紅沙灣水庫壩型比選

李爽潔

（深圳市水務規劃設計院股份有限公司新疆分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

新疆紅沙灣水庫位于昌吉州塔西河，以灌溉、防洪為主，兼顧工業供水?？値烊? 884萬m3，調節庫容1 288 萬m3，死庫容412 萬m3，控制灌區灌溉面積2.72×104hm2。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，工程為Ⅲ等中型。工程實施后下游河道堤防的防洪能力提高到20 年一遇。根據1/400 萬《中國地震動參數區劃圖》擬建工程場地50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.20 g，地震動反應譜特征周期為0.40 s，其相應的地震基本烈度均為Ⅷ度。

2 壩型選擇

2.1 碾壓式黏土心墻砂礫石壩

最大壩高58.00 m，上游壩坡采用C25 混凝土板護坡，壩坡1∶2.50，下游壩坡采用30 mm 干砌石護坡，坡度為1∶2，設2級馬道，馬道寬2 m，黏土心墻采用正心墻，心墻防滲體軸線位于壩軸線上游1.50 m，頂高程830.00 m，頂寬6 m，兩側邊坡1∶0.30，心墻兩側布設反濾層水平寬為3 m，上游圍堰與壩體結合。水庫大壩處于強震區，采用適當放緩上、下游壩坡的結構型式，上游綜合壩坡為1∶2.60，下游綜合壩坡為1∶2.10，提高壩體的抗震性和穩定性。見圖1。

圖1 碾壓式黏土心墻砂礫石壩圖

2.2 碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩

最大壩高為58.00 m，上游圍堰與壩體結合，水庫大壩處于強震區，采用適當放緩上、下游壩坡的結構型式，上游綜合壩坡為1∶2.60，下游綜合壩坡為1∶2.10，提高壩體的抗震性和穩定性。根據《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計準則》，瀝青混凝土心墻采用的配合比為：瀝青用量為6%～7.50%，填料用量占骨料的10%～14%，粗骨料最大粒徑為19 mm，級配指數選取0.35～0.44。

2.3 混凝土面板砂礫石壩

壩高58.50 m，設有3.70 m 高“L”型鋼筋混凝土防浪墻，上游壩坡為1∶1.60，下游布設兩級寬度為2 m的馬道，馬道間壩坡為1∶1.50，綜合壩坡為1∶1.59。上游布設鋼筋混凝土防滲面板，面板厚度為0.30 m，下游壩坡設0.30 m 干砌石護坡，混凝土趾板寬度分別為6 m 和8 m ，對應的趾板厚度分別為0.60 m 和0.80 m。兩岸邊部位面板寬度為6 m，河床中部面板寬度為12 m，周邊縫設二道止水，兩岸邊部位的面板張性垂直縫設兩道止水，河床中部面板壓性垂直縫僅設一道止水，壩前混凝土面板796.00 m高程以下設防滲補強區。壩體內設豎向排水體，河床部位設水平排水體與豎向排水體相連。

3 壩型比選分析

壩型比選對主要建筑物及臨建工程有差異部分比較。見表1。

表1 壩型比選表

3.1 對地形地質條件的適應性

心墻壩對地形的適應能力好，基礎只需進行少量開挖，就能滿足防滲心墻布設要求。混凝土面板堆石壩防滲體布設受到右岸深厚覆蓋層和左岸陡立邊坡的影響，趾板基礎開挖和邊坡處理工程量大，較前兩種壩型適應能力較差。

3.2 壩體抗震性能和大壩的安全性

土質防滲體土石壩具有較好的抗震性能，在強震區建壩，此種壩型較為安全可靠。瀝青混凝土耐久性性能遠高于黏土心墻。瀝青混凝土的變形模量和動剪切模量大，能夠有效吸收地震荷載形變，抗疲勞性能強，加之上下游有過渡料保護，抗震安全性較好。混凝土面板壩，能抵抗強震，產生小變形裂縫，影響面板耐久性和安全性。結合新疆工程經驗，近年來高寒地區面板壩占比與碾壓式瀝青混凝土心墻壩相近。

3.3 施工條件

3.3.1 氣侯條件對施工的影響

①黏土心墻砂礫石壩。黏土填筑受氣候條件影響較大，降雨或低氣溫時須停止施工土料，有效施工天數延長，但由于項目區具有典型的大陸性氣候特征，降水量較少，對黏土心墻壩的填筑影響較小。②瀝青混凝土心墻壩方案。防滲體體積較小，雨雪和低溫天氣通過好的防護措施就能連續施工，受氣候條件影響較小。③混凝土面板壩方案。施工受氣候條件影響較大，為全面保障面板防滲體的強度、防滲、抗裂及防凍等要求，在施工過程中不但要避開低溫雨雪天氣，還要進行專業的養護工作。

3.3.2 施工進度

心墻壩施工進度前期會受基坑處理的影響，后期會受到心墻壩填筑的影響，混凝土面板壩方案，趾板施工會影響上游壩體的交通，主堆石區前期上升速度較快，后期受混凝土面板澆筑影響，施工進度較前期緩慢。

3.4 工程運行條件

瀝青混凝土心墻在壩體內部，周圍環境相對穩定，瀝青混凝土具有良好的抗形變性能，運行期間管理較為方面。混凝土面板壩防滲體在外部，受極端天氣和地震影響較大，裂縫問題始終未得到有效控制，影響大壩耐久性，運行期間需要加大防滲體變形和開裂的監測，運行要求較高。

3.5 工程投資條件

經投資計算，瀝青心墻壩方案壩體直接費為13 340萬元，在三種壩型中最高，混凝土面板壩方案壩體直接費為13 203萬元，處于中間價格，黏土心墻壩方案壩體直接費13 177萬元，價格最低，黏土心墻壩方案比混凝土面板壩方案投資低26萬元，比瀝青混凝土心墻壩方案少163萬元，在控制投資方面，黏土心墻壩方案最優。

4 結論

綜合以上分析，黏土心墻砂礫石壩對地形的適應能力好，基礎處理簡單，開挖量少，抗震性能安全可靠，年內施工時間保障高，填筑工期短，運行期安全可靠，管理方便，投資最少，經濟性好等優點，故選取黏土心墻砂礫石壩作為優選壩型。