某水庫工程壩型方案比選

梁春秀

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概況

擬建的某水庫位于桂林市內，壩址距桂林市區約92 km。主要工程任務是對水庫下游3000畝農田進行灌溉，同時為附近3個村屯提供人飲供水，供水人口2000 人（設計水平年為2025 年），遠景待附近的工業園區建設后轉為工業園區應急備用水源[1]。水庫正常蓄水位為160 m，總庫容139.40萬m3，興利庫容130萬m3。人飲供水流量為0.005 m3/s，農田灌溉用水最大引水流量0.28 m3/s；放入原河道的生態基流枯水期（10 月～次年3 月）為0.007 m3/s，汛期（4月～9月）為0.023 m3/s[2]。

擬建水庫是以人飲供水和灌溉為主的綜合利用水庫，主要由擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、供水建筑物、交通工程及附屬建筑物等組成。

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017），確定本工程為小（1）型水庫，Ⅳ等工程。水庫擋水建筑物為土石壩，泄水建筑物為溢洪道、放空洞（兼導流隧洞）、消力池以及排洪渠，引水建筑物為引水隧洞，供水建筑物為進水塔、供水管道等。其中土石壩、溢洪道、放空洞（兼導流隧洞）、引水隧洞、進水塔及供水管道為主要建筑物，消力池及排洪渠距大壩較遠，失事后對大壩安全無影響，屬于次要建筑物。土石壩、溢洪道及進水塔的設計洪水標準為30 a 一遇，校核洪水標準為300 a一遇，相應設計洪水位為162.37 m，校核洪水位為162.89 m[2]。

2 壩型比選

可行性研究階段對土石壩、重力壩及拱壩進行比較，推薦土石壩作為本工程的基本壩型。根據擬建水庫的工程實際，在土石壩各類壩型中，不適合選擇修建均質土壩。主要原因如下：①壩體斷面較大，而該水庫工程庫區較小，壩體占用較多庫容，同時下游側河道縱坡較大，地形條件不適合布置。②所需土料的量較大，導致土料場挖采面非常大，對環境影響較大。同時壩區位于桂林市風景名勝區紅線范圍內，不允許在壩區附近取料，而紅線范圍外的土料儲量有限，大部分土料需到鄰縣開采，不但運距較遠，還涉及兩個縣的協調問題。③相對于堆石壩，均質土壩壩坡要求更緩，溢洪道泄槽段長度相對堆石壩方案更長，由于沒有天然埡口，在岸邊開挖溢洪道會導致溢洪道工程量增加較多，施工導流隧洞長度也有所增加。

水庫壩區為灰巖地區，石料豐富，質量較好，適合修建堆石壩，根據初步估算及分析，各建筑物開挖石料可基本滿足填筑壩體的質量及數量要求。對于瀝青混凝土心墻堆石壩，由于瀝青混凝土單價較高，投資上不具備優勢，本階段選擇黏土心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩進行綜合比選，以選定經濟、合理的壩型。

2.1 黏土心墻堆石壩方案

攔河壩壩頂長150.0 m，壩頂高程164.1 m，壩頂寬6.0 m，最大壩高34.8 m。壩體斷面結構由上游堆石區、黏土心墻、下游堆石Ⅰ區、下游堆石Ⅱ區、排水棱體、過渡層、反濾層、護坡及壩頂結構等組成。

防滲體采用黏土心墻，心墻頂高程為163.0 m，校核洪水位162.89 m。心墻頂寬4.5 m，底寬17.9 m，上下游側邊坡均為1∶0.2，采用1.5 m 厚反濾層，反濾層與壩體堆石區之間設1.5 m厚過渡層。心墻底部設置混凝土基座，基礎防滲采用帷幕灌漿。

防滲體上游側為上游堆石區，上游壩坡坡比1∶1.75，采用干砌石護坡。140.0 m高程以下采用堰壩結合的方式，上游圍堰作為壩體的一部分，在此高程設置一平臺，寬6.0 m，圍堰上游采用黏土斜墻+截水槽防滲，斜墻上游側設置干砌石護坡，厚0.5 m，護坡與斜墻之間設0.5 m厚砂礫石反濾層，斜墻與上游堆石區之間設0.5 m厚砂礫石反濾層。防滲體下游側由下游堆石Ⅰ區和下游堆石Ⅱ區組成，同時在壩下游坡腳設置排水棱體。下游壩坡坡比為1∶1.75，在153.1 m 高程設寬3.0 m 的馬道。排水棱體頂寬3.0 m，頂高程138.0 m，上游側邊坡1∶1，下游側邊坡1∶2。

黏土心墻堆石壩方案壩體典型橫斷面如圖1所示。

圖1 黏土心墻堆石壩方案壩體典型橫斷圖

混凝土骨料、過渡料、反濾料及干砌石護坡等，均到附近縣城灰巖采石場購買，運距約15 km；壩殼填筑料采用溢洪道、放空洞、引水隧洞及交通工程開挖的灰巖石料；防滲心墻黏土料取自本縣城土料場，運距約4.5 km。

