s，相應下游水位1208.48m大壩壩體的斷面結構，整體呈三角形基礎結構布局，根據不同的使用要求對使用剖面結構進行分析，并且根據調洪計算等級以及構造物的設計要求，非溢流段大壩頂部寬度設置為5.0m，同時大壩頂部高程為1233.5m，壩體上游從壩頂1233.50～1214.00m高程鉛直，1214.00m高程至壩基坡比1:0.1；下游壩坡為1:0.75，起坡點高程為1226.35m，如表1所示。

表1 壩頂超高計算

2.2 溢洪道

溢洪道為無閘門控制的開敞式自由溢流表孔泄洪型式，布置于主河槽內，堰頂高程1230.50m，溢流堰分為三孔，單孔凈寬6.0m，溢洪道寬22.0m，中墩及兩側邊墩厚1.0m；堰頂設置寬5.0m的交通橋。溢流堰為WES型實用堰，由上游面曲線、下游面曲線、泄槽段、消能工等組成。大壩主要筑壩材料為C9015堆石混凝土，上游面為0.8～1.3m厚的C9015自密實混凝土，在大壩底部設1.0m厚的C15混凝土墊層，下游壩面采用大壩壩體自身材料防滲，下游溢流面為0.6m厚C25鋼筋混凝土防沖蝕。溢洪道邊墩、導墻采用C25鋼筋混凝土。下游設置消力池，池長18.30m，寬20m，1.0～0.5m厚的C25鋼筋混凝土結構。

2.3 取水兼放空建筑物

壩體右岸布置有取水建筑物，取水口底板高程為1214.00m，取水管直徑為800mm，取水口布置于樞紐建筑物的右岸擋水壩段0+133.750處，結合樞紐總布置，取水設施由取水閘室、壩內埋管和下游閘閥室等組成。進水口型式布置成壩身式，由移動式攔污柵、喇叭口、閘門井、通氣孔、漸變段等建筑物組成。取水口、閘門井均布置于重力壩壩體前，漸變段布置于壩體內，在壩頂設置取水口的啟閉設備，取水口建筑物與壩體結構形成一個整體，不分結構縫。

2.4 導流建筑物

上游圍堰軸線距大壩上游面約100.0m，經計算枯期5年一遇施工洪水QP＝20%=14.8m3/s，圍堰堰體為土石圍堰，迎水面坡比為1:1.8，背水面坡比為1:1.8，采用黏土心墻防滲。下游圍堰布置于導流明渠與河床交匯處上游，軸線距大壩下游面約60m，下游圍堰亦采用黏土心墻土石圍堰，堰頂高程為1207.7m，堰長50m，最大堰高4m，頂寬3m，圍堰采用黏土心墻防滲，上游邊坡1:1.8，下游邊坡1:1.8，下游圍堰距離壩軸線103.7m，如表2所示。

表2 壩頂高程計算成果

3 壩型比選分析

（1）從地形地質條件方面進行對比和分析。壩址位于新羅火車站上游365m位置，整體呈不對稱“U”型橫向河谷，河床的地形結構比較平坦，不存在陡坎和跌水情況。兩岸坡地地形比較完整，不存在軟弱夾層，自然邊坡結構穩定性相對較高，因此針對地形條件而言，面板堆石壩和重力壩都適宜修建。

（2）建筑材料對比選擇。面板堆石壩和重力壩可以充分運用當地區域非常豐富的優質石材資源，最大限度減少水泥材料的使用量，同時進一步降低大壩水化熱溫度所產生的影響。從建筑施工材料角度進行分析，混凝土面板堆石壩和C9015堆石混凝土重力壩均能滿足工程施工要求。

（3）從樞紐工程設置角度上進行對比和分析。該樞紐當中總共需要設置泄洪建筑物，放空建筑物以及引水建筑物等C9015堆石混凝土重力壩施工方案，可以將水庫大壩設置成溢流壩結構，壩體內部可以設置放空和引水孔洞，樞紐建筑物需要采取因地制宜合理檢測，有利于工程施工以及方便后續維護管理工作作為主要施工原則。面板堆石壩的樞紐布置，盡管壩體結構充分運用當地區域比較豐富的石材資源，但是壩體自身無法解決泄洪、放空以及取水等相關設施的設置工作，必須要采取其他收費方案，需要在兩岸的山體位置設置出相應的建筑物，同時所選擇的壩線兩岸位置均存在比較重要的建筑物。左岸區域有川黔鐵路通過，右岸區域有渝黔鐵路通過，因此面板堆石壩在左右岸位置設置出溢洪道，對整個工程施工的干擾程度相對較大，對于樞紐布置工作以及運行管理工作而言，C9015堆石混凝土重力壩更加優于面板堆石壩施工方案。

（4）施工條件和施工工藝對比。從施工導流角度上進行分析，重力壩可以通過使用壩體導流，通常情況下不需要另外開導流隧洞，面板堆石壩則需要開挖導流隧洞施工導流，因此，重力壩施工優勢相對較大。面板堆石壩要求工程施工機械化程度相對較高，整體的施工工藝流程相對比較簡單，同時壩體填筑施工量過大、施工速率相對較快。C9015堆石混凝土重力壩在施工過程中的機械化程度也相對較高、施工效率更快，同時不會受到壩體溫度測控所產生的影響，因此從整個工程施工工藝角度上進行分析，重力壩施工方案更加優于面板堆石壩施工方案。

（5）從投資經濟性方面進行對比，根據兩種不同的大壩方案工程量進行投資估算分析，C9015堆石混凝土重力壩施工方案，在工程施工總投資量上達到6025.5萬元，面板堆石壩建筑工程施工總投資量為6450.5萬元，從整體的投資情況來看混凝土重力壩相比于面板堆石壩施工效果更加明顯。

4 結語

通過上述分析對比之后，可以看出在兩種壩型施工技術方面并不存在制約性條件，并且經過綜合分析之后，推薦使用堆石混凝土重力壩來作為代表性壩型結構，有效提高水庫工程項目建設施工質量和穩定性。