2.2 混凝土面板堆石壩方案

攔河壩壩頂總長為150.0 m，壩頂寬6.0 m，壩頂高程為164.1 m，趾板建基面最低高程130.2 m，最大壩高為33.9 m，上游壩坡坡比1∶1.4；下游壩面分別在153.0 m 高程和138.0 m 高程（排水棱體頂高程）設置寬3.0 m的馬道，下壩坡均為1∶1.6。

壩體材料分區從上游往下游依次分為：上游蓋重區、上游鋪蓋區、混凝土面板（厚0.4 m）、墊層區（水平寬3.0 m）、特殊墊層區、過渡區（水平寬3.0 m）、主堆石區、次堆石區及下游干砌石護坡（厚0.3 m）等。

混凝土面板與趾板相連接，趾板順水流向寬6.0 m，厚1.0 m，河床部位趾板座落在弱風化灰巖基礎上，其余部位趾板落于全風化灰巖基礎上，趾板下設帷幕灌漿及固結灌漿。

混凝土面板堆石壩方案壩體典型橫斷面如圖2所示。

2.3 壩型選擇

兩種壩型方案均布置在同一條壩軸線上，地形地質條件相同，工程總布置、運行管理方式及施工總工期等方面基本相同，壩型比較主要從壩體防滲可靠性、基礎處理難易程度、壩料料源供應條件、施工條件、施工導流、對環境影響程度及工程投資等方面進行比選。

（1）防滲可靠性。黏土心墻堆石壩方案因防滲心墻位于壩體中部，受壩體變形影響較小，且心墻為整體結構，沒有接縫，防滲效果可靠，也便于與岸坡連接；混凝土面板堆石壩方案的防滲面板位于上游壩面，受壩體沉降變形的影響，易造成面板開裂漏水。因此，從防滲可靠性而言，黏土心墻堆石壩方案優于混凝土面板堆石壩方案。

圖2 混凝土面板堆石壩方案壩體典型橫斷圖

（2）基礎處理難易程度。大壩基礎座落在厚層～巨厚層狀灰巖地層上。混凝土面板堆石壩方案河床部位趾板建基面開挖至弱風化上部，其余部位趾板建基面開挖至全風化上部，由于趾板對基礎的要求相對較高，故趾板基礎需進行帷幕灌漿和固結灌漿以滿足防滲要求；而黏土心墻堆石壩除防滲體下部布置一道壩基防滲帷幕外，不需進行壩基固結灌漿。因此，在基礎處理方面黏土心墻堆石壩方案占優。

（3）壩料料源供應條件。經土石方平衡計算，兩個方案壩殼料（堆石區）均利用溢洪道、放空洞、引水隧洞及交通工程開挖的灰巖石料，混凝土骨料、墊層料、過渡料及干砌石護坡等，均到附近縣灰巖采石場購買，黏土心墻堆石壩方案需購買2.85萬m3，混凝土面板堆石壩方案需購買3.14萬m3。此外黏土心墻堆石壩方案還需從新廠土料場開采3.24萬m3土料用于心墻填筑，運距約5.6 km。從土石料數據可以看出，對于石料的供應兩個方案相差無幾，但黏土心墻堆石壩方案還需另外開采一個土料場，臨時占用耕地面積相對較大。因此，壩料料源供應條件方面，以混凝土面板堆石壩方案較優。

（4）施工條件。黏土心墻堆石壩方案黏土心墻施工與兩側壩殼料填筑存在一定的干擾。與黏土心墻堆石壩相比，混凝土面板堆石壩工序間相互干擾小，但混凝土面板施工期易產生溫度裂縫，面板接縫止水、周邊縫止水及面板溫度裂縫控制等施工工藝較為復雜，施工技術要求較高，增加了施工難度。因此，施工條件兩個方案各有優缺點。

（5）施工導流條件。兩個方案均采用一次攔斷河床、隧洞導流的導流方式，黏土心墻堆石壩方案上游圍堰采用堰壩相結合的方式，而混凝土面板堆石壩方案需在壩體上游填筑一道上游圍堰，使施工導流工程量及投資較黏土心墻堆石壩大。因此，施工導流條件以黏土心墻堆石壩方案為優。

（6）對環境影響程度。黏土心墻堆石壩方案需要土料場開采土料，對環境影響較混凝土面板堆石壩方案大。

（7）工程總投資。經計算，黏土心墻堆石壩方案比混凝土面板堆石壩方案少273.62萬元，黏土心墻堆石壩方案占優。

3 結語

經比選，在防滲可靠性、基礎處理難易程度、施工導流、工程總投資等方面，黏土心墻堆石壩方案均優于混凝土面板堆石壩方案，而在施工條件方面兩個方案相當，混凝土面板堆石壩方案僅在壩料料源供應條件及對環境影響程度方面占優，因此本工程推薦黏土心墻堆石壩方案。